Како раде нуклеарне електране? И шта бива кад нешто крене наопако?
Текст: Слободан Бубњевић
Илустрација: Јован Микоњић
Фукушима још оставља трагове широм света. Пре годину дана, 11. марта 2011, након великог земљотреса који се догодио у Јапану, дошло је до серије катастрофа у нуклеарној електрани Фукушима 1, удаљеној више од 200 километара од Токија.
Ову несрећу ће током неколико драматичних мартовских дана пратити читав свет, а касније ће целом случају на INES скали нуклеарних инцидената бити додељен „ниво 7“, чиме је Фукушима изједначена са нуклеарном катастрофом у Чернобиљу. Мада радијација у већој мери никад није напустила јапанска острва, страх од нуклеарне катастрофе се после Фукушиме као никад пре проширио светом.
Из овог разлога се са катастрофом у Фукушими завршава такозвана нуклеарна ренесанса, током које су, због економске и еколошке погодности, у последњих десет година подигнути бројни реактори широм света. Након Фукушиме искључује се чак 30 од 440 реактора, колико их је пре ове несреће било оперативно широм света, а по свему судећи, мало која земља ће градити нове.
ТОНА УГЉА У ТАБЛЕТИ
Данас у свету влада огромна глад за енергијом и гашење реактора ће имати различите дугорочне последице. Иначе, све док нема инцидената, нуклеарна енергија омогућава бројне благодети. Нуклеарне електране не загађују околину, не испуштају угљен-диоксид у атмосферу и не подстичу глобално загревање.
Ако се изузме безбедносна претња, због запањујуће количине енергије која се ослобађа у реактору, ова се енергија сматра готово бесплатном у односу на енергију добијену из угља. Тако, на пример, већина нуклеарних реактора као гориво користи уранијумов диоксид у праху, сабијен у таблете од 8×9 милиметара. Само једна оваква минијатурна таблета уранијумског горива ослобађа енергије колико и једна тона угља, 2,5 тона огревног дрвета, три бурета од 200 литара нафте или 500 кубних метара земног гаса.
Но, ове очигледне предности остају у другом плану оног тренутка кад радијација напусти реактор. Тада се више ништа не може учинити да се спасу животи и здравље људи који се налазе у близини. Радиоактивне материје имају трајне и погубне ефекте по живи свет. Зато нуклеарне електране велику пажњу посвећују безбедности, а већи део цене киловат-сата добијеног из разбијања атомског језгра троши се на повећање сигурности у нуклеаркама.
У принципу, у нуклеарним реакторима ни теоријски не може доћи до неконтролисане нуклеарне експлозије каква се догодила у Хирошими и Нагасакију, а какву уобичајено замишљамо. Но, може се ипак десити, као у случају Фукушиме, или Чернобиља у СССР и Острва Три миље у САД, да се због нестабилности реактора његов омотач отвори и смртоносне радиоактивне материје слободно изађу у атмосферу. Како се то догоди?
ЗЕМЉОТРЕС И ЦУНАМИ
У Јапану је све почело 11. марта 2011, у 14.46. по локалном времену. Обалску област код града Сендаи на северозападу ове високоразвијене државе погодио је подморски земљотрес од девет степени Рихтера. Овај изузетно разорни потрес снажно се осетио у 200 километара удаљеном Токију, али у Јапану, навикнутом на земљотресе, у први мах није изазвао драматична разарања.
Најстрашнији ударац стиже двадесетак минута касније – јапанске обале запљускује дивовски цунами талас, који се на појединим местима, као последица земљотреса, подиже и до десет метара висине. Забележени удар ће бити језив – талас баца аутомобиле, носи куће, избацује на обалу прекоокеански танкер.
Али, драма која ће уздрмати цео свет тек почиње. Централна позорница катастрофе наредних дана биће нуклеарна електрана Фукушима 1, односно Фукушима Даичи (јединица), у непосредној близини морске обале. Овде је било смештено шест нуклеарних реактора компаније Tokyo Electric Power, укупне снаге од 4,7 GW, који су у земљотресу претрпели велика оштећења и аутоматски били угашени.
НУКЛЕАРНА ДРАМА
Због удара цунамија, на Фукушима реакторима су оштећени расхладни систем и напајање електране струјом, што у серији узајамно повезаних проблема отвара питање да ли ће реактори почети да се топе и испустити свој садржај у атмосферу.
Наиме, током редовног циклуса у реактору, електрична струја се добија из уранијумских таблета у којима је изотоп U238. Цепањем језгара, односно фисијом овог уранијумског горива непрекидно се ослобађа огромна енергија која греје водену пару и тако покреће турбину генератора која производи струју.
Међутим, у самом реактору, у који улази вода из примарног циклуса, непрекидно се у процесу фисије ослобађају „врели“ фисиони фрагменти. Они имају пресудну улогу у контролисаној ланчаној реакцији, јер су на високој температури брзи и обезбеђују даље цепање уранијума.
Но, због њих, чак и кад је електрана „искључена“, реактори морају да се хладе јер ће брзи фисиони фрагменти полако подизати температуру и кад се довољно загреју покренути ланчану реакцију. То је била срж опасности која се догодила у Фукушими након што је електрана искључена, а системи за хлађење били уништени у цунамију.
Без хлађења, реактори у Фукушими, један за другим, почињу да се греју изнад прихватљиве температуре, отимају се контроли, експлодирају њихови омотачи, а у море и атмосферу се ослобађа радијација која трује људе и земљу. Јапаном се поново шири баук радијације.
Јапанске власти данима воде битку како би се избегло потпуно отварање реакторских посуда и још већа катастрофа која прети да озрачи цео Јапан. Оператери електране одлучују да остану у електрани до краја, свесни да су себе жртвовали радијацији и дугом, болном умирању од прекомерних доза зрачења. Медији их због те жртве називају „педесет самураја“.
У међувремену, ватрогасци хладе реакторске зграде шмрковима, из хеликоптера се просипа вода на реакторе, у секундарни циклус се чак упушта морска вода, трага се за начинима да се успостави додатно напајање. Драма се окончава тек након више од седам дана, кад температура реактора најзад почиње лагано да опада.
Шта је ланчана реакција?
За разлику од термоелектрана где се струја добија сагоревањем угља и хидроелектрана које користе потенцијал река, у нуклеарним реакторима се у електричну претвара једна сасвим друга енергија – она заробљена у атомском језгру. Цела идеја је једноставна. Наиме, када се тешко радиоактивно језгро, као што је на пример језгро изотопа уранијума U238, бомбардује неутронима, долази до фисије, односно цепања језгра, и тада се ослобађа невероватна енергија. Језгра тешких, радиоактивних елемената се и природно распадају, али се то дешава спорадично и случајно. Но, много нестабилних језгара у уранијумским таблетама има другачију судбину. Језгра се цепају од судара са неутронима, а при сваком распаду настају фрагменти распада и међу њима, посебно важно – нови неутрони. Они погађају следећа језгра и изазивају нове сударе, ослобађајући огромну енергију. Ако се фрагменти распада успоравају тако да не „побегну“, као што то чини модератор у реактору, процес се практично одвија сам до себе.
ХИЉАДУ ЖДРАЛОВА
Тешко је проценити све последице несреће у Фукушими. Поред великог броја настрадалих у удару цунамија, у нуклеарној електрани су од зрачења непосредно страдале две особе, а више од 25 радника који су се свесно жртвовали како би спречили већу катастрофу, примило је велике дозе зрачења.
Данас је око електране, са простора од 20 километара у пречнику, исељено више од 200.000 људи. Регион који обухвата између 20 и 30 километара ове области сматра се опасним, али ту није забрањен живот.
Према званичним подацима, око Фукушиме се данас мери радијација од 100 милисиверта, која није директно погубна за живот, али може изазвати рак и друга трајна обољења. Поређења ради, у нормалним срединама радиоактивност је обично нижа од једног милисиверта.
Током првих годину дана након Фукушиме, у Јапану су одржани масовни протести против нуклеарне енергије, а влада Јошихико Ноде је донела одлуку да у будућности земљу учини независном од нуклеарне енергије. Данас се симболично, недалеко од обале Фукушиме, планира изградња плутајуће електране на ветар са шест ветрогенератора од по 2МW.
Оштећени реактори ће бити заливени бетоном и закопани песком. Током јесени 2011. Јапан је издвојио 13 милијарди долара за чишћење контаминираног подручја око Фукушиме. Тај новац је утрошен на санацију реактора, али и на измештање 29 милиона кубних метара земљишта које је озрачено око фабрике. Но, један део ове области биће заувек забрањен за живот, сасвим налик на Забрањену зону око Чернобиља у Украјини.
Како ради нуклеарни реактор?
Нуклеарна електрана има много сличности са термоелектраном. Суштинска разлика је у томе што се водена пара у термоелектрани покреће сагоревањем угља, а у нуклеарној радом реактора. Реакторску зграду чине унутрашња челична љуска под притиском и спољна зграда од армираног бетона. Унутар ње се налази реактор са два расхладна круга и сигурносним системима. Реакторска посуда је врло мала у односу на зграду којом је заштићена. Вода се у два расхладна круга греје током ланчане реакције у реактору, а потом генератори паре производе засићену пару. Ова пара се користи за покретање турбина електране које затим, као и сваки генератор, производе струју. Турбинска хала је велика, не много различита од блока какве термоелектране, осим што је видљиво чистија, готово као нека лабораторија.
