Elektrownie jądrowe – oddziaływanie na środowisko

Szczegóły

Kategoria: Ekologia i środowisko

Elektrownia jądrowa (atomowa) to obiekt przemysłowo-energetyczny, wytwarzający energię elektryczną poprzez wykorzystanie energii pochodzącej z rozszczepienia jąder atomów, najczęściej uranu (naturalnego lub nieco wzbogaconego w izotop 235U), w której ciepło konieczne do uzyskania pary wodnej,  jest otrzymywane z reaktora jądrowego.

Obecnie, najwięcej elektrowni atomowych powstaje w krajach Dalekiego Wschodu. W Europie Zachodniej i Ameryce Północnej, w dużej mierze na skutek awarii w Czarnobylu, spadło społeczne poparcie dla tego typu przedsięwzięć. Jednak należy mieć na uwadze fakt, że pozyskiwaniu energii w różnych formach właściwie od zawsze towarzyszyło pewne ryzyko wystąpienia niebezpieczeństw. Począwszy od pożarów podczas spalania drewna w celach grzewczych, poprzez katastrofy na zaporach wodnych, w kopalniach węgla, w transporcie paliw płynnych, skutki nadmiernych toksycznych emisji gazów spalinowych, a kończąc na tragedii jądrowej jaka miała miejsce elektrowni jądrowej w Czarnobylu.

Pierwsza próba kontrolowanej reakcji rozszczepienia jądra miała miejsce w 1942 roku. Do skonstruowania stosu atomowego jako moderator wykorzystano wówczas grafit. Składał się on z około 40 000 bloków grafitowych z blisko 22 000 otworami z kilkoma tonami uranu. Obecnie istnieje kilka rodzajów reaktorów atomowych. Różnią się one od siebie budową, zastosowanym paliwem, chłodziwem i moderatorem, czyli materiałem spowolniającym neutrony. Może być nim wodór lekki lub deuter, woda lekka lub ciężka, beryl, grafit oraz pewne związki organiczne (tzw. organiki), na przykład dwufenyl o wysokiej temperaturze wrzenia. W celu odprowadzenia ciepła z rdzenia reaktora stosuje się wodę (zwykłą lub ciężką), ciekłe metale (sód, potas, bizmut), gazy: powietrze, dwutlenek węgla, hel lub wodór.

Duża część społeczeństwa jest przekonana, że energetyka jądrowa stanowi poważne zagrożenie dla naszego zdrowia i środowiska. Materiał promieniotwórczy jest jednak naturalnym elementem ekosystemu, chociaż ze względu na to, iż w wyniku pracy reaktora dochodzi do nagromadzenia materiału radioaktywnego na stosunkowo małej przestrzeni, istnieje potrzeba prawidłowego zabezpieczenia i magazynowania odpadów. Zużyte paliwo zawiera wiele promieniotwórczych nuklidów – jąder powstałych w wyniku rozszczepienia uranu oraz pochodnych uranu po wychwycie radiacyjnym neutronów. Zazwyczaj są to długożyciowe aktynowce . Odpady promieniotwórcze dzielą się ze względu na:

• postać fizyczną,
• aktywność,
• czas połowicznego rozpadu (czas po jakim poziom promieniowania emitowanego przez dany izotop zmniejszy się do połowy wartości pierwotnej).

Ze względu na postać fizyczną wyróżniamy odpady:

• stałe,
• ciekłe,
• gazowe.

Biorąc pod uwagę aktywność odpadów promieniotwórczych wyróżniamy odpady:

• nisko aktywne,
• średnio aktywne,
• wysoko aktywne.

Pod względem czasu połowicznego rozpadu odpady promieniotwórcze dzielą  się na:

• krótkożyciowe o okresie połowicznego rozpadu nie dłuższym niż 30 lat,
• długożyciowe, które pozostają promieniotwórcze przez setki, a nawet tysiące lat.

W Polsce wyróżniamy trzy kategorie odpadów:

I kategoria - Odpady beta- i gamma- promieniotwórcze:

• odpady niskoaktywne, czyli odpady o poziomie promieniowania nie przekraczającym 1000 razy poziomu dopuszczalnego w środowisku; stanowią 80% odpadów,
• odpady średnioaktywne, czyli odpady o poziomie promieniowania przekraczającym dopuszczalny poziom w środowisku od 1000 do 1000000 razy; stanowią 15% odpadów,
• odpady wysokoaktywne, czyli odpady o poziomie promieniowania przekraczającym dopuszczalny poziom w środowisku ponad 1000000 razy; stanowią 5% odpadów,

II kategoria - Odpady alfa-promieniotwórcze,

III kategoria - Zużyte zamknięte źródła promieniotwórcze.

Istnieją dwie drogi oddziaływania elektrowni jądrowej na środowisko:

• przez uwolnienie substancji promieniotwórczych do otoczenia.
• upusty podgrzanej wody używanej jako woda chłodząca skraplacze pary (cieplne zanieczyszczenie środowiska wodnego).

W czasie eksploatacji elektrowni jądrowej powstają odpady ciekłe, głównie w wyniku upustów, zrzutów i przecieków (dopuszczalnych) z obiegu chłodzenia rdzenia reaktora oraz  odpady stałe - przede wszystkim wypalone paliwo jądrowe a także zużyte jonity (wkłady filtrów jonitowych) o znacznej aktywności, odpady stałe palne (szmaty, papier, elementy drewniane i in.) i niepalne (elementy wyposażenia elektrowni np. zużyte kanały i pręty sterujące, narzędzia skażone i in). Wszystkie nieczystości, z wyjątkiem zużytego paliwa, są zaliczane do grupy nisko- i średnioaktywnych. Są umieszczane w beczkach dwustulitrowych i  przechowywane w specjalnych magazynach znajdujących się w obrębie danej elektrowni. W niektórych krajach (Stany Zjednoczone, Francja, Wielka Brytania) składowanie odpadów nisko- i średnioaktywnych odbywa się w płytkich składowiskach ziemnych.

Odpady wysokoaktywne to przede wszystkim wypalone paliwo jądrowe, które zawiera 99 proc. aktywności powstałej w reaktorze oraz odpady powstające podczas przerobu wypalonego paliwa. Przed końcowym składowaniem ulegają one zestaleniu. Za najkorzystniejsze uważa się wtopienie ich w osnowę szklaną. Następnie wprowadza się je na dużą głębokość w formacje stabilne pod względem geologicznym. Obecnie całe wypalone paliwo i wysokoaktywne odpady są przechowywane w wybudowanych na powierzchni przechowalnikach przejściowych.

Chociaż procedury i technologie stosowane podczas składowania odpadów promieniotwórczych są bardzo starannie opracowywane i dobierane, to sam fakt możliwości powstania składowiska budzi sprzeciw lokalnych społeczności, które upatrują w nich zagrożenie dla ich zdrowia, a nawet życia.

Wydobywające się z reaktora lotne substancje promieniotwórcze (odpady gazowe) są wychwytywane poprzez system filtrów. Mimo wszystko część z nich przedostaje się do otoczenia poprzez wysoki komin, w sposób ściśle kontrolowany. Są to przede wszystkim substancje lotne, np. gazy szlachetne: izotopy ksenonu i kryptonu. Ilość i rodzaj substancji przenikających do atmosfery zależy od rodzaju reaktora jądrowego. Oszacowano, iż normalnie pracująca elektrownia jądrowa o mocy 1000 MWe wprowadza rocznie do atmosfery nie więcej niż 5,9·105 GBq gazów szlachetnych (Kr-85 i Xe-133) i 5,6 GBq jodu I-131.

Źródłem zanieczyszczenia środowiska substancjami radioaktywnymi są kopalnie uranu oraz zakłady wzbogacania uranu.  Pewne niebezpieczeństwo stwarza też transport materiałów promieniotwórczych. Wypalone paliwo jądrowe musi być przewożone w stalowych, szczelnych pojemnikach, uniemożliwiających promieniowanie na zewnątrz nawet w przypadku pożaru lub poważnych wypadków drogowych.

Ważny element oddziaływania elektrowni jądrowych na środowisko stanowi kwestia wycofania ich z eksploatacji. Wówczas reaktor i obieg pierwotny elektrowni pozostają źródłem promieniowania, które musi być izolowane i wyłączone z użytkowania.

Promieniowanie jonizujące nie jest odczuwalne zmysłami ludzkimi. Do tego celu wykorzystuje się specjalne przyrządy dozymetryczne, jak wskaźniki promieniowania, monitory i dawkomierze.

Poza składowaniem odpadów strach przed elektrowniami jądrowymi rodzi się z przekonania o ich dużej awaryjności i związanymi z tym skutkami. Najpoważniejszą katastrofą od czasu wykorzystania energii jądrowej przez człowieka była awaria reaktora w Czarnobylu, która miała miejsce 25 kwietnia 1986 roku. Doprowadziła ona do skażenia niemal całej Europy. Pyły radioaktywne zostały wyniesione do atmosfery na wysokość 2000 metrów. Początkowo dominowały głównie krótko życiowe izotopy jodu, później pojawiły się długożyciowe izotopy strontu, cezu i rutenu . Awaria czwartego reaktora w Czarnobylu była efektem błędu człowieka i rażących zaniedbań konstrukcyjnych.

Odpady promieniotwórcze można całkowicie wyeliminować z biosfery. Ich toksyczność z czasem ulega zmniejszeniu. Ważną kwestią jest zapewnienie warunków do ich systematycznej kontroli. Obecnie za pośrednictwem specjalistycznych urządzeń wykrywalne szkodliwych substancji, nawet w bardzo małych ilościach, nie jest zbyt skomplikowane.

Literatura:

1. Michalak J.: Wpływ elektrowni jądrowych na środowisko. Electrical Engineering, 2013 nr 74, s 27-32.
2. Guzik U., Wojcieszyńska D.: Energetyka jądrowa – zagłada czy zachowanie świata? Nauka 2010 nr 1, s.139-153.
3. Jezierski G.: Wpływ elektrowni jądrowej na otoczenie. Energetyka Cieplna i Zawodowa 2010 nr 1, s.1-11