A gdyby tu było przedszkole, w przyszłości... czyli słów kilka o bezpieczeństwie elektrowni jądrowych.

Tak to się już dziwnie składa, że rozmowę o elektrowniach jądrowych zawsze zaczyna się od tematu możliwych awarii i to awarii typu katastrofalnego. Dziwne jest to dlatego, że ani te awarie nie zdarzają się często (bo były raptem dwie, z tego jedna w typie reaktora, który nigdy już nigdzie zastosowania nie znajdzie i nie chodzi tu o kosmetyczne zmiany tylko całkowitą koncepcję konstrukcji), ani awarie w kategorii skutków nie są absolutnie unikalne. Oczywiście ich skala jest pod wieloma względami duża, ale są różne inne branże, które doprowadzają co najmniej do porównywalnych albo i dużo większych szkód oraz większej liczby ofiar, tak w wypadku jednorazowych zdarzeń (Bhopal), jak i w ujęciu np. średniorocznym (komunikacja w zasadzie dowolna). O tych statystykach i porównaniach napiszę jeszcze innym razem, niemniej można dziś za niepodważalny fakt przyjąć, że – słusznie czy nie – tak zwykli ludzie, jak i instytucje awarii jądrowych obawiają się bardziej. Co z tego zatem wynika w ujęciu praktycznym?

Z niewielką tylko dozą przesady można powiedzieć, że współczesny jądrowy blok energetyczny jest budowany wręcz z założeniem, że dojdzie w nim do awarii. I to nie jakiejś drobnej awarii, cieknącej uszczelki, pęknięcia rurki, niegroźnego zwarcia. Przygotowywanie się na takie zdarzenia, to standard w każdym zakładzie przemysłowym. Jednak w dziedzinie energetyki jądrowej zabezpieczenia idą znacznie dalej. W bloku jądrowym instaluje się bowiem nie tylko systemy mające zabezpieczać przed powstaniem poważnych awarii (i to bardzo rozbudowane systemy, przy czym większość układów jest co najmniej dublowana), ale także systemy mające za zadanie zapewnić, że jeśli taka poważna awaria mimo wszystko się wydarzy, to nie stworzy ona zagrożenia dla życia ludzkiego, a skutki środowiskowe będą minimalizowane. Najbardziej obrazowym przykładem (choć nie jedynym) są tu układy chłodzenia reaktora.

Chłodzenie reaktora jest zatem zagadnieniem kluczowym dla bezpieczeństwa eksploatacji bloku jądrowego. Przy tym chłodzenie to musi działać także (a może nawet szczególnie) w sytuacjach awaryjnych – wydzielanie się ciepła powyłączeniowego wynika bowiem z praw fizyki i powstrzymać go zwyczajnie nie można. Z tego powodu każdy współczesny reaktor wyposażony jest w liczne, niezależne od siebie układy chłodzenia. Niektóre z nich działają podczas normalnej eksploatacji elektrowni (tj. po planowych wyłączeniach bloku). Inne przewidziane są tylko na sytuacje awaryjne. Układy te projektuje się tak, by były od siebie w pełni niezależne – są rozdzielone fizycznie (zlokalizowane w innych pomieszczeniach, z różnych stron reaktora), mają niezależne systemy zasilania (w pełni izolowane instalacje zasilane z osobnych, także fizycznie oddzielonych generatorów prądotwórczych), oddzielne układy automatyki. We współczesnych projektach coraz częściej niektóre z tych układów (albo i wszystkie) mają charakter pasywny, co oznacza że do działania nie jest potrzebne zewnętrzne zasilanie, a nawet sprawność automatyki. Układy takie „sterowane są” działaniem podstawowych praw fizyki – np. grawitacji, różnicy ciśnień – i zapewniają autonomiczne chłodzenie przez pewien czas bez żadnych działań operatorów oraz bez zasilania energią elektryczną przez określony czas po odstawieniu reaktora (np. 48 lub 72 godziny). Układy te są przy tym stosownie przewymiarowane, tak aby praca tylko niektórych z nich była w stanie zapewnić bezpieczne odprowadzenie ciepła.

W tym podejściu jako takim oczywiście nie ma niczego niezwykłego. Podobnie do problemu bezpieczeństwa podchodzą konstruktorzy samolotów komunikacyjnych. Współczesny samolot wyposażony jest w szereg systemów umożliwiających bezpieczne sprowadzenie go na ziemię w wypadku różnorodnych awarii. Przykładowo dwusilnikowy samolot komunikacyjny musi w dzisiejszych czasach być zdolny nie tylko do bezpiecznego lotu i lądowania z jednym tylko pracującym silnikiem, on musi być w stanie się w takiej sytuacji wznosić – po to by awaria silnika w czasie startu nie powodowała katastrofy. Wszelkie kluczowe układy sterowania są oczywiście rezerwowane. Dla ratowania życia pasażerów dostępne są maski tlenowe zapewniające możliwość oddychania w przypadku dehermetyzacji kabiny na dużej wysokości. Wreszcie elektroniczne przyrządy pokładowe są rezerwowane instalacją staroświeckich wskaźników, według których piloci mogą bezpiecznie sprowadzić maszynę na ziemię nawet w wypadku poważnej awarii nowoczesnej elektroniki.

We współczesnych blokach jądrowych myślenie o bezpieczeństwie poszło jednak krok dalej. Mimo wszystkich rozbudowanych systemów, które mają zapobiegać przegrzaniu wyłączonego reaktora, współczesne bloki jądrowe projektowane są z myślą, że wszystkie te systemy mogłyby zawieść. Że paliwo jądrowe jednak się stopi, rozgrzeje, przepali na wylot zbiornik reaktora. Stąd też różne mniej lub bardziej wymyślne systemy chwytaczy rdzenia – betonowe konstrukcje mające za zadanie przechwycenie rozgrzanej masy i zatrzymanie jej. Nie jest to zresztą zagadnienie szczególnie skomplikowane – ponieważ temperatura potencjalnej masy wynika po prostu z fizyki, to zaprojektowanie odpowiedniej konstrukcji zdolnej do zatrzymania zagrożenia z koncepcyjnego punktu widzenia nie stanowi problemu.

To oczywiście tylko jeden przykład, ale obrazuje najistotniejszą koncepcję dotyczącą bezpieczeństwa nowych bloków jądrowych: instalowane są w nich mianowicie nie tylko systemy zabezpieczające elektrownię przed zaistnieniem poważnej awarii, ale także takie, które mają zapobiec rozprzestrzenianiu się skutków takiej awarii, jeśli mimo wszystko ona zaistnieje. Brane pod uwagę są możliwe błędy ludzkie i najmniej nawet prawdopodobne awarie mechaniczne (np. rozerwanie głównych rurociągów dostarczających chłodziwo) czy zdarzenia zewnętrzne (trzęsienia ziemi, powodzie, upadki samolotów). Realizowana jest tzw. koncepcja obrony w głąb, czyli kolejnych systemów przewidzianych do zadziałania w wypadku przerwania poprzedniej linii zabezpieczeń. Przy tym każda z tych linii jest także rozbudowana wszerz poprzez instalowanie urządzeń i całych układów w kilku niezależnych egzemplarzach.

Przekładając wymagania dla elektrowni jądrowej na lotnictwo, to jest mniej więcej tak jakbyśmy oczekiwali, że samolot bezpiecznie wyląduje nawet w wypadku awarii obu silników, gdziekolwiek by do niej nie doszło. Albo w przypadku skrajnie mało prawdopodobnego ułamania skrzydła. To tak jakby oczekiwać, że pasażerom samochodu, który uderzył w drzewo, nic się nie stanie. I to nawet jeśli zawiodą poduszki powietrzne (awaria części systemów ratujących życie), a kierowca przekroczył znacząco dopuszczalną prędkość (błąd ludzki). Tak wreszcie jakby oczekiwać, że w przypadku przerwania zapory nic nie stanie się ludziom mieszkającym nad rzeką poniżej (nawiasem mówiąc takie zdarzenie miało miejsce w wyniku tego samego trzęsienia ziemi, które wywołało zdarzenia w Fukushimie, nie obeszło się bez ofiar). W odniesieniu do tych branż takie wymagania wydają się czysto absurdalne, jednak w energetyce jądrowej jest to rzeczywistość regulowana stosownymi przepisami.

Oczywiście zapytać można: skoro jest tak dobrze, to skąd się biorą te wszystkie wypadki? Skąd wybuchy i uwolnienia substancji promieniotwórczych w Japonii? Odpowiedź jest tyleż prosta, co prozaiczna – w tamtych blokach tak rozbudowanych układów jeszcze nie było. Można je było zresztą zainstalować, ale z jakichś przyczyn ani operator elektrowni ani japoński państwowy dozór jądrowy nie uznały by było to konieczne. Dlaczego tak zdecydowano, to oczywiście bardzo ważne zagadnienie dla mieszkańców Japonii, a wyciągnięte wnioski będą istotne dla krajów eksploatujących starszej daty instalacje, ale dla tematu budowy nowych bloków ma to znaczenie raczej niewielkie, jako że nawet konstrukcje powstające jeszcze przed katastrofą w Fukushimie byłyby na takie zdarzenia odporne.