Bezpieczeństwo współczesnych technologii jądrowych

Materiał sponsorowany

Każdy sposób pozyskiwania energii wiąże się z pewnym ryzykiem – pytanie brzmi, jaki poziom ryzyka jesteśmy w stanie jako ludzkość zaakceptować, by tę energię pozyskać. Przykładowo, elektrownie jądrowe charakteryzują się niezwykle wysokim poziomem bezpieczeństwa w całym cyklu życia (od wydobycia rudy uranowej po decommissioning) – uwzględniając śmiertelność z powodu wypadków i zanieczyszczeń powietrza są drugim najbezpieczniejszym źródłem energii, zaraz po fotowoltaice. Znacznie gorzej pod tym względem wypadają elektrownie węglowe. Współczesne elektrownie jądrowe budowane są z zastosowaniem maksymalnych środków bezpieczeństwa, a ryzyko awarii – a tym bardziej rozprzestrzenienia się jej skutków – jest bardzo nikłe.

Budowa elektrowni jądrowych

Współczesne elektrownie jądrowe są projektowane w myśl zasady defence in depth – oznacza to wdrażanie kolejnych, niezależnych poziomów ochrony, w tym fizycznych barier między rdzeniem reaktora a jego otoczeniem zatrzymujących promieniowanie, wielopoziomowych procedur bezpieczeństwa i kontroli jakości oraz odpowiednich systemów zarządzania. Mają one przeciwdziałać negatywnemu wpływowi na działanie systemów elektrowni nie tylko wydarzeń zewnętrznych, ale i ewentualnych błędów ludzkich. Projekt zawsze uwzględnia specyfikę lokalizacji, aspekty operacyjne oraz przyszłe plany likwidacji obiektu. Na etapie wyboru lokalizacji identyfikuje się i analizuje interakcje z otoczeniem i potencjalne zagrożenia z tego wynikające. Obejmuje to takie rodzaje zagrożeń jak: trzęsienia ziemi, wulkanizm, powodzie, zjawiska meteorologiczne, zdarzenia wywołane przez człowieka, zarówno przypadkowe, jak i celowe. Sprawdzane jest też potencjalne rozprzestrzenianie się promieniotwórczości oraz możliwość wykonania działań interwencyjnych na wypadek awarii.

Przy realizacji pierwszej polskiej elektrowni jądrowej spółka Polskie Elektrownie Jądrowe przez cztery lata prowadziła badania lokalizacyjne i środowiskowe, które pozwoliły określić, w jaki sposób uwarunkowania środowiskowe mogą wpływać na bezpieczeństwo funkcjonowania elektrowni.

Przy budowie elektrowni jądrowych stosowane są sprawdzone praktyki inżynieryjne, najlepsze rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne, wysokiej jakości materiały oraz wielopoziomowe systemy kontroli i nadzoru. Elementy te muszą spełniać rygorystyczne wymagania dotyczące odporności na zagrożenia wewnętrzne i zewnętrzne. Bezpieczeństwo elektrowni musi być potwierdzone na wszystkich etapach jej cyklu życia: od momentu jej projektowania i budowy, poprzez załadunek paliwa jądrowego, testy odbiorowe i eksploatację aż do rozbiórki. Wszystkie wymagania bezpieczeństwa muszą być zgodne z odpowiednimi krajowymi i międzynarodowymi standardami, normami, przepisami i regulacjami, a nad ich przestrzeganiem czuwa m. in. Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej (MAEA).

Współczesne reaktory

Współczesne reaktory jądrowe są projektowane w sposób zapewniający funkcjonowanie systemów chłodzenia nawet w przypadku odcięcia zasilania. Ze względu stosowane systemy i procedury bezpieczeństwa, nawet poważna awaria, skutki ewentualnego wypadku mają ograniczyć się do samej elektrowni. Prawdopodobieństwo takiej awarii jest jednak bardzo niewielkie.

Eksperci Nuclear Energy Agency (NEA) działający w ramach Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (OECD) obliczyli teoretyczną częstość awarii elektrowni jądrowych, w wyniku której następuje uwolnienie dużej ilości substancji promieniotwórczych. Porównując reaktory I generacji (lata 1950–1970) i reaktory generacji III/III+ (lata 2000–2020), wartość ta zmniejszyła się 1,6 tys. razy. Współczesne reaktory osiągają wskaźnik prawdopodobnej częstości występowania awarii ze stopienia rdzenia na poziomie minimum 1 na 10 tys. lat. Te najbezpieczniejsze – na poziomie 1 na milion lat. Poziom bezpieczeństwa jest stale poprawiany, a ryzyko awarii w elektrowniach jądrowych maleje.

Reaktor AP1000 opracowany przez firmę Westinghouse, który zostanie zastosowany w pierwszej polskiej elektrowni jądrowej w lokalizacji Lubiatowo-Kopalino, to dwupętlowy reaktor wodny ciśnieniowy (PWR). W tej technologii zastosowano wiele poziomów bezpieczeństwa w celu zapobiegania awariom i łagodzenia ich skutków, co pozwala uzyskać bardzo niskie prawdopodobieństwo uszkodzenia rdzenia reaktora. Korzysta z pasywnych systemów bezpieczeństwa – czyli systemów opartych na naturalnych siłach: grawitacji, naturalnej cyrkulacji i akumulacji ciśnienia. Dzięki temu reaktor może być chłodzony przez co najmniej 72 godziny bez zasilania prądem i bez udziału człowieka. Nie ma potrzeby korzystania z pomp, wentylatorów, silników, agregatów chłodniczych czy innych maszyn, z wyjątkiem kilku zaworów, które w razie potrzeby automatycznie uruchamiają pasywne systemy bezpieczeństwa. Ponadto większość z tych zabezpieczeń jest umieszczona w obrębie obudowy bezpieczeństwa, co dodatkowo zwiększa bezpieczeństwo.

Zgodnie z informacjami Westinghouse dzięki zastosowaniu pasywnych rozwiązań w reaktorach AP1000 możliwe jest działanie systemów bezpieczeństwa przy założeniu jednoczesnej całkowitej utraty zasilania prądem elektrycznym poza elektrownią i w elektrowni. Obiekt może być więc doprowadzony do stanu kontrolowanego po zaniku napięcia w stacji, systemy bezpieczeństwa uruchomią się automatycznie, a sam obiekt zostanie utrzymany w stanie bezpiecznego wyłączenia przez co najmniej 72 godziny bez udziału operatora.

Bezpieczeństwo różnych technologii energetycznych

Elektrownie jądrowe są drugim – tuż po farmach słonecznych – najbezpieczniejszym źródłem energii na świecie. Zgodnie z danymi na 2021 r. współczynnik zgonów (liczba zgonów spowodowanych wypadkami i zanieczyszczeniem powietrza na terawatogodzinę wyprodukowanej energii elektrycznej) wyniósł 0,03 dla energetyki jądrowej, a dla energetyki słonecznej – 0,02. W przypadku energetyki wiatrowej wyniósł on 0,04.

Najbardziej problematyczna jest energetyka węglowa – z powodu spalania węgla brunatnego dla celów energetycznych na jednostkę wyprodukowanej energii elektrycznej umiera średnio ponad 32 osoby, a w przypadku węgla kamiennego – ponad 24. W przypadku elektrowni węglowych niebezpieczne są także odpady: popioły, żużle, gipsy i osady pochodzące z z oczyszczania spalin, szlamy i pyły. Powstają one w ogromnych ilościach, zawierają metale ciężkie oraz pierwiastki promieniotwórcze. Mimo zagrożenia, które stanowią dla ludzi i środowiska nie są tak dobrze zarządzane jak odpady z elektrowni jądrowych.

Dotychczasowe awarie w elektrowniach jądrowych

Postrzeganie zagrożenia ze strony elektrowni jądrowych może być zaburzone przez dwa duże i głośne wypadki – w Czarnobylu w 1986 roku i w Fukushimie w 2011 roku. Zgodnie z danymi ONZ w wyniku katastrofy w Czarnobylu bezpośrednio zginęło 31 osób, a w późniejszych latach w wyniki narażenia na promieniowanie pochodzące z uwolnionych substancji promieniotwórczych kolejnych niecałe 100. Podczas katastrofy w Fukushimie w wyniku wypadku nie zginął bezpośrednio nikt, ale w wyniku źle przeprowadzonej ewakuacji zginęło około 1600 osób.

W tym momencie warto porównać liczby – zanieczyszczenia powietrza pochodzące ze spalania paliw kopalnych w samym tylko 2018 r. spowodowały globalnie 8 mln zgonów – czyli co piąty zgon na świecie. Należy przy tym zauważyć, że np. w Indiach, w przeciwieństwie do państw Unii Europejskiej, elektrownie węglowe często nie posiadają systemów oczyszczania spalin, które pozwoliłyby zmniejszyć zagrożenia płynące z ich strony.

Wypadek z Fukushimy jest nie może zaistnieć w polskich warunkach. Był on spowodowany tsunami wywołanym trzęsieniem ziemi o magnitudzie 9 w skali Richtera. Tak silne trzęsienia ziemi zdarzają się głównie w rejonie Pacyficznego Pierścienia Ognia. W Polsce notowane są jedynie niewielkie wstrząsy, głównie powodowane działalnością górniczą (tzw. tąpnięcia). W przypadku katastrofy w Czarnobylu przyczyną było połączenie wadliwej konstrukcji reaktora i błędu ludzkiego. Reaktory typu RBMK nie były stosowane nigdzie poza Związkiem Radzieckim, ponieważ nie spełniały międzynarodowych norm bezpieczeństwa. Po awarii inne reaktory tego typu przeszły modyfikacje poprawiające ich bezpieczeństwo.