Kako rade nuklearne elektrane? I šta biva kad nešto krene naopako?
Tekst: Slobodan Bubnjević
Ilustracija: Jovan Mikonjić
Fukušima još ostavlja tragove širom sveta. Pre godinu dana, 11. marta 2011, nakon velikog zemljotresa koji se dogodio u Japanu, došlo je do serije katastrofa u nuklearnoj elektrani Fukušima 1, udaljenoj više od 200 kilometara od Tokija.
Ovu nesreću će tokom nekoliko dramatičnih martovskih dana pratiti čitav svet, a kasnije će celom slučaju na INES skali nuklearnih incidenata biti dodeljen „nivo 7“, čime je Fukušima izjednačena sa nuklearnom katastrofom u Černobilju. Mada radijacija u većoj meri nikad nije napustila japanska ostrva, strah od nuklearne katastrofe se posle Fukušime kao nikad pre proširio svetom.
Iz ovog razloga se sa katastrofom u Fukušimi završava takozvana nuklearna renesansa, tokom koje su, zbog ekonomske i ekološke pogodnosti, u poslednjih deset godina podignuti brojni reaktori širom sveta. Nakon Fukušime isključuje se čak 30 od 440 reaktora, koliko ih je pre ove nesreće bilo operativno širom sveta, a po svemu sudeći, malo koja zemlja će graditi nove.
TONA UGLJA U TABLETI
Danas u svetu vlada ogromna glad za energijom i gašenje reaktora će imati različite dugoročne posledice. Inače, sve dok nema incidenata, nuklearna energija omogućava brojne blagodeti. Nuklearne elektrane ne zagađuju okolinu, ne ispuštaju ugljen-dioksid u atmosferu i ne podstiču globalno zagrevanje.
Ako se izuzme bezbednosna pretnja, zbog zapanjujuće količine energije koja se oslobađa u reaktoru, ova se energija smatra gotovo besplatnom u odnosu na energiju dobijenu iz uglja. Tako, na primer, većina nuklearnih reaktora kao gorivo koristi uranijumov dioksid u prahu, sabijen u tablete od 8×9 milimetara. Samo jedna ovakva minijaturna tableta uranijumskog goriva oslobađa energije koliko i jedna tona uglja, 2,5 tona ogrevnog drveta, tri bureta od 200 litara nafte ili 500 kubnih metara zemnog gasa.
No, ove očigledne prednosti ostaju u drugom planu onog trenutka kad radijacija napusti reaktor. Tada se više ništa ne može učiniti da se spasu životi i zdravlje ljudi koji se nalaze u blizini. Radioaktivne materije imaju trajne i pogubne efekte po živi svet. Zato nuklearne elektrane veliku pažnju posvećuju bezbednosti, a veći deo cene kilovat-sata dobijenog iz razbijanja atomskog jezgra troši se na povećanje sigurnosti u nuklearkama.
U principu, u nuklearnim reaktorima ni teorijski ne može doći do nekontrolisane nuklearne eksplozije kakva se dogodila u Hirošimi i Nagasakiju, a kakvu uobičajeno zamišljamo. No, može se ipak desiti, kao u slučaju Fukušime, ili Černobilja u SSSR i Ostrva Tri milje u SAD, da se zbog nestabilnosti reaktora njegov omotač otvori i smrtonosne radioaktivne materije slobodno izađu u atmosferu. Kako se to dogodi?
ZEMLJOTRES I CUNAMI
U Japanu je sve počelo 11. marta 2011, u 14.46. po lokalnom vremenu. Obalsku oblast kod grada Sendai na severozapadu ove visokorazvijene države pogodio je podmorski zemljotres od devet stepeni Rihtera. Ovaj izuzetno razorni potres snažno se osetio u 200 kilometara udaljenom Tokiju, ali u Japanu, naviknutom na zemljotrese, u prvi mah nije izazvao dramatična razaranja.
Najstrašniji udarac stiže dvadesetak minuta kasnije – japanske obale zapljuskuje divovski cunami talas, koji se na pojedinim mestima, kao posledica zemljotresa, podiže i do deset metara visine. Zabeleženi udar će biti jeziv – talas baca automobile, nosi kuće, izbacuje na obalu prekookeanski tanker.
Ali, drama koja će uzdrmati ceo svet tek počinje. Centralna pozornica katastrofe narednih dana biće nuklearna elektrana Fukušima 1, odnosno Fukušima Daiči (jedinica), u neposrednoj blizini morske obale. Ovde je bilo smešteno šest nuklearnih reaktora kompanije Tokyo Electric Power, ukupne snage od 4,7 GW, koji su u zemljotresu pretrpeli velika oštećenja i automatski bili ugašeni.
NUKLEARNA DRAMA
Zbog udara cunamija, na Fukušima reaktorima su oštećeni rashladni sistem i napajanje elektrane strujom, što u seriji uzajamno povezanih problema otvara pitanje da li će reaktori početi da se tope i ispustiti svoj sadržaj u atmosferu.
Naime, tokom redovnog ciklusa u reaktoru, električna struja se dobija iz uranijumskih tableta u kojima je izotop U238. Cepanjem jezgara, odnosno fisijom ovog uranijumskog goriva neprekidno se oslobađa ogromna energija koja greje vodenu paru i tako pokreće turbinu generatora koja proizvodi struju.
Međutim, u samom reaktoru, u koji ulazi voda iz primarnog ciklusa, neprekidno se u procesu fisije oslobađaju „vreli“ fisioni fragmenti. Oni imaju presudnu ulogu u kontrolisanoj lančanoj reakciji, jer su na visokoj temperaturi brzi i obezbeđuju dalje cepanje uranijuma.
No, zbog njih, čak i kad je elektrana „isključena“, reaktori moraju da se hlade jer će brzi fisioni fragmenti polako podizati temperaturu i kad se dovoljno zagreju pokrenuti lančanu reakciju. To je bila srž opasnosti koja se dogodila u Fukušimi nakon što je elektrana isključena, a sistemi za hlađenje bili uništeni u cunamiju.
Bez hlađenja, reaktori u Fukušimi, jedan za drugim, počinju da se greju iznad prihvatljive temperature, otimaju se kontroli, eksplodiraju njihovi omotači, a u more i atmosferu se oslobađa radijacija koja truje ljude i zemlju. Japanom se ponovo širi bauk radijacije.
Japanske vlasti danima vode bitku kako bi se izbeglo potpuno otvaranje reaktorskih posuda i još veća katastrofa koja preti da ozrači ceo Japan. Operateri elektrane odlučuju da ostanu u elektrani do kraja, svesni da su sebe žrtvovali radijaciji i dugom, bolnom umiranju od prekomernih doza zračenja. Mediji ih zbog te žrtve nazivaju „pedeset samuraja“.
U međuvremenu, vatrogasci hlade reaktorske zgrade šmrkovima, iz helikoptera se prosipa voda na reaktore, u sekundarni ciklus se čak upušta morska voda, traga se za načinima da se uspostavi dodatno napajanje. Drama se okončava tek nakon više od sedam dana, kad temperatura reaktora najzad počinje lagano da opada.
Šta je lančana reakcija?
Za razliku od termoelektrana gde se struja dobija sagorevanjem uglja i hidroelektrana koje koriste potencijal reka, u nuklearnim reaktorima se u električnu pretvara jedna sasvim druga energija – ona zarobljena u atomskom jezgru. Cela ideja je jednostavna. Naime, kada se teško radioaktivno jezgro, kao što je na primer jezgro izotopa uranijuma U238, bombarduje neutronima, dolazi do fisije, odnosno cepanja jezgra, i tada se oslobađa neverovatna energija. Jezgra teških, radioaktivnih elemenata se i prirodno raspadaju, ali se to dešava sporadično i slučajno. No, mnogo nestabilnih jezgara u uranijumskim tabletama ima drugačiju sudbinu. Jezgra se cepaju od sudara sa neutronima, a pri svakom raspadu nastaju fragmenti raspada i među njima, posebno važno – novi neutroni. Oni pogađaju sledeća jezgra i izazivaju nove sudare, oslobađajući ogromnu energiju. Ako se fragmenti raspada usporavaju tako da ne „pobegnu“, kao što to čini moderator u reaktoru, proces se praktično odvija sam do sebe.
HILJADU ŽDRALOVA
Teško je proceniti sve posledice nesreće u Fukušimi. Pored velikog broja nastradalih u udaru cunamija, u nuklearnoj elektrani su od zračenja neposredno stradale dve osobe, a više od 25 radnika koji su se svesno žrtvovali kako bi sprečili veću katastrofu, primilo je velike doze zračenja.
Danas je oko elektrane, sa prostora od 20 kilometara u prečniku, iseljeno više od 200.000 ljudi. Region koji obuhvata između 20 i 30 kilometara ove oblasti smatra se opasnim, ali tu nije zabranjen život.
Prema zvaničnim podacima, oko Fukušime se danas meri radijacija od 100 milisiverta, koja nije direktno pogubna za život, ali može izazvati rak i druga trajna oboljenja. Poređenja radi, u normalnim sredinama radioaktivnost je obično niža od jednog milisiverta.
Tokom prvih godinu dana nakon Fukušime, u Japanu su održani masovni protesti protiv nuklearne energije, a vlada Jošihiko Node je donela odluku da u budućnosti zemlju učini nezavisnom od nuklearne energije. Danas se simbolično, nedaleko od obale Fukušime, planira izgradnja plutajuće elektrane na vetar sa šest vetrogeneratora od po 2MW.
Oštećeni reaktori će biti zaliveni betonom i zakopani peskom. Tokom jeseni 2011. Japan je izdvojio 13 milijardi dolara za čišćenje kontaminiranog područja oko Fukušime. Taj novac je utrošen na sanaciju reaktora, ali i na izmeštanje 29 miliona kubnih metara zemljišta koje je ozračeno oko fabrike. No, jedan deo ove oblasti biće zauvek zabranjen za život, sasvim nalik na Zabranjenu zonu oko Černobilja u Ukrajini.
Kako radi nuklearni reaktor?
Nuklearna elektrana ima mnogo sličnosti sa termoelektranom. Suštinska razlika je u tome što se vodena para u termoelektrani pokreće sagorevanjem uglja, a u nuklearnoj radom reaktora. Reaktorsku zgradu čine unutrašnja čelična ljuska pod pritiskom i spoljna zgrada od armiranog betona. Unutar nje se nalazi reaktor sa dva rashladna kruga i sigurnosnim sistemima. Reaktorska posuda je vrlo mala u odnosu na zgradu kojom je zaštićena. Voda se u dva rashladna kruga greje tokom lančane reakcije u reaktoru, a potom generatori pare proizvode zasićenu paru. Ova para se koristi za pokretanje turbina elektrane koje zatim, kao i svaki generator, proizvode struju. Turbinska hala je velika, ne mnogo različita od bloka kakve termoelektrane, osim što je vidljivo čistija, gotovo kao neka laboratorija.
