Pierwszy okres rozwoju energetyki jądrowej

Reaktory I generacji

Początkowo reaktory jądrowe instalowane w elektrowniach, tzw. reaktory I generacji, pochodziły od wojska, gdzie służyły do wytwarzania plutonu dla broni masowego rażenia. Były to reaktory grafitowe, chłodzone dwutlenkiem węgla lub wodą i pracujące na uranie naturalnym lub słabo wzbogaconym. Ich główną cechą była możliwość przeładowywania paliwa bez przerywania pracy reaktora. Reaktory I generacji wywodziły się z eksperymentalnej konstrukcji pierwszego reaktora Chicago Pile-1, który został zbudowany w 1942 roku przez Leo Szilarda i Enrica Fermiego.

Reaktory II generacji RBMK

Reaktory te były rozwinięciem konstrukcji stosowanej do celów wojskowych. Do czasu awarii w Czarnobylu nie posiadały odpowiednich zabezpieczeń wyłączających reaktor w chwili awarii. Po roku 1986 zostały w nich wprowadzone zmiany dostosowujące je w wyższym stopniu do standardów bezpieczeństwa obowiązujących w świecie.

Reaktory II generacji (PWR/BWR/PHWR/RBMK/FBR)

Konstrukcja reaktora wodno-ciśnieniowego, została wkrótce rozwinięta, dając początek reaktorom II generacji. W reaktorach PWR moderatorem jest zwykła woda pod ciśnieniem, która pełni jednocześnie funkcję chłodziwa reaktora, a także zasila wytwornice pary napędzające turbinę. Reaktory tego typu, stanowią dziś 60% całkowitej mocy zainstalowanej w energetyce jądrowej. Jednocześnie zaczęto rozwijać konstrukcję reaktorów wrzących BWR, które również są moderowane i chłodzone wodą, jednakże parę wodną wytwarzają w zbiorniku reaktora. Jest to reaktor pracujący przy niższym ciśnieniu i z jednym obiegiem chłodzenia. W reaktorach II generacji obydwu typów stosowane są systemy obniżające ich moc w przypadku wzrostu temperatury paliwa i wody chłodzącej. Są one także zabezpieczone obudową, chroniącą środowisko zewnętrzne przed wyciekiem substancji radioaktywnych.

Reaktory II generacji stosowane w cywilnej energetyce jądrowej (poza RBMK) mają doskonały bilans bezpieczeństwa – w ciągu 50 lat ich pracy (w sumie ponad 400 reaktorów) nie zdarzyła się ani jedna awaria, w której ktokolwiek by zginął. System bezpieczeństwa reaktorów II generacji zakłada, że każdy pojedynczy element może ulec uszkodzeniu i że ludzie, choćby najlepiej wyszkoleni, mogą w sytuacji stresowej popełnić błędy. Dlatego każdy element bezpieczeństwa jest uzupełniany przez dwa lub trzy kolejne elementy, które mogą zastąpić ten uszkodzony lub naprawić błędy człowieka. Poszczególne elementy są projektowane tak, żeby ich uszkodzenie powodowało przejście w stan bezpieczeny, np. brak zasilania elektrycznego powoduje wyłączenie reaktora. W reaktorach II generacji zakładano, że systemy bezpieczeństwa elektrowni jądrowej muszą opanować różne zdarzenia eksploatacyjne i awarie zdarzające się rzadko i bardzo rzadko, np. raz na 10 tys. lat, zaś awarii występujących ze skrajnie małym prawdopodobieństwem można w projektowaniu nie brać pod uwagę. Jednak wobec perspektywy budowy coraz większej liczby reaktorów uznano, że trzeba zabezpieczyć ludzkość nawet w razie awarii występującej skrajnie rzadko – raz na 100 tys. lat lub rzadziej.

Bezpieczeństwo współczesnych elektrowni

Elektrownie III generacji

W Polsce zostaną zbudowane najnowsze reaktory III generacji, jeszcze bezpieczniejsze od reaktorów II generacji pracujących m.in. w krajach Unii Europejskiej i USA. Reaktory III generacji są bezpieczniejsze od poprzedniej, dzięki różnym zmianom konstrukcyjnym. Prawdopodobieństwo zniszczenia rdzenia jest w najnowszych konstrukcjach nawet 100-krotnie mniejsze niż dla reaktorów II generacji. Przewidziano w nich też uklady bezpieczeństwa wystarczające do opanowania, tej tak bardzo mało prawdopodobnej awarii. W poprzedniej – II generacji, zakładano, że stopienie rdzenia zdarza się tak rzadko, że można się przed taką awarią nie zabezpieczać.

Warto wspomnieć, że współczesne elektrownie jądrowe (z reaktorami II i III generacji, chłodzonymi zwykłą wodą) są tak zaprojektowane, że przy wzroście temperatury wody chłodzącej, moc reaktora samoczynnie maleje. Odwrotna reakcja (wzrost mocy przy wzroście temperatury) była jedną z przyczyn awarii reaktora w Czarnobylu w 1986 roku (który można zaliczyć do reaktorów I generacji).

Reaktory III generacji są zaprojektowane tak, by nie było potrzeby nagłej ewakuacji ani trwałego przesiedlenia ludności poza bardzo małym okręgiem, obejmującym teren o promieniu około 800 metrów. Gdyby jednak doszło do awarii i rdzeń by się stopił, zastosowana w elektrowniach III generacji technologia zapewnia, że stopiony rdzeń pozostanie wewnątrz obudowy bezpieczeństwa. Obudowa bezpieczeństwa jest hermetycznym budynkiem w kształcie walca lub kopuły o żelbetonowo-stalowych ścianach. Wytrzymuje nadciśnienie kilku atmosfer i w razie awarii stanowi osłonę przed promieniowaniem oraz ucieczką substancji promieniotwórczych.

W przypadku reaktorów wodno-ciśnieniowych III generacji konstruktorzy opracowali dwie metody zabezpieczeń na wypadek stopienia rdzenia. Pierwsza polega na tym, że w przypadku awarii dochodzi do zalania wodą wnętrza obudowy bezpieczeństwa i studni reaktora, co ma zapewnić chłodzenie stopionego rdzenia od zewnątrz i utrzymanie go w zbiorniku. Druga metoda polega na zastosowaniu pod zbiornikiem reaktora pojemnika na stopiony rdzeń. Ma on dużą powierzchnię i dużą odporność na temperaturę. Ciekły materiał rdzenia – gdyby rozlał się w zbiorniku – zostanie wychłodzony i zastygnie w postaci płaskiej warstwy na jego dnie. Przykładowo pierwsza z tych metod jest stosowana w amerykańskim reaktorze AP 1000, druga we francusko-niemieckim reaktorze EPR. Oba reaktory zapewniają ten sam najwyższy poziom bezpieczeństwa.

Inny typ reaktora III generacji to reaktor z wodą wrzącą, w którym para powstaje bezpośrednio w rdzeniu reaktora i przepływa do turbozespołu bez potrzeby stosowania osobnego obiegu i wymiany ciepła w wytwornicy pary. Są one budowane m.in. w Japonii, stanowiąc rozwinięcie konstrukcji II generacji (były nimi reaktory w Fukushimie).
Zabezpieczenia przed terroryzmem

Uznaje się, że podstawowymi środkami bezpieczeństwa obiektów jądrowych przed atakiem z zewnątrz jest ochrona fizyczna, czyli system ochrony bezpośredniej obiektów: bariery, ogrodzenia, czujniki elektroniczne, zabezpieczenie otworów wentylacyjnych i okiennych budynków oraz strażnicy. Do zadań ochrony fizycznej należy m.in. powstrzymywanie ewentualnych zamachowców przed dostaniem się do obiektu elektrowni, wykrywanie działań nieuprawnionych na terenie elektrowni, a także wprowadzenie barier opóźniających dostęp do materiałów jądrowych.

Bezpieczeństwo zapewnia także system kontroli urządzeń nuklearnych, takich jak budynek reaktora czy sterownia elektrowni, który ma uniemożliwić dostęp do nich osobom niepowołanym. Służy temu m.in. kontrola pracowników, w tym także na etapie budowy obiektu nuklearnego. Obiekty jądrowe obejmowane są także ścisłą ochroną kontrwywiadowczą służb specjalnych. Wszyscy pracownicy elektrowni są sprawdzani pod kątem bezpieczeństwa i powiązań z osobami lub organizacjami mogącymi sprowadzić zagrożenie dla elektrowni. Także inne działania służb specjalnych, które zbierają na terenie całego kraju i poza jego granicami informacje o potencjalnych zagrożeniach terrorystycznych, zapewniają bezpieczeństwo obiektów jądrowych.

O skuteczności tych zabezpieczeń świadczyć może fakt, że w ciągu 60 lat działania elektrowni jądrowych na całym świecie nie doszło do skutecznego ataku terrorystycznego na tego typu obiekt.

Konwencje międzynarodowe

W 1987 roku weszła w życie międzynarodowa Konwencja o ochronie fizycznej materiałów jądrowych, która zwróciła szczególną uwagę na zabezpieczenia reaktorów energetycznych i doświadczalnych, z uwzględnieniem możliwości ataku na ich wrażliwe elementy – głównie zabezpieczenia fizyczne budynku reaktora, obiegów systemu chłodzenia, basenów wypalonego paliwa oraz na zabezpieczenia przed możliwością sabotażu, np. opanowania sterowni reaktora, a także na możliwość spowodowania katastrofy lotniczej poprzez bezpośrednie uderzenie w budynek reaktora i uszkodzenie jego wrażliwych elementów. Od momentu powstania do chwili obecnej w konwencji wprowadzono szereg zmian, uwzględniających przemiany technologiczne. Obecna wersja dokumentu INFCIRC/225 została zatwierdzona w 1998 roku.

Ważnym instrumentem prawnym w zwalczaniu terroryzmu nuklearnego jest także Międzynarodowa Konwencja w sprawie zwalczania terroryzmu jądrowego z kwietnia 2005 r. Nakłada ona na państwa obowiązek penalizacji posiadania materiałów lub urządzeń jądrowych i używania w celu sprowadzenia zagrożenia na zdrowie i życie ludzkie.

Share on FacebookTweet about this on TwitterGoogle+Print this page