Elektrownia jądrowa to dobry sąsiad 1 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) 600 500 Srednia dawka promieniowania w ciągu życia w krajach Europy wg [IAEA: Sustainable Development and Nuclear P ower, 1997] 400 300 200 100 0 Austria Finlandia Francja Grecja Hiszpania Polska Szwajcaria Szwecja W. Brytania 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
TBq/GWe.a GBq/GWe.a 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. 600 500 400 530 430 Redukcja emisji z reaktorów PWR wg [UNSCEAR 2000] < Gazy szlachetne TBq/GWe.a > Jod 131 GBq/GWe.a > Pyły radioaktywne GBq/GWe.a 20 18 16 14 12 300 10 200 220 8 6 100 0 81 27 13 1970-1974 1975-1979 1980-1984 1985-1989 1990-1994 1995-1997 4 2 0 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 CO 2, 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.