Elektrownia jądrowa to dobry sąsiad

Elektrownia jądrowa to dobry sąsiad1
Autor: dr inż. Andrzej Strupczewski
(“Energetyka Cieplna i Zawodowa” – nr 1/2014)
Energetyka jądrowa budzi kontrowersje. Wiele osób obawia się negatywnego oddziaływania na
środowisko i zdrowie człowieka. Tymczasem jest zupełnie odwrotnie – elektrownia jądrowa to
dobry sąsiad, całkowicie przyjazny otoczeniu. Promieniowanie, które również występuje w
naturalnym środowisku, w żaden sposób nie szkodzi zdrowiu człowieka. Ponadto przy produkcji
energii z atomu zakłada się, że na pierwszym miejscu stoi bezpieczeństwo, a dopiero w dalszej
kolejności produkcja energii.
Zalety energetyki jądrowej są znane i zwykle nie kwestionowane:
 Elektrownie jądrowe – to czyste niebo i woda, tania energia elektryczna i zachowanie
węgla dla przyszłych pokoleń
 Nie emitują pyłów, SO2, NOx,
 Nie emitują CO2
 Nie emitują znaczącego promieniowania przy normalnej pracy
 Energetyka jądrowa zapewnia oddzielenie odpadów od środowiska człowieka
Rys. 1 Elektrownia jądrowa Loviisa w Finlandii – iskrzący się biały śnieg jest najlepszym dowodem na czystość
powietrza wokoło elektrowni. (Zdjęcie z archiwum Imatran Voima Oy, pokazane za pozwoleniem)
1
Dr inż. A. Strupczewski, prof. nadzw. Narodowego Centrum Badań Jądrowych
Ale mimo to ludzie boją się promieniowania w czasie normalnej pracy, a tym bardziej w
przypadku awarii, nawet nieistotnych dla bezpieczeństwa elektrowni. Spróbujmy więc w ramach
kilku artykułów przedstawić te zagrożenia w prawidłowej perspektywie, tak byśmy wydawali sąd
o energetyce jądrowej znając fakty, a nie tylko plotki i obawy. Zacznijmy od rozpatrzenia wpływu
energetyki jądrowej na środowisko przy normalnej pracy elektrowni, a w następnych artykułach
omówimy skutki możliwych awarii i na koniec wpływ całego cyklu eksploatacji, od wydobycia
uranu do unieszkodliwiania odpadów włącznie.
Co z tym promieniowaniem?
Elektrownie jądrowe emitują promieniowanie – bardzo mało, ale jednak...Rozważmy więc, czy
małe dawki promieniowania są groźne?
Promieniowanie to nieodłączny element naszego środowiska. Było ono gdy powstawała Ziemia,
gdy kształtowały się pierwsze komórki i jest z nami wciąż, wcale nie z powodu działań człowieka,
a wskutek rozpadów jąder atomowych zachodzących przez miliardy lat. Towarzyszy też
człowiekowi od pierwszych chwil jego życia, gdy dziecko jeszcze przed urodzeniem otrzymuje
promieniowanie w łonie matki, gdy rodzi się i odczuwa promieniowanie z kosmosu i z
otaczających go ścian domu i gdy jako niemowlę pije mleko z piersi matki – mleko, w którym
znajdują się atomy potasu K-40, promieniotwórczego izotopu, nieodłącznie związanego z
mlekiem. Promieniowanie jest nawet w wodzie – nie tylko w wodzie morskiej, ale i w wodzie
płynącej z krystalicznie czystych potoków alpejskich.
I to promieniowanie nie szkodzi ludziom. Nasze organizmy przywykły do promieniowania. Co
więcej, gdy powstawały pierwsze komórki, poziom promieniowania był wyższy niż obecnie. Po
prostu dlatego, że z każdym rozpadem radioaktywnego atomu powodującym emisję
promieniowania jeden atom promieniotwórczy znika – więc źródeł promieniotwórczości jest coraz
mniej. Procesy zapewniające ochronę naszego organizmu przed promieniowaniem działają też
skutecznie na inne zagrożenia naszych komórek, a ponieważ kształtowały się one gdy
promieniowanie było silniejsze niż dzisiaj, przeto są one skuteczniejsze w warunkach nieco
podwyższonego promieniowania. Dlatego wahania tła promieniowania – czy to dającego wciągu
70 lat życia dawki około 200 mSv jak w Polsce, czy 500 mSv jak w Finlandii (rys. 2), nie mają
wpływu na zdrowie ludzi.
Aby wykryć możliwy wpływ promieniowania na zdrowie ludzi, badano mieszkańców
 prowincji Yangjiang w Chinach (max. 6,4 mGy/rok) ,
 rejonu Kerala w Indiach (max 35 mGy/rok) ,
 Ramsar w Iranie, gdzie średnia mocy dawki wynosi 10,2 mGy/rok, a max moce dawki
sięgają 260 mGy/rok.
 Dziesiątków innych obszarów o podwyższonym promieniowaniu
Dawka, mSv (w ciągu 70 lat)
600
Srednia dawka promieniowania
w ciągu życia w krajach Europy
500
wg [IAEA: Sustainable Development and Nuclear P ower, 1997]
400
300
200
100
ni
a
ja
W
.B
ry
ta
ec
Sz
w
aj
ca
ria
sk
a
Sz
w
Po
l
ia
zp
an
ja
re
c
G
H
is
a
Fr
an
cj
a
an
di
Fi
nl
A
us
tr
i
a
0
Rys. 2 Dawki otrzymywane w ciągu 70 lat życia w różnych krajach.
W żadnym z tych rejonów nie wykryto zwiększonej umieralności na raka
Wyniki wielu badań przeprowadzonych w USA wskazują, że wysokiemu tłu promieniowania
towarzyszy niska umieralność na raka. Rzeczywiste częstości zachorowania na raka płuc w 6
stanach USA o najwyższym tle promieniowania wynoszą średnio 44/rok na 100 000
mieszkańców, a w stanach o najniższym tle promieniowania 73/rok na 100 000 mieszkańców.
Podobne są wyniki badań w innych rejonach świata.
Mimo to, w energetyce jądrowej obowiązuje zasada by redukować emisje i dawki promieniowania
tak bardzo, jak tylko jest to rozsądnie możliwe. Na rys. 3 widać, jak z biegiem lat malały emisje
radioaktywne z elektrowni jądrowych.
Przede wszystkim bezpieczeństwo
Dzięki ciągłym staraniom inżynierów nuklearnych i całego środowiska związanego z energetyką
jądrową emisje z elektrowni są obecnie tak małe, że wielkość dawek promieniowania
otrzymywanych przez mieszkańców na granicy strefy ograniczonego użytkowania jest wielekroć
mniejsza od wahań naturalnego tła promieniowania.
Ilustruje to rys. 4 na którym pokazano dawki otrzymywane rocznie w Finlandii i średnio na
świecie.
Wielkość dawek dopuszczalnych od elektrowni jądrowych ustalona przez ICRP (International
Committee for Radiological Protection) i Komisję Europejską (UE) jest mniejsza od wahań dawek
na świecie, wielkość dozwolona przez dozór jądrowy jest mniejsza od dozwolonej przez ICRP, a
wielkość dawek zalecana w energetyce jądrowej (EUR – European Utility Requirements) jest
mniejsza od dozwolonej przez dozór. W rzeczywistości praca elektrowni jądrowych powoduje
dawki dużo mniejsze od dozwolonych – np. średnia dawka dla wszystkich bloków jądrowych we
Francji to 0,01 mSv/rok, a więc stukrotnie mniej niż pozwala ICRP.
600
20
Redukcja emisji z reaktorów PWR
18
wg [UNSCEAR 2000]
500
< Gazy szlachetne TBq/GWe.a
430
TBq/GWe.a
400
16
> Jod 131 GBq/GWe.a
14
> Pyły radioaktywne GBq/GWe.a
12
300
10
220
8
200
GBq/GWe.a
530
6
4
81
100
27
2
13
0
0
1970-1974
1975-1979
1980-1984
1985-1989
1990-1994
1995-1997
Rys. 3 Redukcja emisji z reaktorów PWR
Rys. 4 Dawki od elektrowni jądrowych są mniejsze od wahań tła promieniowania między miastami w Polsce
Co więcej, gdy porównamy dawki otrzymywane w różnych miastach Polski to okaże się, że
różnice między nimi są większe niż dawki wokoło elektrowni jądrowej. Mieszkaniec Wrocławia,
przenoszący się do Krakowa, będzie otrzymywał rocznie dodatkową dawkę promieniowania 30
krotnie większą, niż gdyby we Wrocławiu wybudowano elektrownię jądrową której płot stykałby
się z parapetem jego okna.
Jak osiąga się tak skuteczne zatrzymywanie radioaktywności w granicach elektrowni jądrowej?
Jest to skutek wdrażania filozofii bezpieczeństwa jądrowego, której naczelną zasadą jest stawianie
bezpieczeństwa na pierwszym miejscu, ponad produkcją energii elektrycznej. Operatorzy od
dawna przekonali się, że takie podejście gwarantuje najkrótsze przestoje elektrowni i jej wysoką
opłacalność.
Cała konstrukcja elektrowni podporządkowana jest wymaganiom bezpieczeństwa. Jeden z wielu
przykładów to utworzenie w elektrowni systemu kolejnych barier, powstrzymujących uwolnienia
radioaktywności z elektrowni nawet w przypadku uszkodzeń jej elementów.
Rys. 5 Układ barier chroniących przed uwolnieniami promieniowania z elektrowni jądrowej
1. Pastylki paliwowe, 2. Koszulka cyrkonowa, 3. Zbiornik reaktora, 4. Obudowa bezpieczeństwa
W razie uszkodzenia jednej z tych barier, pozostałe trzy chronią przed uwolnieniem produktów
rozszczepienia. Dzięki temu nawet przy awarii z przepaleniem paliwa dawki wokoło elektrowni
pozostają małe. Ilustruje to pokazana na rys. 4 wielkość wydzieleń z elektrowni Ringhals , gdzie
jeden z zestawów paliwowych został przepalony i moc dawki wzrosła 3- krotnie – a mimo to
wielkość dawek pozostała stukrotnie mniejsza od dawki otrzymywanej od tła naturalnego. Jak
widać, nawet przy zakłóceniach normalnej eksploatacji poziom promieniowania pozostaje dużo
niższy od dozwolonego.
A czy takie zakłócenia są częste? Operatorzy elektrowni jądrowych prowadzą staranne analizy
wszelkich zdarzeń powodujących lub mogących spowodować awarie, wykrywają ich pierwotne
przyczyny i rozsyłają raporty do innych elektrowni, tak by ustrzec je przed ponownym
wystąpieniem podobnych błędów. Takie postępowanie wynika ze stosowanie zasady otwartości,
obowiązującej w energetyce jądrowej. I rzeczywiście, awarii jest coraz mniej, a współczynnik
wykorzystania mocy zainstalowanej rośnie i np. w przed awarią w Fukushimie doszedł w 104
blokach jądrowych w USA do średniej wartości 91%. Po tej awarii dokonywano przeglądów we
wszystkich elektrowniach, ci wymagało ich krótkich dodatkowych postojów, i współczynnik
przejściowo obniżył się do 88%, ale znów powrócił do poprzednich wysokich wartości.
We Francji i w Niemczech elektrownie jądrowe pracują w systemie nadążania za obciążeniem i
zmieniają swą moc w ciągu doby bez żadnych ujemnych skutków. Zmiany mocy w reaktorach
niemieckich pokazano na rys. 6. Francuskie EJ pracują podobnie. A reaktory UK EPR
zaprojektowano do cyklicznych zmian mocy w granicach 25%- 100%
Bez CO2, bez zagrożeń
Rys 6 Zmiany mocy w funkcji obciążenia w niemieckich EJ w ciągu 24 h.
Elektrownie jądrowe w toku swej pracy udowodniły, że są „dobrymi sąsiadami: i cieszą się
poparciem okolicznej ludności. We Francji, w Szwecji, w Wielkiej Brytanii czy w USA
miejscowe komitety informacyjne zapewniają stałą więź między lokalną społecznością a
elektrownią, a w razie potrzeby ludność zdecydowanie występuje w obronie elektrowni.
W związku z trwającymi sporami na temat globalnego ocieplenia warto podkreślić, że elektrownie
jądrowe oczywiście nie emitują CO2, bo przecież nie zachodzi w nich spalanie węgla, lecz
rozszczepianie jąder uranu. Parlament Europejski i IPCC przyznają, że elektrownie jądrowe są
największym niskoemisyjnym źródłem energii elektrycznej.
W sumie – przy normalnej eksploatacji, nawet z zakłóceniami które mogą prowadzić do bardzo
rzadko występujących uszkodzeń paliwa, elektrownie jądrowe nie stwarzają zagrożenia. Sprawą
zagrożeń w razie ciężkich awarii zajmiemy się w następnym artykule.