Nuklearna „pięta achillesowa”

Co wspólnego mają wyłączenia sieci energetycznej na dużą skalę z katastrofami jądrowymi? Otóż, elektrownie jądrowe są tak skonstruowane, aby w przypadku braku zasilania automatycznie wyłączyć się z sieci, po czym rozpoczyna się proces wygaszania rdzenia reaktora. W przypadku gdy ustaje chłodzenie aktywnego rdzenia reaktora, reaktor zaczyna się topić i w ciągu kilku godzin traci sprawność z katastrofalnym skutkiem. W przypadku silnej geomagnetycznej burzy doświadczyć tego może prawie każdy reaktor na świecie.

W marcu 1979 roku krótkotrwała awaria systemu chłodzenia spowodowała częściowe stopienie rdzenia reaktora w elektrowni Three Mile Island w Pensylwanii. Jak utrzymują władze, bezpośrednią przyczyną zniszczenia reaktora jądrowego w Fukushima Daiichi 11 marca 2011 roku nie było trzęsienie ziemi o sile 9,0 stopni, ale utrata zasilania systemu pomp chłodzących, kiedy powstałe w rezultacie trzęsienia ziemi potężne fale tsunami wymiotły duże dieslowskie generatory. Wkrótce po tym, jak fale zniszczyły system chłodzenia, rdzenie reaktorów 1, 2 i 3 uległy całkowitemu stopieniu i uwolniły wodór, którego wybuch zniszczył szereg basenów chłodzących służących do przechowywania prętów paliwowych.

Jeszcze większym zagrożeniem od rdzeni reaktorów są zużyte pręty paliwowe zmagazynowane w basenach chłodzących zlokalizowanych na terenie elektrowni. Tak zwane „tymczasowe” baseny magazynowania paliwa jądrowego znajdują się w prawie wszystkich elektrowniach jądrowych i w typowym przypadku zawierają paliwo z 10 lub większej liczby zużytych rdzeni reaktora. Baseny te znajdują się z reguły wewnątrz zwyczajnych budynków przemysłowych mających betonowe ściany i dachy z pofałdowanej stali. Inaczej jest w przypadku aktywnych rdzeni reaktora, które są umieszczone wewnątrz potężnych „zbiorników” z grubymi żelbetonowymi ścianami. Budynki, w których przechowuje się zużyte pręty paliwowe, nie dysponują niczym, co mogłoby wchłonąć radioaktywne promieniowanie w przypadku przedłużonego okresu niesprawności układu chłodzenia. Zużyte pręty paliwowe zawierają znacznie więcej silnie radioaktywnego materiału niż zamknięte wewnątrz wzmocnionych zbiorników aktywne pręty paliwowe i tym samym stanowią potencjalnie większe zagrożenie katastroficznego rozprzestrzenienia się wysoce radioaktywnych czynników mogących skazić ogromne obszary na setki lat.

Wykonana przez Komisję Nadzoru Nuklearnego analiza ustaliła, że „okres wygotowywania się” basenów przechowujących zużyte pręty paliwowe waha się od 4 do 22 dni od chwili awarii systemu chłodzenia do stanu takiego jak w Fukushimie i zależy od typu reaktora oraz od tego, kiedy w basenach umieszczono ostatnią partię zużytych prętów paliwowych.¹⁰

Kilka dni po zniszczeniu przez fale tsunami awaryjnych generatorów zasilających system chłodzenia elektrowni Fukushima Daiichi w energię elektryczną, woda chłodząca zużyte pręty czwartego reaktora wyparowała z basenu odsłaniając częściowo pręty i wystawiając je na działanie powietrza. Gdyby nie heroiczne wysiłki pracowników japońskiej elektrowni starających się uzupełnić wodę w tym basenie, stopiłyby się one, a ich cyrkonowe okładziny zapaliły się, co doprowadziłoby do znacznie poważniejszego skażenia od tego, które wynikło ze stopienia rdzeni trzech reaktorów.

Japońscy oficjele twierdzą, że katastrofa w Fukushima Daiichi spowodowała do chwili obecnej uwolnienie radioaktywnych skażeń odpowiadających połowie tych, które były następstwem katastrofy w Czarnobylu. Dane pochodzące z innych źródeł wskazują jednak, że ich skala jest znacznie większa.

Jeśli w wypadku wywołanej przez ekstremalną burzę geomagnetyczną długotrwałej zapaści sieci energetycznej obejmującej swoim zasięgiem większość naszej planety tylko z połowy basenów ze zużytymi prętami wygotuje się woda, staną się one radioaktywnymi, zasilanymi cyrkonem, piekłami generującymi skażenie, które znacznie przekroczy skumulowany efekt 400 Czarnobyli.

Większość ludzi myśli, że reaktor jądrowy jest czymś, co można łatwo wyłączyć, jak jakąś potężną maszynę za pomocą wciśnięcia wyłącznika lub kilku ściśle określonych operacji wykonanych w krótkim czasie (kilku godzin albo jednego lub dwóch dni). Mimo inżynierskiego wykształcenia, jakie otrzymałem w MIT, ja również pozostawałem pod wpływem tej wygodnej iluzji, która jest jednak bardzo daleka od prawdy.

Tryliony reakcji łańcuchowych zachodzących wewnątrz rdzenia reaktora jądrowego wytwarzają tak dużą ilość energii, że pojedyncza elektrownia jądrowa może generować więcej elektryczności niż potrzeba do zasilania sporego miasta. Niestety, te reakcje nie ustają po pstryknięciu wyłącznika. Zwykle potrzeba od 5 do 7 dni, aby spowolnić reakcje łańcuchowe w rdzeniu reaktora do tego stopnia, by można było usunąć rdzeń z reaktora. Po wyjęciu pręty paliwowe są wciąż „gorące”, zarówno w kategoriach temperatury, jak i radioaktywności. Przez następne 3–5 lat muszą być głęboko zanurzone w stale chłodzonej wodzie, aby osłonić otoczenie przed wysokim poziomem promieniowania radioaktywnego i zapobiec ich katastroficznemu w skutkach stopieniu.

Jak utrzymuje Arnie Gundersen, demaskator z dziedziny techniki jądrowej i zarazem były pierwszy wiceprezes Korporacji Usług Inżynierii Jądrowej, po spowalnianiu reakcji łańcuchowych wewnątrz rdzeni reaktorów w Fukushima Daiichi przez osiem miesięcy, pręty paliwowe znowu zaczną się topić, jeśli przepływ płynów chłodzących zostanie zatrzymany na zaledwie 38 godzin. Arnie wyjaśnia, że w zasadzie wszystkie nowoczesne reaktory wyposażone są w banki „prętów paliwowych” zawierających wysoce radioaktywne substancje oraz w sprzężone z nimi banki „prętów kontrolujących”, które są umieszczane między prętami paliwowymi na podobieństwo wzajemnie przeplecionych palców lewej i prawej ręki. To właśnie stopień tego przeplecenia jest tym, co kontroluje tempo jądrowych reakcji łańcuchowych. Arnie wyjaśnił mi także, że na wypadek znacznej utraty kontroli nad reaktorem, są one tak skonstruowane, aby nastąpił proces „bezpiecznego zepsucia”, w którym pręty kontrolujące zostają automatycznie w całości przeplecione z prętami paliwowymi, powodując maksymalne spowolnienie reakcji jądrowych, które rozpoczyna proces wyłączania reaktora.¹¹

W typowym przypadku takie działanie zmniejsza do 20 razy moc wytwarzaną przez reakcje łańcuchowe, czyli do 5 procent pełnej mocy. Mimo to nadal jest wytwarzane ciepło w ilości odpowiadającej milionom koni mechanicznych, które należy odprowadzić, jeśli rdzeń reaktora ma się nie przegrzać i nie spowodować katastrofy. Pozostawienie reaktora z prętami kontrolującymi całkowicie wsuniętymi między pręty paliwowe sprawia, że po jednym dniu reakcja zostaje spowolniona do 1 procenta pełnej mocy, a po tygodniu do około 0,1. Po spowolnieniu reakcji w prętach paliwowych do poziomu, w którym można wyjąć je z reaktora, umieszcza się je w odpowiednich basenach, gdzie muszą być chłodzone przez 3 do 5 lat, dopóki zachodzące w nich reakcje jądrowe nie spowolnią do poziomu, który pozwoli na ich składowanie w specjalnie skonstruowanych chłodzonych powietrzem przechowalniach.

Jak już wcześniej wspomniałem, od elektrowni jądrowych wymaga się posiadania zapasu paliwa wystarczającego do napędu dieslowskich awaryjnych generatorów prądu przez tydzień. Komisja Nadzoru Nuklearnego zawsze zakłada, że przerwy w dostawie energii elektrycznej o dużym zasięgu nie trwają dłużej niż kilka dni. Rząd przyrzekł, że w przypadku potężnej katastrofy, takiej jak huragan Katrina, cysterny dostarczające paliwo będą regularnie, jak w zegarku, pojawiały się we wszystkich zagrożonych elektrowniach, dopóki miejscowa sieć nie wznowi stałych dostaw energii elektrycznej. Niestety, rządy i nadzorcy nie biorą pod uwagę możliwości, że kolejna ekstremalna burza geomagnetyczna, którą Matka Natura spuści na Ziemię, może zakłócić dostawy prądu w sieci w większości uprzemysłowionego świata przez okres liczony w latach a nie dniach. Szanse na to, że awaryjne generatory zasilające reaktory jądrowe na całym świecie będą miały regularne cotygodniowe dostawy paliwa w warunkach powstałego chaosu są prawie równe zeru!