Do awarii w elektrowni jądrowej Fukushima I doszło po trzęsieniu ziemi oraz tsunami, które nawiedziły Japonię 11 marca 2011 r. Brak zasilania elektrowni spowodował, że doszło tam do przegrzania się paliwa jądrowego i serii wybuchów spowodowanych nagromadzeniem wodoru.

Jak opisują w przesłanym PAP komunikacie przedstawiciele Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku, elektrownia jądrowa działa podobnie, jak inne elektrownie cieplne: wytwarza prąd dzięki turbinom napędzanym przez parę wodną. Różnica polega na tym, że para powstaje podczas odbierania za pomocą wody ciepła generowanego przez reaktor jądrowy. Źródłem ciepła jest reakcja rozszczepienia zachodząca w paliwie jądrowym umieszczonym w rdzeniu reaktora.

Paliwem stosowanym w elektrowniach jądrowych jest uran. Znajduje się w nim nieulegający rozszczepieniu uran U-238 oraz uran, U-235, który rozszczepia się po uderzeniu neutronu. Aby zapewnić odpowiednią ilość uranu U-235 w paliwie, uran musi zostać sztucznie wzbogacony. Proces ten polega na zwiększeniu udziału izotopu U-235 w paliwie do 3-5 proc.

Paliwo jądrowe z uranem jest uformowane w cylindryczne pastylki o średnicy i wysokości około centymetra. Pastylki są umieszczone w długich metalowych rurach (koszulkach), czyli prętach paliwowych. Cyrkonowe koszulki uniemożliwiają przedostanie się gazowych produktów rozszczepienia uranu do chłodziwa, w którym pręty paliwowe będą zanurzone w rdzeniu reaktora - opisują naukowcy z NCBJ.

Zaznaczają, że pręty paliwowe nie trafiają do rdzenia reaktora pojedynczo, lecz w specjalnych kasetach, po kilkadziesiąt sztuk w każdej. Między kasetami w rdzeniu znajdują się przestrzenie do wsuwania i wysuwania elementów konstrukcyjnych służących do kontrolowania przebiegu reakcji jądrowej. Elementy te są wykonane z węgliku boru, który silnie pochłania neutrony.

Do rozszczepienia jądra uranu U-235 dochodzi - tłumaczą eksperci - gdy trafi w nie neutron. Powstaje wtedy niestabilne jądro uranu U-236, które rozpada się emitując promieniowanie gamma i dwa lub trzy neutrony. Produkty rozpadu poruszają się z dużymi prędkościami, czyli mają dużą energię kinetyczną. Pozbywają się jej w zderzeniach z materią w pobliżu, co prowadzi do wzrostu temperatury paliwa, prętów paliwowych i ich chłodziwa.

Neutrony uwalniane podczas rozpadu jąder w paliwie mają tak dużą prędkość, że przelatują koło jąder uranu U-235 nie powodując kolejnych rozszczepień. Aby zostały przez nie pochłonięte, muszą najpierw zostać spowolnione w wodzie.

Jak przypominają naukowcy, dla podtrzymania reakcji łańcuchowej niezbędna jest woda. Gdy jej zabraknie - lub gdy zamieni się częściowo w parę - neutrony nie zostaną spowolnione i nie spowodują rozszczepień, a moc reaktora zacznie spadać. "Takie własności fizyczne mają reaktory z moderatorem wodnym, proponowane dla Polski" - napisali eksperci.

Specjaliści z NCBJ podkreślają, że elektrownia jądrowa nie może wybuchnąć jak bomba atomowa, bo nie pozwala jej na to sama fizyka.

"Aby doszło do wybuchu nuklearnego, zawartość uranu U-235 w materiale rozszczepialnym bomby jest sztucznie podnoszona w trudnym i skomplikowanym procesie technologicznym do ponad 90 proc., podczas gdy w paliwie do elektrowni jest go zaledwie 3-5 proc. W głowicach jądrowych mocno wzbogacony uran trzeba jeszcze przed właściwą eksplozją odpowiednio ścisnąć za pomocą konwencjonalnego ładunku wybuchowego. Warunki te nigdy nie wystąpią w żadnej elektrowni jądrowej" - zaznaczają.

Dodają, że wszystkie współczesne elektrownie jądrowe są tak zaprojektowane, aby w przypadku awarii moc reaktora zawsze malała, a systemy zabezpieczeń samoczynnie przełączały się w konfiguracje gwarantujące bezpieczeństwo całej instalacji.

"Elektrownie jądrowe są dziełem człowieka. Podlegają różnego typu uszkodzeniom, dochodzi w nich do awarii - zauważa dr Andrzej Strupczewski, rzecznik ds. energetyki jądrowej Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Świerku. - Są jednak konstruowane w taki sposób, aby na miejsce jednego uszkodzonego elementu można było zawsze wprowadzić drugi, sprawny. Albo i trzeci. Lub nawet czwarty".

Według szacunków, na które powołuje się NCBJ, w nowoczesnej elektrowni jądrowej do stopienia rdzenia może dojść raz na 100 tys. lat pracy reaktora, a do niekontrolowanego uwolnienia materiałów promieniotwórczych do atmosfery - zaledwie raz na milion lat pracy reaktora.

PAP - Nauka w Polsce

lt/ agt/