Pre 10 godina dogodila se katastrofa, danas poznata pod nazivom Fukušimska katastrofa. Ovo je članak koji smo tada objavili.
Imam utisak da niko baš sa sigurnošću ne zna da objasni šta se trenutno dešava u nuklearnim reaktorima Fokušime Dai-iči. U najboljem slučaju, čak i oni koji su „imali sreću“ da budu na licu mesta, imali su ograničen uvid u to koji su procesi u nukleranim reaktorima u tom trenutku na delu, a izveštaji u medijima o situaciji su se menjali svakih nekoliko dana. Nisam neki veliki atomski stručnjak, ali me je donekle zbunjivala i postojeća terminologija – neke šipke (nuklearno gorivo se nalazi zaštićeno u metalnim šipkama) navodno su se istopile, ali to nigde nismo mogli da vidimo; radioaktivni materijal je ispušten iz reaktora, ali se radioaktivno gorivo i dalje nalazio unutra; i slično. Mislio sam da samo naši novinari i izveštači nemaju veze sa onim o čemu pišu, ali izgleda da taj virus hara i po medijima širom sveta.
Vremenom je situacija postajala malo manje konfuzna, valjda zato što su neke hladnije glave imale malo više vremena da nam razjasne situaciju oko reaktora i zbivanja unutar njih. Ono što ću pokušati ovde da uradim jeste da iz najkredibilnijih (meni dostupnih) izvora sakupim najpouzdanije informacije i prikažem ih. Nažalost, informacije mnogih organizacija, kao što su američko Ministarstvo za energetiku ili Nuklearna regulatorna komisija, nisu dostupne širooj javnosti u koju i ja spadam. Od momenta kada sam čuo da prema odluci tadašnje vlade naši stručni (stručni i za to zaduženi) organi nisu smeli da govore istinu o situaciji u našoj zemlji za vreme eksplozije nuklearke u Černobilju, prestao sam da čitam i verujem našim izveštajima.
UNUTAR NUKLEARNOG REAKTORA
Nuklearne reaktore pokreću fisioni procesi u radioaktivnim elementima, najčešće u uranijumu. Tom prilikom se javljaju brojni produkti, ali ono što zapravo pokreće elektrane jeste toplota, koju fisioni procesi proizvode u izobilju. Postoje brojne tehnike za izvlačenje elektrike iz toplote, ali najčešći način je onaj koji koristi isti trik kao i prve parne mašine: provrela voda (para) stvara pritisak koja dalje pokreće turbine, itd.
Radioaktivnost čini čitav proces i jednostavnijim i daleko složenijim. S jedne strane, fisija se odvija ispod vode, jer se transfer toplote ka vodi izvodi direktnim zaranjanjem nuklearnog goriva u nju.
U tipu reaktora kakvi se koriste u Japanu, gorivo je uronjeno u vodu, koja ključa, isparava i stvara snagu, a zatim se hladi i vraća u reaktor. Kazan pod pritiskom i primarna obloga sprečavaju izlazak radioaktivnosti van postrojenja.
Kontejner pun mešavine oksidnog goriva, odn. MOX-a, miksa plutonijuma i reprocesiranog uranijuma, kakav su Japanci koristili kao gorivo u reaktoru №3 reaktora Fukušima I. Na slici vidimo utovar goriva u francuskoj luci Cherbourg 8. aprila 2010. Isto gorivo koristi preko 30 reaktora u Evropi.
Plutonijum-239 ima poluvreme raspada 24.000 godina, tako da bi kontaminacija njime bila užasna po ekologiju Zemlje.
Nažalost, radioaktivnost komplikuje stvari. Iako se nuklearno gorivo nalazi zapečaćeno u šipkama, neizbežno je da se neki radioaktivni izotopi ipak izlučuju u vodu. Kao rezultat imamo da sa tom tečnošću koja je bila izložena šipkama goriva ne možemo da radimo šta god želimo. Umesto toga, šipke i voda ostaju zatvoreni u kazanu pod visokim pritiskom i povezani cevima, sa vrelom vodom ili parom koja cirkuliše do pogonskih pumpi i ohlađena se vraća do jezgra, ostajući u zatvorenom ciklusu.
Cirkulacija vode ne služi samo da bi osiguravala stvaranje energije iz reaktora; ona je od suštinske važnosti i za hlađenje jezgra reaktora. Kada se toplota oslobođena nuklearnim raspadom ne bi odvodila od jezgra, njegova temperatura bi brzo rasla, a gorivo i čitava njegova noseća struktura bi se vrlo brzo istopili.
FISIONA REAKCIJA
Sam po sebi, uranijumov izotop kakav se koristi u nuklearnim reaktorima raspada se sporo, oslobađajući minimalnu količinu toplote. Međutim, jedan od produkata raspada je neutron, koji može da se sudari sa drugim atomom i navede ga da se njegovo jezgro podeli; neutroni nastali takvim delenjem nastaviće da izazivaju dalje raspade. Ako je gustina dovoljno velika, takva lančana reakcija fisije izazvana neutronima može da izazove nuklearnu eksploziju. U nuklearnim reaktorima, gustina goriva je dovoljno niska da ne predstavlja pretnju, a brzina fisije može da se kontroliše umetanjem ili vađenjem kontrolnih šipki naprevljenih od materijal koji apsorbuju neutrone, obično od bora, kobalta ili hafnijuma.
Potpuno ubacivanje kontrolnih šipki radi ograničavanja uranijumske fisije, međutin, ne utiče na ono što se dešava sa proizvodima prethodnih reakcija. Mnogi od elemenata koji nastaju nakon delenja uranijumskih jezgara takođe su radioaktivni i raspadaju se bez ikakve pomoći neutrona. Neke neutrone iz reaktora apsorbovaće atomi okolne opreme ili vode za hlađenje, pretvarajući ih u radioaktivne izotope. Većina tih dodatnih radioaktivnih materijala se raspada već u toku sledećih par dana, tako da oni ne predstavljaju dugoročnu brigu. Ali zato, čak i kada se nuklearni reaktor isključi posredstvom kontrolnih šipki, oko njega postoji dovoljno radioaktivnog raspadanja da ga još dugo vreme čini toplim.
|
Japanska nuklearna elektrana Fukušima I, ili Fukushima Dai-ichi (dai-ichi znači „broj jedan“), nalazi se između gradova Okuma i Futaba, i prostire se na površini od 3,5 km2. Otvorena je 1971. i imala je 6 reaktora sa „ključalom vodom“ (BWR). Njeni električni generatori su davali 4,7 GWe, svrstavajući je među 25 najjačih elektrana na svetu. (Najveća elektrana u Srbiji, TE „Nikola Tesla“ u Obrenovcu, u čijem sistemu su i TE „Kolubara“ i TE „Morava“, ima snagu od 3,2 GWe i najveći je proizvođač struje u ovom delu Evrope. Nekadašnji Veliki reaktor u institutu „Vinča“ davao je 0,003 GWe.) Elektranu je 11. marta ove godine pogodio zemljotres jačine 9,0 po Merkaliju. U tom trenutku, reaktori 4, 5 i 6 nisu radili zbog remonta. tokom zemljotresa, preostali reaktori su automatski isključeni, ali je nadolazeći cunami sprečio uključivanje pomoćnih generatora koji bi hladili reaktore. U sledeće 3 nedelje, hrabri japanski stručnjaci su ustanovili tragove mogućeg nuklearnog topljenja u jedinicama 1, 2 i 3; a sunnja se da je u jedinici 2 došlo i do eksplozije primarnog kazana. Ovo je četvrti, i najozbiljniji, incident ve japanske nukearke. Japanske vlasti su proglasile uzbunu, i stanje u reaktorima 1, 2 i 3 ocenile nivoom 5 (incident sa širim posledicama). U Japanu radi 55 nuklearnih reaktora, i oni obezbeđuju 61% energije zemlje. |
Sve ono što obezbeđuje neprestano funkcionisanje sistema za hlađenje u nuklearki od suštinskog je značaja. Na nesreću, pre mesec dana su upravo kvarovi na sistemu za hlađenje pogodili nekoliko reaktora u Fukušimi Dai-ičiju.
Kontrolne šipke su napravljene od hemijsih elemenata koji mogu da apsorbuju slobodne („termalne“) neutrone, i tako kontrolišu brzini fisije uranijuma i plutonijuma.
PREŽIVELI ZEMLJOTRES; ALI NE I CUNAMI
Baš zato što je hlađenje toliko bitno za rad elektrane, postojalo je nekoliko nivoa zaštite koji su obezbeđivali funkcionisanje pumpi. Za početak, čak i kada su sâmi reaktori izbačeni iz sistema napajanja, pumpe za hlađenje dobijaju struju iz nezavisne spoljnje mreže; tu opciju je eliminisao snažan zemljotres, koji je očigledno prekinuo spoljnje napajanje Fukušime. Zemljotres je izazvao prekid rada reaktora, prekinuvši lokalnu električnu mrežu koja je pokretala pumpe. U tom trenutku, startovao je prvi nivo rezervnih sistema: baterija generatora na fosilno gorivo koji su državali rad opreme.
Ovi generatori električne struje su radili samo kratko vreme pre nego što je stigao cunami i potopio ih[1], preplavivši delove električnog sistema nuklearke dok je on još bio u funkciji. Postojali su i snažni akumulatori koji su trebali da kratkoročno nadoknade ispadanje generatora iz sistema; nije jasno da li su oni omanuli zbog ukupnih problema sa električnom mrežom, ili su jednostavno bili preplavljeni. U svakom slučaju, dodatni generatori su se zbog sveopšteg razaranja presporo uključili i nisu uspeli da ponovo pokrenu pumpe.
Kao rezultat svega toga, nuklearka je radila još jedno kratko vreme posle zemljotresa bez rashladnog sistema. Iako je primarna uranijumska reakcija bila ekspresno prekinuta, zbog raspada sekundarnih produkata jezgro reaktora je nastavilo da se ubrzano zagreva.
RUŽNE MOGUĆNOSTI
Bez hlađenja, odjednom se otvorio niz izrazito ružnih mogućnosti. Pošto je voda nastavila da se greje, u kazanima reaktora je nastavila da se sakuplja para, povećavajući pritisak verovatno do tačke u kojoj su kazani počeli da popuštaju. Pošto se eksplozija dogodila u primarnoj oblozi kazana, ona je u prvom momentu sprečila širenje radioaktivnih materijala. Međutim, probijanje reaktorskih kazana je kompletno eliminisalo svaku mogućnost popravke sistema za hlađenje, i što je najgore, ostavilo jezgra reaktora izložena vazduhu.
To je bio dodatni problem, jer vazduh ni približno ne odvodi tako dobro toplotu kao voda, što je vrlo brzo dovelo do toga da temperatura dovoljno poraste da započne topljenje šipki atomskog goriva. Sledeći problem sa izlaganjem šipki goriva vazduhu javio se kada je primarna zaštita šipki, pravljena od cirkonijuma, počela hemijski da reaguje sa parom, smanjujući im čvrstoću i proizvodeći vodonik.
Slika preuzeta sa CNN.com prikazuje nuklearni reaktor №1 iz Fukušime pre i posle eksplozije. Neki naučnici su izjavljivali da je ovo ista tragedija kao ona u Černobilu 1986.
Reaktori №3 (desno) i №4 16. marta. Reaktori su eksplodirali dva dana ranije zbog nagomilanog vodonika. Eksplozija je bila toliko snažna, da se čula 40 km daleko. Agencije su javile da je tom prilikom ranjeno 11 ljudi, a da je 7 vojnika poginulo.
Da bi odgovorili na ovu pretnju, radnici nuklearke su preduzeli dve akcije, izvršene u dva dana na različitim reaktorima. Za početak, pokušali su da kao zamenu za ključalu rasladnu vodu u reaktore direktno upumpaju hladnu morsku vodu. Takvu odluku nije bilo lako doneti; morska voda je vrlo korozivna i razmišljalo se o tome da će naneti nepopravljiva oštećenja metalnim delovima reaktora, te da će složena mešavina sadržaja dodatno iskomplikovati čišćenje. Ova akcija je otkrila plan čelnika elektrane da su spremni da je otpišu, tj. da je više nikad ne upotrebe bez kompletne zamenje njenih instalacija i opreme. Kao dodatnu meru, u morsku vodu je dodavana borna kiselina sa namerom da se poveća apsorpcija neutrona iz reaktora.
Jedna od američkih barži, koja je došla u pomoć, prenosi stotine tona slatke vode koja će biti sipana na vrele reaktore u želji da se smanji šteta od korozivne morske vode.
Ubacivanje morske vode započeto je 14. marta.
Napori spasilaca su evidentni. Ovde se vidi pokušaj da se američki prečnici creva „redukuju“ prema prečnicima japanskih pumpi.
Druga akcija je uključivala spuštanje pritiska u reaktorskom kazanu da bi se time umanjili rizici od katastrofalnih posledica. Ovo je takođe bila iznuđena opcija, budući da je ta para neizbežno sadržavala određenu dozu opasne radioaktivnosti. Ipak, smatralo se da je to bolja opcija nego dozvoliti da kazani eksplodiraju.
Ova odluka je na kraju dovela do toga da je prvi put registrovana radioaktivnost koja je poticala iz reaktorskog jezgra i njegove unutrašnje strukture. Nažalost, čitava akcija sa smanjenjem pritiska dovela je do rušenja krova zgrade reaktora.
TEŠKE ODLUKE I LOŠI REZULTATI
Kako smo mogli da vidimo na prilično dramatičnim snimcima, ubrzo nakon pokušaja snižavanja pritiska, zgrade koje su čuvale reaktore počele su da lete u vazduh. Krivac za to je bio vodonik stvoren u reakciji goriva i pare. Početne eksplozije su protekle bez oštećenja glavne obloge kazana, što znači da je većina glavnog radioaktivnog materijala, poput goriva, ostala na svom mestu. Međutim, veliko povećanje radioaktivnosti izazvala je jedna od eksplozija (bilo je i na našoj TV), ukazujući na verovatno fatalno oštećenje obloge, o čijem nivou se još uvek i danas raspravlja.
|
Nuklearna elektrana Fukušima I imala je 6 reaktora sa ključalom vodom (BWR), koji su koristili običnu vodu kao moredrator („laka voda“), a koje je napravila kompanija General Electric. Prvih 5 reaktora je imalo primarnu oblogu kazana u obliku sijalice (tip Mark 1) Reaktor №1 tipa BWR-3 imao je snagu od 439 MWe i konstruisan je još 1967. dojk je u komercijalnu upotrebu pušten 1970. Projektovan je da izdrži max. ubrzanje od zemljotresa od 0,18 g (1,74 m/s2). Reaktori №2 i №3 su bili tipa BWR-4 bili su par godina mlađi i imali su snagu od po 784 MWe. Projektovani su da izdrže ubrzanje od zemljotresa od oko 0,45 g (4,4 m/s2) Podvodni Tōhoku zemljotres od 11. marta 2011. imao je magnitudu od 9,0 stepeni (odgovara ubrzanju od 2,99 g) i izazvao je cunami koji je stizao i do 10 km u kopno. Svetska banka procenjuje da su štete od ove prirodne katastrofe oko $250 milijardi, što je čini najgorom u istoriji. Nastradalo je 12.200 ljudi, a nestalo još 15.500. |
Dalje, samo prisustvo tolike količine vodonika ukazuje na jedan potencijalno vrlo ozbiljan problem: vodonik je mogao da nastane jedino ako su šipke goriva bile izložene vazduhu, a to je značilo da je nivo hlađenja u reaktoru značajno opao. To je takođe značilo da je strukturni integritet šipki goriva vrlo diskutabilan i da su one verovatno već počele da se tope.
Deo konfizije prilikom izveštavanja o tim događajima krio se i u upotrebi termina „topljenje“ (engl. „meltdown“). Prema najgorem scenariju, sve šipke bi se istopile i stvorile jezero na podu reaktora, daleko od usporavajućih uticaja bilo koje kontrolne šipke. Temperatura bi rasla a sa njom i izgledi da materijal postane toliko vreo da jednostavno može da progori i propadne kroz pod, ili da dospe do vode i izazove eksploziju nakupljene pare prepune radioaktivnog goriva. U ovom trenutku nema indicija da se nešto ovako dogodilo u Japanu.
Ipak, delimično topljenje nekih šipki povećalo je šansu da je oslobođen neki od visoko radioaktivnih materijala. Iako nismo blizu najgoreg scenarija, nismo mu ni mnogo daleko.
Nedavno se pojavila i dodatna pretnja, jer se na jednom od neaktivnih reaktora dogodio požar i eksplozija u zoni gde je skladišteno gorivo. Čak ni danas, gotovo da uopšte nema vesti o tome kako je razorni cunami uticao na skladišta. Za uzročnika požara opet je optužen vodonik, jer se ponovo spekulisalo da su neke šipke nuklearnog goriva bile izložene vazduhu i možda počele da se tope. Moguće je da su pravi uzročnici nedavnog povećanja zračenja vezani zapravo sa problemima uskladištenja goriva, jer je utvrđeno da su zaštitne prepreke između skladišta i životne sredine relativno tanke i slabe.
Ponovo su učinjeni nadljudski napori da se dovede morska voda do skladišnih prostorija, a mi smo mogli da pratimo kako im u tome pomažu helikopteri i druga standardna vatrogasna oprema ne samo Japana već i mnogih drugih zemalja.
GDE SMO DANAS
Za sada (koliko ja znam), izgleda da se većina spororazgradivih radioaktivnih materijala u Fukošimi još uvek nalazi u unutrašnjosti zgrada reaktora. Radioizotopa ima, i oni nastavljaju da cure napolje, ali nema naznaka da se radi o ičem drugom sem o sekundarnom raspadu proizvoda sa relativno kratkim vremenom poluraspada.
Mada je zračenje iznad pozadinskog nivoa otkriveno jako daleko od lokacije reaktora, najveći deo je slab i produkt je kratkoživećih izotopa. Pored toga, dominantni vetrovi su prilično radioaktivnog materijala raspršili iznad Tihog okeana. Kao rezultat smo dobili da je većina problema vezanih za izlaganje radijaciji ipak ostala vezana za lokaciju u neposrednoj blizini samih reaktora u Fukušimi I, gde je radijacija pokatkad dostizala preteći nivo; sigurnosni nivo izloženosti na godišnjem nivou meri se satima[2]. Stambene i radne zone oko reaktora su evakuisane i strogo ograničene, ali nije jasno na koliko kilometara je određena sigurnosna zona i na koji način je ona utvrđena. Samo znam da je do danas ona nekoliko puta pomerana, a gledao sam na TV i kako stanovništvo disciplinovano ali ipak masovno napuštaju ugrožene opštine.
Trenutno, sve ovo ozbiljno komplikuje napor da se temperatura održava pod kontrolom. Spasilačke ekipe – pa makar se radilo i o fanatičnim Japancima – jednostavno ne mogu da provedu mnogo vremena u blizini reaktora a da ne prime smrtonosnu dozu zračenja. Zato su svi napori vezani za upumpavanje sveže vode u žarište ograničeni, i moraju da se prekidaju uvek kada se registruju pikovi radijacije. Tehničari i dobrovoljci (!) koji nastavljaju da rade na lokaciji, neverovatno rizikuju ne samo svoje buduće zdravlje već svakako i živote.
U svemu ovom ima i pokoja dobra vest, jer svaki dan koji protekne bez novih eksplozija omogućava spasonosno raspadanje daljih količina sekundarnog radioaktivnog materijala, ublažujući ukupan ekološki rizik od katastrofe. U međuvremenu, međutim, bojim se da možemo vrlo malo da učinimo po pitanju oslobađanja glavnog (i najopasnijeg) radioaktivnog materijala. Sipanje morske vode na reaktore bilo je jedino što se moglo do sada uraditi, ali je konstruktivno stanje objekata i zgrada u ovom momentu još uvek pod velikim znakom pitanja; šta se dešava sa skladištima goriva još manje se zna. Ukratko, jedina opcija Japanaca (a i svih nas) je u pokušaju da sipaju još vode i – nadaju se najboljem.
BUDUĆNOST NUKLEARNE ENERGIJE
Da bi ograničili korišćenje opasnog i sve skupljeg fosilnog goriva (pratiti zbivanja u Libiji, naprimer), nuklearna energija igra sve veću ulogu u elektranama, te ministarstva energetike velikih zemalja (i velikih potrošača) već decenijama potstiču gradnju nuklearki[3] (tako smo nekada i mi u Jugoslaviji dobili NE „Krško“). Tekući problemi u Japanu nesumljivo će igrati istaknutu ulogu u javnoj raspravi; u stvari, oni mogu da pokrenu duskusiju na temu koja je dugo vremena bila ignorisana od najvećeg dela javnosti.
U neku ruku, japanske elektrane, iako stare konstrukcije, pokazale su se u zadivljujućem svetlu. Preživele su peti najveći zemljotres ikad registrovan, a njeni sigurnosni sistemi, uključujući automatsko isključivanje i pomoćne sisteme napajanja strujom, aktivirani su bez problema. Sistemi zaštitnih obloga uglavnom su preživeli nekoliko eksplozija vodonika, i, bar za sada, jedini radioaktivni materijali koji su ispušteni jesu izotopi kratkog vremena poluraspada, a i oni su koncentrisani samo u okolini elektrane. Ako se stvari budu završile ovde gde su sada, pokazaće se da su pod datim okolnostima sâme elektrane ipak dobro obavile svoj posao.
Ali, kao što je gore pomenuto, mogućnost zaustavljanja ovde gde smo sada potpuno je van naše kontrole, a ističe se nekoliko razloga zašto to nećemo moći da smatramo našim trijumfom. Neki od nastalih problema leže svakako u dizajnu nuklearki. Iako su postrojenja bila spremna za ekstremne događaje, jasno je da nisu bila konstruisana za tako snažan cunami – jednostavno je bilo nemoguće sve predvideti. Bilo kako bilo, očigledno je da je u odabiru lokacija centrale načinjen veliki propust. Takođe, izgleda da se propust potkrao i u jačini skladišta goriva, jer ona nisu ni približno bila ojačana kao sami reaktori.
Sa otpočinjanjem krize japanskih reaktora, otvoren je čitav set predvidivih problema. Pošto nikada nismo mogli (niti ćemo) da šaljemo ljude unutar reaktorskih sistema (mislim na čovečanstvo, globalno), uvek smo ostali zavisni od praćenja rada opreme koja neće raditi ili biti pouzdana u slučaju krize. A kada je zračenje jednom počleo da curi, nismo mogli da šaljemo ljudstvo čak ni u one delove koji su nekada bili sigurni, što znači da smo još manje imali pojma o tome šta se stvarno zbiva unutra, i na koji način treba intervenisati. Oprema nije bila namenjena za određene svrhe, kao što je recimo pumpanje morske vode u reaktorske kazane, te nije mogla da posluži u pružanju hitnih mera.
Nasuprot tome, sigurnosni sistemi na reaktorima obavili su prilično dobro svoj posao, ali su bili izloženi neočekivanim događajima i konstruktorskim ograničenjima. A kada su stvari sa reaktorima počeli da se otržu kontroli, čitava infrastruktura se našla pod velikim pritiskom, čineći svaku intervenciju vrlo, vrlo teškom i neizvesnom.
Sve ovo ukazuje da se najsigurniji način za gradnju bezbednih nuklearki krije na prvom mestu u obezbeđenju uslova da ništa loše ne može da (im) se dogodi. Postoje načini za smanjivanje rizika, i oni se ogledaju u povećanju sigurnosti i praćenju karakteristika još u toku kreiranja konstrukcije u odnosu na neke od najekstremnijih mogućih situacija na datoj lokaciji. To će svakako drastično povećati ukupne troškove nuklearnih centrala, a da ipak neće nikada do kraja pružiti garanciju da se nešto loše ipak neće dogoditi. Dakle, odluke o toma da li ili kako nastaviti sa proširenjem korišćenja nuklearne energije, zahtevaće pažljivu analizu mnogih rizika, za šta javnost generalno nigde i nikada nije imala previše sluha.
[1] Elektrana je imala zid koji je pružao zaštitu od cunamija visine 5,7 m, ali par minuta posle zemljotresa naušao je talas visine 14 metara!
[2] Već nakon 4 dana od katastrofe, japanski zvaničnici su podigli nivo opasnosti od zračenja sa 3 na 5 od maksimalnih 7 poena sa Internacionalne skale nuklearne pretnje (INES).
[3] Prvi su počeli Sovjeti 1954. a onda su se priključili Ameri i Englezi.
Danas u SAD 20% ukupne el. energije daju nuklearne elektrane, dok je u svetu taj procenat oko 15-16%. Zajedno, SAD, Japan i Francuska stvaraju oko 50% sveukupne svetske količine nuklearne el. energije.
, 
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
