Dabartiniu metu viso pasaulio šalys skuba iš naujo peržiūrėti savo branduolinės energetikos planus – baiminamasi naujų Fukušimai prilygstančių „netikėtumų“. Tačiau šios srities specialistai žvelgia į ateitį – kuria mažesnius, saugesnius reaktorius, suprojektuotus taip, kad smarkiai sumažintų katastrofų tikimybę. Bet ar taip įmanoma užtikrinti branduolinį saugumą?
Dabartiniu metu viso pasaulio šalys skuba iš naujo peržiūrėti savo branduolinės energetikos planus – baiminamasi naujų Fukušimai prilygstančių „netikėtumų“. Tačiau šios srities specialistai žvelgia į ateitį – kuria mažesnius, saugesnius reaktorius, suprojektuotus taip, kad smarkiai sumažintų katastrofų tikimybę. Bet ar taip įmanoma užtikrinti branduolinį saugumą?
Kinijoje statomas „Taishan 1 EPR“ kompleksas
Dar prieš porą mėnesių Branduolinis Renesansas plėtojosi sparčiausiais tempais. JAV prezidento Obamos 2012 metų biudžete naujiems reaktoriams statyti buvo numatyta net 36 milijardai dolerių paramos (valstybės garantuotų paskolų forma). Kinija stabiliai tvirtino vis naujų jėgainių projektus, o Europos šalys (įskaitant Lietuvą) viena po kitos įsitraukė į naujų jėgainių projektų svarstymus ir planavimus. Tačiau, įpusėjus kovo mėnesiui ir įsibėgėjus Japonijos Fukušimos krizei, visos švaresnės ir perspektyvesnės branduolinės energijos iniciatyvos sustojo praktiškai ties nuline judėjimo į priekį skalės padala.
Nežiūrint į tai, kad Fukušimos avarija kelia grėsmę ne tik Japonijos, bet ir visuose gretimuose regionuose gyvenančioms tautoms, optimizmo išliko nemažai. Specialistų teigimu, svarbu prisiminti, jog naujos kartos branduoliniai reaktoriai suprojektuoti taip, kad atlaikytų visas tas problemas, kurioms nepajėgė atsispirti prieš 40 metų statyta Fukušimos jėgainė. Tai, be abejo, geras faktas, kadangi energetikos ekspertai tikina, jog atsisakius degiojo kuro energetikos, mums neišvengiamai teks naudotis atomo teikiama energija. Ir visiškai nesvarbu, norime mes to, ar ne.
Nuo tada, kai 9 balų žemės drebėjimas ir paskui jį sekęs cunamis Japonijoje sukėlė ištisą katastrofą ir tik per plauką nelėmė nekontroliuojamos branduolinės reakcijos, pasaulyje netyla kalbos apie atominės energetikos ateitį. Pavyzdžiui, Šveicarija skubiai sustabdė trijų naujų jėgainių planų patvirtinimo procesą, Vokietijos kanclerė paskelbė, jog šalis imsis vykdyti „pamatuotą“ atsitraukimą nuo branduolinės energetikos. Ir netgi Kinija – globalaus branduolinės energetikos plėtros variklis – „įšaldė“ visų naujų atominių jėgainių projektus.
„Akademikas Lomonosovas“. Menininko sugeneruotas vaizdas, kaip galėtų atrodyti plaukiojanti branduolinė jėgainė. Tokio tipo jėgainę šiuo metu konstruoja Rusija
Kol kas per anksti cituoti „Japonijoje išmoktas pamokas“. Techniniu požiūriu žmonija jau gerokai anksčiau išsiaiškino aštuntojo dešimtmečio eros branduolinių reaktorių trūkumus – tokių reaktorių, kurie panaudoti konstruojant Fukušimos jėgainę. Sukauptos žinios pritaikytos projektuojant naujus reaktorius.
Ko gi reikia saugiai branduolinei energetikai? Pirmiausia, būtina bet kokiomis sąlygomis užtikrinti reaktoriaus (ir ne tik reaktoriaus) aušinimą. Aušinimas turi veikti net praūžus tiek gamtiniams, tiek žmogaus sukeltiems kataklizmams. Tokios apsaugos sistemos yra numatytos naujausiuose „Generation III-plus“ kartos reaktoriuose ir naujausiuose jėgainių projektuose. Juose apsaugos sistemos veikia be operatoriaus įsikišimo, nutrūkus įprastiniam energijos tiekimui ar ištikus bet kokiam kitam trikdžiui.
Jau dabar egzistuoja net keletas „Generation III-plus“ reaktorių projektų, iš kurių daugumą dar turi patvirtinti šios srities kontrole užsiimančios organizacijos. Kai kurie kiti reaktorių modeliai, tokie kaip Prancūzijos kompanijos „Areva“ sukurtas EPR (Evolutionary Power Reactor) ir „Westinghouse“ AP1000, konstruojami jau dabar. Abu šie įrenginiai sumanyti taip, kad atlaikytų krizes, panašias į tą, kuri pastaruoju metu ištiko Japoniją. Be to, apsaugos įranga turi suveikti visiškai nepriklausomai nuo jas aktyvuoti galinčio operatoriaus – žmogaus. „Du naujieji reaktoriai turi daugybę papildomų funkcijų, kurių prieš trisdešimt ar keturiasdešimt metų neturėjo niekas, – pasakoja Michaelis Podovskis (Michael Podowski), JAV Masačusetso technologijų instituto (MIT) profesorius ir branduolinių jėgainių saugumo sistemų ekspertas. – Šiuose technologiškai pažangiuose reaktoriuose bus daugiau pasyviųjų apsaugos sistemų, kurios saugumą užtikrins be jokio išorinio įsikišimo.“
„Areva“ šiuo metu konstruoja keturis EPR reaktorius – du Kinijoje ir du Europoje. Jų konstrukcijoje naudojamos keturios viena nuo kitos nepriklausomos rezervinio aušinimo sistemos, dvi iš kurių suprojektuotos taip, kad atlaikytų ištisą lėktuvo sudužimą. „Westinghouse“ reaktoriuose AP1000 numatytas pasyviųjų apsaugos sistemų kompleksas, kuriose naudojama natūrali oro cirkuliacija, išnaudojamas gravitacijos poveikis ir kiti natūralūs gamtos reiškiniai, leidžiantys iš „nežinomųjų lygties“ eliminuoti vandens siurblius ir vožtuvus. Jei jėgainės temperatūra pradėtų didėti, šios priemonės be jokios išorinės pagalbos automatiškai aušintų reaktoriaus kamerą iki trijų dienų.
Fukušima Dai-iči (Fukushima Dai-ichi) branduolinė jėgainė. 2011 m. kovo 14 d.
Argi nėra „išjungimo“ mygtuko?
Branduoliniame reaktoriuje generuojama daug šilumos. Be to, reaktoriuose naudojamos ganėtinai „nemaloniu“ poveikiu pasižyminčios radioaktyviosios medžiagos. Dėl šių priežasčių reikalingos kelios apsaugos priemonės, ne tik paprastas aušinimas vandeniu. Jėgainės reaktoriaus kamera, kuro strypai ir vanduo talpinami plieniniame korpuse, kuris savo ruožtu patalpinamas į gigantišką gelžbetonio masyvą, skirtą nuo išorės atkirsti bet kokias radioaktyvias medžiagas.
Logiškas klausimas – ar nėra visai šitai sistemai paprasčiausio išjungimo mygtuko? Aišku, jog išjungimas yra įmanomas, tačiau tam nepakanka paspausti vieną mygtuką. Funkcionuojančioje branduolinio skilimo jėgainėje naudojama valdymo strypų sistema, kuri riboja viduje vykstančios skilimo reakcijos greitį – valdymo strypai absorbuoja reakciją skatinančius laisvuosius neutronus. Reakcijos greitį galima valdyti ir netgi sustabdyti. Žemės drebėjimo metu Fukušimos jėgainės valdymo strypų sistema veikė normaliai, nutraukdama minėtąją urano skilimo reakciją. Tačiau net ją sustabdžius, kuro strypai ganėtinai ilgą laiką išlieka įkaitę iki itin aukštų temperatūrų ir jiems vėsinti reikalingas pastovus aušinimas.
Paprastai ši užduotis nėra problematiška, kol aušinimo sistema sėkmingai veikia. Tačiau jei dingsta energijos tiekimas, šaltą vandenį tiekiantys siurbliai išsijungia. Atrodytų, menka bėda – galima panaudoti rezervinius dyzelinu varomus elektros generatorius. Tačiau Fukušimoje įvykęs žemės drebėjimas rezervinius generatorius taip pat sunaikino. O tai jau yra rimta problema. Netgi sustabdžius skilimo reakciją, saugumui užtikrinti reikalinga sumažinti reaktoriaus temperatūrą. Kodėl?
Liekamoji šiluma inicijuoja vadinamąsias „liekamąsias šilumines reakcijas“, kurių metu įkaitusios radioaktyviosios medžiagos ir šalutiniai skilimo produktai (daugiausiai radioaktyvusis jodas ir cezis) vis dar generuoja tam tikrą šilumos kiekį, dėl ko reaktoriaus atšaldymo procesas užtrunka gana ilgai. Jei nebus nuolatinio aušinimo, šios energijos gali pakakti reaktoriui išlydyti net po to, kai pati reakcija yra seniai „išjungta“.
Fukušimos jėgainės atveju, abi aušinimo sistemos – pagrindinė ir rezervinė – buvo sugadintos. Tai nulėmė spartų reaktorių kaitimą.
Todėl inžinieriai greitai sugalvojo laikiną sprendimą – pumpuoti boro rūgštimi „paskanintą“ jūros vandenį. Boro rūgštis turėjo „užgesinti“ dėl temperatūros savaime įsižiebusią branduolinę reakciją – jei tokia būtų pradėjusi vykti. Aišku, toks sprendimas yra laikinas ir pavojingas, kadangi jūros vanduo skatina metalų koroziją. Jei aušinimo sistemų nebūtų pavykę suremontuoti, toks aušinimas būtų reikalingas kelis mėnesius ir net iki vienerių metų – tol, kol branduolinė reakcija būtų visiškai „užgesinta“. Iš to seka, jog logiškiausias sprendimas yra padidinti esamų aušinimo sistemų patikimumą tokių nelaimių atveju.
Verdančio vandens reaktorius: 1. Slėgio kamera; 2. Branduolinio kuro elementas; 3. Valdymo strypai; 4. Cirkuliaciniai siurbliai; 5. Variklio valdymas; 6. Garas; 7. Vandens tiekimas; 8. Didelio slėgio turbina; 9. Mažo slėgio turbina; 10. Generatorius; 11. Sužadinimas; 12. Kondenseris; 13. Aušinimas; 14. Pakaitnimmas; 15. Vandens siurblys; 16. Šalto vandens siurblys; 17. Betono korpusas; 18. Elektros tinklo jungtis
Branduolinės energetikos perspektyvos
Žinoma, naujųjų (ir saugesnių) sistemų galimybės įtikina toli gražu ne visus. Galima kelti prielaidą, jog modernūs reaktoriai geriau susidorotų su Fukušimoje susidariusiomis aplinkybėmis, nei ten esantys senieji modeliai. Tačiau sunku prognozuoti, kiek saugi būtų naujoji įranga, jeigu jai tektų atlaikyti dvigubą – žemės drebėjimo ir cunamio – smūgį.
Organizacijos „Union of Concerned Scientists“ fizikas ir branduolinių jėgainių projektavimo ekspertas Edas Lymanas (Ed Lyman) sutinka, jog EPR ir kiti panašūs projektai gerokai viršija minimalius JAV Branduolinės energetikos reguliavimo komisijos reikalavimus. Tačiau specialistas pastebi, jog niekas negali įvertinti netikėtų veiksnių įtakos. „Kai kurie nauji projektai gali būti patikimesni nei kiti, tačiau manau, jog bendruoju atveju jiems visiems yra bendras vienas trūkumas – jei avarija visgi įvyks, pasekmės bus lygiai tokios pat, kaip ir senųjų modelių atveju“.
Norint vystyti išties saugią energetiką, nepakanka vien tik apsaugoti jėgaines nuo perkaitimo. Tai reiškia, jog turime orientuotis į mažesnes, o ne didesnes jėgaines. Tokios koncepcijos nauja įsitikinęs ir Podovskis. Jo nuomone, ateitis priklauso mažiems moduliniams reaktoriams, kuriuos būtų galima naudoti kaip paskirstytojo tipo elektrines. Jose būtų saugomas mažas radioaktyviojo kuro kiekis, generuojantis energiją nedideliam elektros vartotojų tinklo segmentui. Joms saugoti reikėtų gerokai paprastesnių pasyviojo tipo mechanizmų.
Tokiuose reaktoriuose būtų sukoncentruojama mažiau šiluminės energijos, todėl jiems aušinti nereikėtų aktyviųjų aušinimo sistemų. Perteklinė šiluma būtų natūraliai perduodama į aplinkinį orą. Tokie reaktoriai jau savo esme būtų saugesni, teigia Podovskis: „Maži reaktoriai yra iš principo saugesni, kadangi juose negali atsitikti nieko pavojingo. Jei kas nors sugestų, jie tiesiog būtų automatiškai išjungiami, karštis išsklaidomas, tad visa sistema pereitų į neutralią būseną“.
Ar tokia ateities vizija išsipildys? Nesvarbu, kaip bedalintume ateities energetikos „pyragą“, didžiausias gabalas vis vien atiteks branduolinei energijai. Be to, popieriuje preliminarių projektų pavidalu jau egzistuoja ketvirtosios kartos (Generation IV) reaktoriai. Taip pat tiriamos dar tobulesnių aušinimo sistemų ir kitų technologijų galimybės, turėsiančios padidinti branduolinių jėgainių produktyvumą ir saugumą. Tačiau realybe šie planai taps ne anksčiau kaip po 20 metų. Tuo tarpu inžinieriai eksperimentuoja su pačiomis įvairiausiomis branduolinių jėgainių koncepcijomis ir jų modifikacijomis. Viena jų – plūduriuojančios atominės jėgainės, kurioms nebaisi seisminė planetos veikla. Kita teorinė alternatyva – požeminės sistemos, kurios iškart būtų saugiai paslėptos giliai po mūsų kojomis ir keltų minimalią grėsmę net ir visiško jėgainės sunaikinimo atveju.
Kiek šiuos sumanymus paveiks Fukušimos patirtis, pamatysime netolimoje ateityje. Rensselaer politechnikos instituto branduolinės inžinerijos profesorius Yaronas Danonas (Yaron Danon) tikisi palyginti, kiek skiriasi jaunosios kartos reakcija dabartinės Japonijos krizės ir ankstesnių branduolinių katastrofų atvejais. „Įdomu pažvelgti, kaip į tai reaguoja jauni žmonės, tie, kurie neprisimena Černobylio arba Trijų Mylių salos. Ar jie sakys, jog turime nebestatyti tokių elektrinių, ar jie mėgins kurti geresnius reaktorius?“, – svarsto Danonas.
Krizė Japonijoje yra visos žmonijos tragedija, tačiau tuo pat metu tai yra galimybė pasimokyti iš praeities klaidų ir proga iš naujo permąstyti ateities gaires. Tačiau atsisakyti baigiančio subręsti branduolinio amžiaus būtų klaida, įsitikinęs ekspertas. „Nematau jokios priežasties, kodėl turėtume nusigręžti nuo šios technologijos, – aiškina Danonas. – Kai kas nors žūsta automobilių avarijoje, mes nenustojame naudotis šiomis transporto priemonėmis. Mes dirbame, siekdami padidinti jų saugumą.“
