A gdyby tu było nagle przedszkole, w przyszłości…?

Polscy miłośnicy kina z pewnością pamiętają scenę z „Misia”, w której Milicja Obywatelska wykazuje się niezwykłą przenikliwością w dostosowywaniu bezpieczeństwa ruchu drogowego do hipotetycznie możliwych przyszłych wydarzeń. To, co u Barei było jednak czystym absurdem, dla projektanta jądrowego bloku energetycznego jest codziennością.

Z niewielką tylko dozą przesady można powiedzieć, że współczesny jądrowy blok energetyczny jest budowany z założeniem, że dojdzie w nim do awarii. I to nie jakiejś drobnej awarii, jakiejś 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. 

Każdy reaktor jądrowy wymaga odprowadzania ciepła – nie tylko podczas pracy, ale także w okresie następującym bezpośrednio po wyłączeniu – jest to tzw. ciepło powyłączeniowe. To właśnie zakłócenia w  odprowadzaniu ciepła powyłączeniowego odegrały kluczową rolę w rozwoju awarii w Three Miles Island w roku 1979 oraz podczas niedawnych wydarzeń w japońskiej Fukushimie. Potencjalne przegrzanie rdzenia grozi natomiast stopieniem zawartego w reaktorze paliwa i – w skrajnym wypadku – przedostaniem się bardzo rozgrzanych i stopionych substancji przez fundament budynku do otoczenia (co nie zdarzyło się jeszcze nigdy). Inne niebezpieczeństwo to wytworzenie w rejonie reaktora wodoru, powstanie mieszaniny piorunującej i eksplozja, która potencjalnie także może rozprzestrzenić radioaktywne produkty rozszczepienia – ten scenariusz w różnym stopniu spełniał się w najbardziej znanych katastrofach energetyki jądrowej.

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 mają charakter pasywny, co oznacza że do ich zadziałania 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). Przekładając to na porównanie z lotnictwem – to tak jakbyśmy oczekiwali, że samolot bezpiecznie wyląduje nawet w wypadku awarii obu silników, gdziekolwiek by do niej nie doszło. Albo 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). W odniesieniu do samolotów i samochodów takie wymagania wydają się czysto absurdalne, jednak w energetyce jądrowej jest to rzeczywistość.

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. Przemysł jądrowy – jak każdy inny – uczy się na własnych błędach.

Czy zatem nowe polskie elektrownie jądrowe będą w 100% bezpieczne? W 100% nie – technika nie zna urządzeń stuprocentowo bezawaryjnych. Jednak większość zagrożeń czyhających na pracowników elektrowni jest zupełnie prozaiczna i nie ma nic wspólnego z „jądrowym” charakterem instalacji. Z pewnością też jeśli w Polsce powstaną nowe bloki jądrowe, będą one bezpieczniejsze niż te budowane wcześniej i wyposażone w systemy zdolne do zapobieżenia każdej wyobrażalnej dziś sytuacji awaryjnej.