Vilniaus universiteto Fizikos fakulteto vyresnysis mokslo darbuotojas dr. Andrius Juodagalvis papasakoja, kaip atominėse elektrinėse gaminama elektros energija, koks pavojus susijęs su Zaporižios ir Astravo elektrinėmis ir kokios yra atominių atliekų laidojimo alternatyvos.
Pastaruosius mėnesius pasaulis su dar didesniu nerimu stebėjo pernai Rusijos užpultą Ukrainą. Birželį okupantai sugriovė Kachovkos užtvanką, jos rezervuaras nuseko ir pasiekė ribą, nuo kurios įprastiniai Zaporižios atominės elektrinės (ZAE) siurbliai nebegali veikti. Liepą vėl garsiau pasigirdo perspėjimai apie sprogmenis Zaporižios elektrinėje, kurioje vis dar šeimininkauja rusai. Regione klausimų kelia ir Baltarusijos atominė elektrinė (Astravo AE), kurios antrasis energoblokas liepos 10 d. buvo įjungtas į tinklą. Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto vyresnysis mokslo darbuotojas dr. Andrius Juodagalvis papasakojo, kaip atominėse elektrinėse gaminama elektros energija, koks pavojus susijęs su Zaporižios ir Astravo elektrinėmis ir kokios yra atominių atliekų laidojimo alternatyvos.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Kas vyksta atominėje elektrinėje?
„Branduolinę energiją galima gretinti su kamuoliu: kaip kamuolys nuo šlaito rieda žemyn, taip atomo branduolys, esantis nestabilios būsenos, ieško būdų atsikratyti pertekline vidine energija, iššaudamas daleles. Tą mes bandome pritaikyti praktiškai – dėl intensyvių branduolinių skilimų medžiaga šyla, mes tą šilumą surenkame ir priverčiame sukti generatorius – taip gaminama elektros energija“, – sako dr. A. Juodagalvis.
Elektrines dažniausiai vadiname „atominėmis“, o ne „branduolinėmis“, tačiau pirminiai virsmai vyksta branduoliuose, esančiuose atomo centre. Protonų skaičius branduolyje nulemia, kaip tą atomą mes vadiname, o neutronų skaičius branduolyje – kokį cheminio elemento izotopą turime. Būtent branduolių virsmo metu išsiskiria daugiausia energijos, o aplink branduolį skriejantys elektronai palaiko visos medžiagos struktūrą ir padeda išsiskiriančiai energijai galiausiai virsti vandens šiluma.
„Dažniausiai šiems procesams pasirenkame tokius izotopus, kurie būna arba mažai radioaktyvūs, arba tokie, kuriuos galima aktyvuoti. Pavyzdžiui, daug izotopų turintis uranas. Vienas jo izotopas, uranas-235, yra parankus, nes, gavęs papildomą neutroną, pasidaro nestabilus ir skyla. Dalijimosi procese susidaro du mažesni branduoliai ir du neutronai. Jei sugebėsime atsiradusius neutronus nukreipti į kitus urano branduolius, tie branduoliai bus aktyvuoti ir taip pat skils, sudarydami naujus neutronus. Skilimo metu dar išsiskiria ir papildoma energija, kurios dalį panaudojame elektrai gaminti. Jei turime pradinį neutroną, kuris aktyvuoja branduolį, o šis skyla ir išlaisvina naujus neutronus, kurie aktyvuoja kitus branduolius, toks procesas vadinamas grandinine reakcija. Ji pasidaro pavojinga, kai skilimų skaičius sparčiai auga. Kitaip tariant, kai neutronų daugėjimo procesas tampa nevaldomas“, – teigia mokslininkas.
Pašnekovo aiškinimu, branduolinio skilimo metu beveik visa išsiskirianti energija virsta šiluma. Jei kalbame apie suspaustu vandeniu aušinamus branduolinius reaktorius, turime katile uždarytą verdantį vandenį. Pačių branduolinių skilimų tiesiogiai negalime valdyti, tačiau papildomomis priemonėmis galime reguliuoti neutronų srautą. Ir jei valdome vandens ir garų judėjimą, sėkmingai gaminame elektrą. Jei garai užsilaiko, o branduolių skilimai toliau intensyviai kaitina vandenį, garų slėgis auga, „katilo“ dangtis ir vandenį laikantis indas bando priešintis, bet turi pasiduoti.
Taip įvyksta sprogimas: „James Mahaffey savo knygoje apie atomines avarijas ir jų priežastis „Atominės avarijos. Branduolinių sprogimų ir nelaimių istorija“ akcentuoja, kad baisiausias dalykas yra vandens garų sprogimas – staigus aukšto slėgio garų išsiveržimas į aplinką. Ypač, jei garai neša radioaktyvias medžiagas. Nesant vandens ir jo garų, reaktoriaus išsilydymas tėra brangiai kainavusi metalo balutė.“
Černobylio atvejis
„Černobylio elektrinės sprogimo atvejis – vienas žymiausių. Tikriausiai dar ir todėl, kad sutapus istoriniams įvykiams netiesiogiai išsprogdino ir visą Sovietų Sąjungą. J. Mahaffey savo knygoje teigia, kad žmogus – vienas nesaugiausių sutvėrimų: ilgai dirbdamas pavojingiausią darbą, jis įgyja apgaulingą saugumo jausmą ir tampa neatsargus, galvodamas, kad viskas gerai, jis viską žino, niekad nieko blogo nenutiko“, – komentuoja dr. A. Juodagalvis.
Anot fiziko, įprastumas ir nepalankių aplinkybių sutapimas suveikė Černobylio atominėje elektrinėje: „Černobylio reaktoriai gamino elektrą jau keletą metų. Naujausiame, ketvirtame reaktoriuje buvo ruošiamasi pagerinti saugos priemones, kas galbūt būtų padėję išvengti avarijos. O prieš tuos atnaujinimus buvo atliekamas papildomas reaktoriaus veikimo išbandymas, kuris net neprasidėjo sklandžiai, o testui ruošiantis buvo išjungiamos apsaugos sistemos. Nusprendus reaktorių sustabdyti „įprastu“ būdu – nuspaudžiant avarinio išjungimo mygtuką – galiausiai įvyko garų sprogimas. Vėliau paaiškėjo, kad reaktoriaus avarinio išjungimo seka paleido „turbo“ režimą ir reaktorius susilydė. Tiesa, Lietuvoje buvo statomas panašus reaktorius, ir Ignalinos AE pirmojo bloko testavimo metu buvo pastebėtas reaktoriaus valdymo strypų konstrukcijos klaidingumas, kuris 2,5 metų nebuvo laikomas esminiu, kol neįvyko avarija.“
Prasidėjusi nevaldoma grandininė reakcija pakėlė temperatūrą tiek, kad susilydė branduolinio kuro laikikliai, buvo užvirintas vanduo keliose skirtingo tūrio talpose, o jos buvo gana uždaros ir dėl to įvyko keli sprogimai, kurie išsviedė radioaktyviomis medžiagomis užterštus vandens garus aukštai į orą, ir vėjai išblaškė juos po visą pasaulį.
Avarijos analizuojamos stengiantis suprasti jų priežastis ir ieškoma būdų įrengti tinkamas apsaugos priemones ar numatyti teisingas reaktoriaus darbo režimo keitimų procedūras. Analizė taip pat padeda pažinti pavojus ir įvertinti naują situaciją. „Savo įtraukias istorijas apie atomines avarijas J. Mahaffey pradeda nuo vaizdingo pasakojimo apie surežisuotą garvežių susidūrimą, kuris sumažino JAV keleivių baimę, kad garvežyje esantis katilas gali sprogti malonios kelionės metu. Tikros avarijos žiūrovai pamatė, kad pavojus yra, tačiau sprogimas nesudrasko keleivinio vagono. Pratęsdamas mintį apie žinojimo naudą, autorius pasakoja apie verdančio vandens branduolinio reaktoriaus (BWR) kūrėjus, kurie nusprendė sukelti tyčinę avariją, kad pamatytų, kas blogiausia gali nutikti. Vandeniui audringai išvirus, grandininė reakcija galutinai nutrūko. Žinoma, avarijos metu geriau nebūti netoliese, bet poveikis buvo labai ribotas. Černobylio reaktoriai buvo kito tipo, tačiau galima spėti, kad testas galėjo nesibaigti tokiu milžinišku sprogimu, jei ribinių sąlygų formavimas būtų pradėtas reaktoriui esant įprastinės būsenos ar būtų daugiau daviklių, rodančių realią situaciją reaktoriuje“, – samprotauja fizikas.
Kiek pavojingos Zaporižios ir Astravo elektrinės?
„Sudėtinga kalbėti apie Zaporižios atominės elektrinės situaciją, nes nėra būdo įvertinti piktavališkumo ribų. Tačiau turėtume atsižvelgti į tai, kad elektrinė yra labai toli nuo Lietuvos – beveik už 1000 km – ir didžiąja dalimi ji yra išjungta. Kita vertus, bet koks didesnio masto incidentas neišvengiamai keltų pavojų ir Rusijai bei jos kaimynėms, todėl esu linkęs manyti, kad okupantams neapsimokės jo organizuoti. O dėl didelio atstumo ir elektrinės neaktyvumo incidento metu Lietuvai pavojaus nebūtų“, – svarsto dr. A. Juodagalvis.
Pašnekovo manymu, nemažą žalą daro nuolatinis kareivių buvimas. Šie kareiviai trukdo Zaporižės AE darbuotojams, besirūpinantiems saugiu elektrinės darbu, ir mokslininkas nerimauja dėl vandens trūkumo ir energijos pertrūkių, nes perdirbto kuro saugyklos ir vienas šilto išjungimo režimu veikiantis reaktorius turi būti nuolatos aušinami, kad radioaktyvios medžiagos neišsiveržtų iš jas laikančių apvalkalų. Tačiau ir šiuo atveju tragiškas poveikis būtų artimajai aplinkai, bet ne Lietuvai.
„Dėl Astravo elektrinės nerimauju, nes ji yra arti sostinės. J. Mahaffey dėka susipažinęs su įvairiomis atominių avarijų istorijomis ir patyrinėjęs branduolinio saugumo agentūrų ataskaitas apie įvykius, susidariau įspūdį, kad negali žinoti, iš kur gali kilti pavojus. Knygos autorius pasakoja ir apie savo asmeninę patirtį, kai žiurkės graužiamas laidas varė iš proto reaktoriaus stebėjimo sistemą, kurią jam reikėjo papildomai įrengti. Jei reaktorius būtų valdomas reaguojant į graužiamo laido perduodamus signalus, kompiuteris nesuprastų, kas reaktoriuje vyksta, ir duodamas klaidingus nurodymus galėtų sukelti avariją. Manau, kad tinkamai naudojant pasaulyje sukauptą branduolinės energetikos patirtį didelių incidentų įmanoma išvengti. Astravo reaktoriai saugesni nei Černobylio, nes jie turi apsauginį gaubtą, galintį sulaikyti garų išsiveržimą iš reaktoriaus“, – pažymi dr. A. Juodagalvis.
Pasak jo, tiek Lietuva, tiek tarptautinė bendruomenė negali tikėtis, kad Astravo elektrinė bus išjungta, jei veiks sėkmingai, tačiau gali reikalauti, kad Baltarusija būtų atidi reaktorių darbo saugumui ir įsileistų į elektrinę Tarptautinės atominės energijos agentūros (TATENA) stebėtojus.
Radioaktyvioms liekanoms – pažangesnis utilizavimo būdas
2021 m. TATENOS informacinis leidinys nurodo, kad pasaulyje veikia 442 atominių elektrinių reaktoriai, statomi 52 nauji reaktoriai, o 192 reaktoriai jau yra uždaryti. Sukaupta beveik 19 tūkstančių atominių reaktorių veikimo metų, tad pasaulinė patirtis yra ženkli, didesni incidentai yra reti. Pagal esminius elementus yra išskiriami 6 pagrindiniai dabar naudojamų reaktorių tipai. A. Juodagalvis mano, kad ateityje kompaktiški branduoliniai reaktoriai bus įprasti nutolusiose vietovėse.
Branduoliniams reaktoriams tęsiant darbą, kaupiasi radioaktyvios liekanos. Daug dėmesio tenka skirti ilgai gyvuojančių radioaktyvių elementų laikymui. Mokslininkai tyrinėja jų laidojimo alternatyvas, galvoja apie ilgaamžių branduolių „deginimo“ reaktorius, o atsižvelgdami į nevaldomos grandininės reakcijos pavojus, be kitų alternatyvų, kuria ir greitintuvu varomus subkritinius reaktorius.
„Ši technologija ne pati našiausia, bet ji veikia ir yra pakankamai saugi. Greitintuvo įgreitintais protonais apšaudant taikinį gaunamas neutronų srautas, skriejantis į radioaktyvias atliekas. Ilgai gyvuojantys branduoliai gauna papildomos energijos ir greičiau skyla. Taigi mažiau ilgaamžių radioizotopų reikia saugoti, o jiems skylant išsiskiriančią energiją galime panaudoti gamindami elektros energiją“, – aiškina dr. A. Juodagalvis.
Pasak pašnekovo, jau ir dabar panaudotas elektrinių kuras yra perdirbamas, branduolius perrūšiuojant ir dalį tinkamų branduolių supakuojant į naujas kuro kasetes. Ilgai gyvuojančių branduolių transmutacija leistų gauti elektros energiją ir nekaupti tokio didelio kiekio panaudoto kuro atliekų saugyklose, tačiau stengiamasi atsižvelgti į visus saugaus naudojimo aspektus. Žinoma, greitintuvais valdoma technologija šiek tiek brangesnė, todėl ieškoma ekonomiškai naudingų sprendimų.
