W pierwszej części artykułu opisaliśmy ogólne zasady energetyki jądrowej i charakterystykę działania reaktorów BWR i PWR. Wnioski, jakie wynikały z analizy ich wad i zalet były takie, że reaktory PWR, pomimo że są droższe, oferują wyższy poziom bezpieczeństwa. Bardzo istotną zaletą reaktorów PWR jest obieg wtórny odseparowany od obiegu pierwotnego, dzięki czemu skażona radioaktywnie woda nie ma dostępu do żadnych urządzeń poza obudową bezpieczeństwa reaktora. Pozostałe elementy elektrowni turbiny, skraplacza, pomp wody zasilającej itd. pracują w warunkach takich samych jak w konwencjonalnej elektrowni – nie ma radiacji. Wszystkie prace przy nich wykonywane – rewizje turbin, wymiany i naprawy elementów odbywają się w normalnych warunkach. Również ich późniejsze złomowanie nie wymaga specjalnych środków antyradiacyjnych. Oznacza to również, że na potrzeby takiej elektrowni możemy wykorzystywać te same podzespoły, co w przypadku konwencjonalnych. Wszystkie powyższe fakty spowodowały, że reaktory PWR są obecnie najbardziej rozpowszechnionym typem reaktorów w działających elektrowniach jądrowych na świecie.
Globalna popularność reaktorów PWR
Zgodnie z danymi za rok 2024 Międzynarodowej Agencji Energi Atomowej (IAEA – International Atomic Energy Agency) zawartymi w System Informacji o Reaktorze Elektroenergetycznym (PRIS - Power Reactor Information System) liczba i rodzaje działających na świecie reaktorów przedstawia się następująco:
Źródło: IAEA PRIS 2024
Z powyższych danych wynika, że obecnie mamy czynnych 306 reaktorów PWR. Na drugim miejscu plasują się reaktory typu BWR, których jest 10 razy mniej, a na trzecim miejscu reaktory ciśnieniowe ciężkowodne (PHWR - Pressurized Heavy Water Reactor), około 25 szt. Ze względu na to, że w Europie występują tylko dwie szt. w Rumunii, nie będziemy ich szerzej omawiać. Z dotychczasowych rozważań jasno wynika, że rozwiązaniem generującym najmniej ryzyk z punktu widzenia ubezpieczenia są reaktory typu PWR i jako Polska o takim typie reaktora „myślimy”.
Promieniowanie jonizujące
Kolejnym zagadnieniem nierozerwalnie związanym z energetyką jądrową jest promieniowanie jonizujące. Być może wielu z nas zapamiętało po Czarnobylu charakterystyczny trzeszczący dźwięk licznik Geigera. To właśnie ten dźwięk przychodzi na myśl po usłyszeniu słowa „promieniowanie”. Musimy pamiętać, że na co dzień mamy do czynienia z naturalnymi źródłami promieniowania jonizującego, które pochodzą od substancji radioaktywnych zawartych w skorupie ziemskiej, w wodzie i w powietrzu. Tego promieniowania nie jesteśmy w stanie uniknąć. Z takim samym typem promieniowania spotykamy się podczas działania reaktorów jądrowych. Jednak dawki emitowane przez elektrownie jądrowe są kilkaset razy niższe od dawek pochodzących z promieniowania naturalnego. Graniczne dawki dla pracowników elektrowni jądrowych to 20 mSv/rok, a dawki dla ludzi pracujących poza przemysłem jądrowym to 1 mSv/rok. Przykładowe dawki promieniowania przedstawiane w raportach o bezpieczeństwie z francuskich elektrowni atomowych przedstawione są na poniższym wykresie.
Źródło: Raport Chooz
Współczesne standardy bezpieczeństwa w energetyce jądrowej
Każdy współcześnie budowany reaktor jądrowy musi być zaprojektowany tak, aby nawet w wypadku poważnej awarii skutkującej stopieniem rdzenia niepotrzebne były natychmiastowe działania interwencyjne z zewnątrz. Awarie w Fukushimie i Czarnobylu, wspomniane na początku artykułu, miały miejsce w reaktorach, które nie spełniały dzisiejszych standardów technologicznych. Współczesne normy bezpieczeństwa zaostrzono właśnie na skutek tych katastrof. Kluczowym celem w przypadku elektrowni jądrowych jest zapobieganie skażeniu środowiska substancjami promieniotwórczymi. Obecnie w Europie funkcjonują bezpiecznie elektrownie jądrowe drugiej generacji. Nowobudowane elektrownie to generacja trzeciej i trzecia plus, w których projektujemy kilka powielonych linii i barier bezpieczeństwa. Zakładamy, że nie tylko każde urządzenie techniczne może ulec awarii, ale także obsługa może popełnić błąd. Poszczególne poziomy bezpieczeństwa elektrowni jądrowej są od siebie niezależne. Oprócz samych systemów są jeszcze procedury bezpieczeństwa czy szkolenie personelu. Sama konstrukcja jest tylko jednym z elementów bezpieczeństwa, trzeba również przeanalizować, jak lokalne środowisko będzie wpływało na elektrownię. Na pewno teren musi być, asejsmiczny, bez uskoków tektonicznych. W pobliżu nie może być dodatkowo lotnisk. Polskie prawo precyzuje również, jakie muszą być zachowane minimalne odległości od innej infrastruktury. Kluczowym zagadnieniem jest zapewnienie możliwości niezawodnego i szybkiego wyłączenia reaktora oraz niezawodnego chłodzenia reaktora, także po jego wyłączeniu. Prawidłowe funkcjonowanie systemów bezpieczeństwa zapewnia się poprzez rozmieszczenie urządzeń w różnych częściach elektrowni oraz oddzielenie ich barierami fizycznymi. Dzięki temu uszkodzenie, zalanie lub pożar w jednej części budynku nie stwarza zagrożenia ani nie powoduje awarii w pozostałych elementach systemu.
Systemy bezpieczeństwa i obudowa reaktora
Widocznym dla każdego elementem bezpieczeństwa elektrowni jądrowej jest obudowa bezpieczeństwa reaktora składająca się z obudowy pierwotnej i wtórnej. Z zewnątrz widzimy żelbetową konstrukcję tej obudowy o grubości około 1,5 m. Obudowa bezpieczeństwa wytrzymuje wysokie ciśnienie, jakie może powstać w razie awarii, chroniąc otoczenie elektrowni przed niekontrolowanym uwolnieniem substancji promieniotwórczych. Ponadto zewnętrzna konstrukcja obudowy bezpieczeństwa chroni elektrownie przed skutkami zdarzeń zewnętrznych, np. atakiem terrorystycznym, uderzeniem samolotu. Oprócz tych widocznych istnieją również wewnętrzne bariery ochronne zapobiegające przedostawaniu się substancji promieniotwórczych z obiektu jądrowego do otoczenia.
Fizyczne przeszkody dla rozprzestrzeniania się produktów radioaktywnych z paliwa umieszczone w rdzeniu reaktora.
Trzy fizyczne bariery oddzielające paliwo od atmosfery to :
- Okładzina paliwowa
- Obwód pierwotny
- Betonowa obudowa reaktora.
Szczelność tych barier jest mierzona w sposób ciągły podczas pracy elektrowni i okresowo testowana.
Źródło: Raport Chooz
Oprócz zwielokrotnienia aktywnych systemów bezpieczeństwa w reaktorach trzeciej generacji mamy systemy pasywne. Zapewniają one chłodzenie rdzenia reaktora lub schłodzenie stopionego rdzenia i obudowy bezpieczeństwa w razie ciężkiej awarii. Nawet w przypadku braku zasilania energią elektryczną.
Źródło: Bartłomiej Bobrowski
W przypadku pytań lub wątpliwości zapraszamy do kontaktu z Warta Risk Service: mgr inż. Bartłomiej Bobrowski, Radca - Risk Engineer, Departament Produktu i Taryfikacji Klientów Korporacyjnych (Bartlomiej.Bobrowski@warta.pl).
