Ekspert z NCBJ: reaktory jądrowe są odporne na upadek samolotu, atak i trzęsienia ziemi

Data dodania: wtorek, 12 kwietnia 2022, autor: naukawpolsce.pap.pl

Reaktory elektrowni jądrowych są odporne na upadek samolotu, działania militarne i trzęsienia ziemi, a systemy są zabezpieczone przez celowym negatywnym lub błędnym działaniem człowieka – mówi kierownik działu analiz i pomiarów reaktorowych Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku, Maciej Lipka.

Zgodnie z Programem Polskiej Energetyki Jądrowej Polska planuje budować nowoczesne, sprawdzone reaktory typu PWR. W Polityce Energetycznej Polski zakłada się, że w 2033 r. uruchomiony zostanie pierwszy blok polskiej elektrowni jądrowej o mocy ok. 1-1,6 GW. Kolejne bloki będą wdrażane co dwa-trzy lata.

Nauka w Polsce: Od awarii elektrowni w Czarnobylu minęło ponad 35 lat i jeśli chodzi o technologie, wiele się zmieniło. Jak obecnie wygląda kwestia bezpieczeństwa elektrowni przed zdarzeniami, które potencjalnie mogłyby zagrozić ich działaniu albo bezpieczenstwu?

Maciej Lipka: Badania statystyczne pokazują, że energetyka jądrowa jest jedną z najbezpieczniejszych form produkcji energii elektrycznej – bezpieczną tak samo, jak energetyka wiatrowa i słoneczna. To energetyka czysta, która nie przyczynia się do zmian klimatu. W Polsce mają powstać najnowocześniejsze elektrownie jądrowe; takie same budowane są w Stanach Zjednoczonych, w Finlandii, w Chinach czy we Francji. Jest to tzw. generacja 3 albo 3+. Wcześniej były budowane elektrownie pierwszej i drugiej generacji, które są obecnie zmodernizowane do najwyższych standardów i również działają w sposób bezpieczny. Przy każdej nowej generacji inżynierowie uczą się na poprzednich wersjach. Są to projekty rozwojowe, każda generacja jest coraz lepsza.

NwP: Bezpieczeństwo elektrowni jądrowej - jak bardzo złożona jest to kwestia?

M.L.: Na bezpieczeństwo elektrowni składają się m.in. bariery fizyczne, budynki, systemy chłodzenia i układy automatyki oraz kultura organizacyjna. Te wszystkie aspekty bezpieczeństwa: fizyczne, organizacyjne i techniczne tworzą strukturę, która nazywa się "obroną w głąb", a czasami nazywa się ją strukturą sera szwajcarskiego. Jeśli chcielibyśmy przerzucić małą kuleczkę przez dziury w kawałku sera, to kuleczka się zatrzyma, bo dziury nie przechodzą na wylot. Analogicznie działa ochrona w głąb. Jeden system bezpieczeństwa uzupełnia się z innymi. Jeżeli pewne mechanizmy z jakiejś przyczyny zawiodą, to inne będą w stanie przejąć ich działanie. Jest to technika zabezpieczeń zaczerpnięta z lotnictwa. Nawet przy pojedynczym błędzie zadziałają inne lub dodatkowe systemy bezpieczeństwa.

NwP: Proszę powiedzieć coś o strukturze budynku. Jak wytrzymała jest kopuła reaktora?

M.L.: Reaktor jądrowy jest otoczony zbiornikiem, czyli ponad 20-centymetrową warstwą bardzo mocnej stali. Ten z kolei jest umieszczony w betonowym korpusie. Całość otoczona jest dodatkowo pojedynczą albo podwójną obudową bezpieczeństwa - to jest warstwa żelazobetonu o grubości do 2 metrów, dodatkowo obłożona stalową wykładziną.

Współcześnie projektowane, budowane i już istniejące reaktory wytrzymają upadek samolotu pasażerskiego. Sprawdzono to w bardzo dokładnych testach. W serwisie You Tube można znaleźć filmy z rozpędzonymi myśliwcami, które odparowują na ścianie betonowej, natomiast samej ścianie nic się nie dzieje.

Elektrownie są też odporne na potencjalne działania militarne. Reaktor jądrowy we Francji został ostrzelany z granatnika w latach osiemdziesiątych i nic mu się nie stało. Są to konstrukcje budowane na podobieństwo bunkrów. Są również zabezpieczone przed trzęsieniami ziemi - choć trzeba zaznaczyć, że w Polsce one nie występują. Owszem, zdarzają się wstrząsy sejsmiczne, takie jak obserwowane kilka lat temu w obwodzie kaliningradzkim lub zdarzenia związane z aktywnością górniczą na Śląsku, ale są one dużo słabsze, niż klasycznie rozumiane trzęsienia ziemi.

Tak czy owak budynki jądrowe są budowane w ten sposób, żeby bezpiecznie wytrzymać większą aktywność sejsmiczną. To się sprawdziło dwa lata temu w Słowenii - tym samym trzęsieniu, w którym ucierpiała część Zagrzebia. Reaktor na pograniczu Słowenii i Chorwacji został wyłączony przez odpowiednie systemy bezpieczeństwa, ponieważ działają one w sposób prewencyjny – gdy może się coś potencjalnie stać, wówczas wyłączają instalację. Po kilku godzinach, bez żadnych uszkodzeń, po dokładnym sprawdzeniu stanu obiektu, systemy wznowiły pracę.

NwP: Czy wyłączenie reaktora oznacza brak prądu w części kraju?

M.L.: Nie. System elektroenergetyczny, którego częścią są bloki jądrowe, składa się z wielu części. W tym łańcuchu mogą się znaleźć m.in. elektrownie jądrowe. Każda elektrownia jest odpowiednio zabezpieczona poprzez funkcjonowanie innej elektrowni, która ma odpowiednie rezerwy. Gdy jedna ulegnie awarii, wtedy inna zwiększa produkcję energii elektrycznej. Czuwa nad tym operator systemu, wydając odpowiednie polecenia.

Przykładem była zeszłoroczna awaria elektrowni Bełchatów, podczas której "wypadło" z systemu kilka gigawatów, i wtedy inne elektrownie przejęły produkcję energii elektrycznej, by prądu nie zabrakło. Dokładnie tak samo będzie z elektrownią jądrową.

NwP: Drugi komponent bezpieczeństwa stanowią systemy wyłączające i chłodzące reaktor.

M.L.: Systemy bezpieczeństwa dzielą się na aktywne i pasywne. Aktywne wymagają na przykład naciśnięcia guzika przez operatora elektrowni jądrowej lub reakcji na wskazania czujników. Jeśli gdzieś na przykład zbyt wzrośnie temperatura, wówczas systemy otwierają specjalny zawór, zmienia się przepływ chłodziwa i polepsza się chłodzenie. Z kolei działanie systemów pasywnych opiera się na siłach natury, czyli prawach fizyki - takich, jak parowanie wody i grawitacja. Są to bardzo wydajne mechanizmy odbioru ciepła, niezawodne – bo praw fizyki nie da się zmienić. W takie systemy będą wyposażone elektrownie, które zostaną zbudowane w Polsce. Dozór nad ich bezpieczeństwem sprawuje Państwowa Agencja Atomistyki.

NwP: Ostatni aspekt bezpieczeństwa określił Pan jako kulturę organizacyjną. Czy chodzi tu o kwestię zaufania do ludzi?

M.L.: Najnowocześniejsze elektrownie jądrowe 3. generacji, które powstaną w Polsce, są odporne na celowe lub błędne działanie operatorów. Najgorszy scenariusz, jaki można sobie wyobrazić, to że taka elektrownia może zostać celowo przez kogoś wyłączona. Dzięki wspomnianym zabezpieczeniom, z punktu widzenia powszechnie rozumianego bezpieczeństwa jądrowego nic się wówczas nie dzieje. Elektrownię trzeba włączyć ponownie. Prawa fizyki (m.in. parowanie i grawitacja) zabezpieczają ją przed celowym rozregulowaniem.

NwP: Czy w polskiej elektrowni będą musieli pracować eksperci z innych krajów?

M.L.: Nie. Nie jest tak, że Polska nie ma kadr do energetyki jądrowej - są eksperci, którzy znają się na bezpieczeństwie, na projektowaniu i budowie elektrowni. Pierwsza polska elektrownia ma powstać w 2033 roku i dekada to wystarczająca ilość czasu, by wyszkolić ekspertów. \

Oczywiście wskazana jest jak najszybsza polonizacja obsługi – bo, choć angielski wszyscy znają, to mówienie w rodzimym języku pozwala unikać błędów komunikacyjnych.

Najszybciej budowano elektrownie w Japonii. Cały proces trwał 5 lat. Termin 10 lat - od złożenia wymaganych dokumentów, poprzez uzyskanie zezwoleń, aż po uruchomienie elektrowni - jest jak najbardziej realny. Pracownicy polskich firm mają doświadczenie w budowie elektrowni m.in. w Finlandii. Są to bardzo wykwalifikowani pracownicy, specjalizujący się w m.in w konstrukcjach żelbetowych i układaniu tras kablowych. Przy czym nie należy tego kojarzyć ze zwykłą budową. Tu trzeba umieć wykonać elementy betonowe najlepsze w swojej klasie, spełniające różne testy prowadzone w trakcie budowy. W Polsce wykonano np. stalową okładzinę, która płynęła przez Bałtyk do Finlandii - mamy więc pewne doświadczenia.

Można też wykorzystać nasze doświadczenie w eksploatacji i budowie klasycznych elektrowni węglowych – bo cała część klasyczna elektrowni, czyli turbina, generator, są tożsame.

W elektrowni jądrowej będzie pracować ponad tysiąc osób. Fizyków jądrowych jest wśród nich niewielu, w większości są to pracownicy z kwalifikacjami potrzebnymi w konwencjonalnych elektrowniach, tacy jak spawacze, monterzy, kierowcy. Każde stanowisko, które funkcjonuje w klasycznej elektrowni cieplnej, ma swój odpowiednik w elektrowni jądrowej.

NwP: Do czego służą reaktory badawcze? Czy są zabezpieczone tak, jak elektrownie?

M.L.: Jedyny polski reaktor badawczy „Maria”, działający w Otwocku koło Warszawy, umożliwia produkcję środków do terapii nowotworów - środki te są wykorzystywane w diagnostyce, na przykład w obrazowaniu zmian u pacjentów.

Jeśli zaś chodzi o zastosowania przemysłowe, to uczestniczy on w badaniu materiałów konstrukcyjnych nowej generacji. Reaktor pozwala też m.in prześwietlać silniki lotnicze podczas pracy, co umożliwia optymalizację spalania. Naukowcom aparatura badawcza pomaga ustalić wiek wszechświata, prowadizmy badania z tak różnych dziedzin jak archeologia i synteza termojądrowa.

Od 1974 roku „Maria” przeszła głęboką modernizację i jeszcze wiele lat będzie służyć pacjentom. I jest odpowiednio zabezpieczona. Rdzeń reaktora, czyli część, w której zachodzi reakcja termojądrowa, jest umieszczona w bardzo głębokim basenie z wodą. Ma także system ochrony przed promieniowaniem i obudowę bezpieczeństwa. Przy czym jej moc cieplna to zaledwie 30 megawatów, podczas gdy reaktor energetyczny jest ponad tysiąc razy większy.

NwP: Jaki obszar zajmuje elektrownia jądrowa?

M.L.: W Polsce powstanie co najmniej sześć dużych reaktorów jądrowych, każdy w bloku o mocy od 1 do 1,5 gigawata.

Cała elektrownia zajmuje powierzchnię od kilku do kilkunastu hektarów. Jest to bardzo gęste źródło energetyczne. Sam budynek reaktora to kilkadziesiąt na kilkadziesiąt metrów - bardzo wysoki, plus urządzenia pomocnicze.

Pierwszy reaktor pierwszej elektrowni ma powstać w 2033 w Lubiatowie na Pomorzu. W polskich warunkach geograficznych atom jest niezastąpiony jako źródło produkujące energię elektryczną niezależnie od pogody i pór roku.

Karolina Duszczyk, Nauka w Polsce - PAP