POLITIKA
04 26. Atominė elektrinė: vilionės ir pavojai
Prof. Jonas Grigas
Branduolinė energetika po Černobylio ir šių metų kovo 11 d. Fukušimos tragedijos yra gąsdinanti. Ji yra brangi, bet suteikianti laisvę naudotis elektros teikiamais malonumais ir galinti išgelbėti Žemę. Atominės elektrinės sukuria šeštadalį pasaulio elektros energijos. Trigubai padidinus jų galią būtų galima geriau apsirūpinti pigia elektros energija ir sumažinti anglies dvideginio išmetimą į atmosferą iki dviejų milijardų tonų kasmet, tuo pačiu žymiai sumažinant klimato šilimą.
Kai Lietuvos vyriausybę kankina vienos atominės elektrinės uždarymo ir kitos statybos galvos skausmas, kitų šalių vyriausybės, atsiliepdamos į vis didėjantį elektros energijos poreikį, svarsto tai kylančią, tai vėl atslūgstančią naują atominių elektrinių statybos bangą dėl jos gąsdinančios jėgos.
Nepaisant didėjančio žmonių susirūpinimo branduolinės energetikos saugumu, vis daugiau žmonių supranta, kad ši energetika gali būti ekologiškiausia didelio elektros energijos kiekio generavimui. Daug šalių, įskaitant Braziliją, Indiją, Kiniją, Pakistaną, Egiptą, Suomiją, Rusiją, Pietų Korėją ir Vietnamą, stato ar planuoja statyti naujas atomines elektrines. Tinkamai suvaldyta branduolinė energija gali būti neišsenkanti ir neteršianti klimato. Naujos branduolinės technologijos gali pašalinti esančių elektrinių trūkumus, tokius kaip reaktorių avarijas, branduolinio kuro pavertimą branduoliniais ginklais, pavojingų branduolinių atliekų ilgalaikį saugojimą ir ekonomiškai prieinamą urano atsargų globalinį mažėjimą. Branduolinio kuro ciklas gali panaudoti dvi inovacijas: pirometalurginį apdirbimą (branduolinių atliekų perdirbimą į kurą aukštoje temperatūroje) ir šio kuro panaudojimą greitųjų neutronų reaktoriuose. Tada branduolinių atliekų radioaktyvumas iki saugios normos sumažėtų per kelis šimtus metų vietoj dabar dešimčių tūkstančių metų.
Kad neutronai sukeltų efektyvų urano branduolio dalijimąsi, jie turi judėti arba lėtai, arba labai greitai. Daugumoje dabar veikiančių atominių elektrinių yra vadinamieji šiluminiai reaktoriai, kuriuose urano atomus skaido lėti neutronai. Nors tokie reaktoriai gerai generuoja šilumą, kuri verčiama elektros energija, jie sukuria daugybę labai radioaktyvių atliekų.
Visi reaktoriai energiją gamina skylant sunkiųjų metalų atomams – uranui ir iš jo atsiradusiems. Gamtoje uranas yra dviejų izotopų. Tai lengvai neutronų skaldomas uranas 235 ir daug stabilesnis uranas 238. Neutronai įžiebia ir išlaiko urano ugnį atominiame reaktoriuje. Kai lėtai judantis neutronas trenkiasi į urano branduolį, jis jį perskelia, išlaisvindamas daug energijos ir keletą kitų neutronų. Šie skaldo kitus urano branduolius ir taip sukeldami grandininę urano branduolių skaldymo reakciją. Išsiskyrusi šiluminė energija perduodama į reaktoriaus išorę, kaitina vandenį, versdama jį garais, kurie suka elektrą generuojančią turbiną. Bet tą grandininę urano skaldymo reakciją reikia suvaldyti.
Uranas 238 taipogi gali būti suskaldomas, bet tik greitųjų neutronų. Be to, jeigu uranas 238 pagauna neutroną ir neskyla, jis virsta plutoniu 239, kurį neutronai jau lengvai skaldo ir gali sukelti grandininę reakciją. Po maždaug trejeto metų urano 235 darbo šiluminiame reaktoriuje daugiau nei pusę energijos generuoja plutonis.
Šiluminiame reaktoriuje išskiriami neutronai yra greiti, todėl juos reikia sulėtinti, leidžiant sąveikauti jiems su lengvais, pavyzdžiui, vandenilio atomais iš vandens, kuris teka reaktoriaus šerdimi. Iš 440 reaktorių tik du yra ne šiluminiai, kituose vanduo lėtina neutronus ir neša šilumą elektros energijos gamybai. Tai vadinamieji lengvojo vandens reaktoriai.
Nors reaktoriuose naudojamas kuras yra praturtintas uranu 235, daug šio lengvai neutronų skaldomo urano po maždaug trejų metų suskyla. Nepaisant to, išėmus iš reaktoriaus sunaudotą kurą, tik maždaug dvidešimtoji dalis potencialiai skaldomų atomų (urano 235, plutonio 239 ir urano 238) išnaudoja savo energiją, o 95 proc. energijos lieka neišnaudota. Be to, tik dešimtoji dalis iškastos urano rūdos yra paverčiama į kurą praturtinant jį uranu 235. Todėl mažiau nei šimtoji dalis visos urano rūdos energijos panaudojama elektros energijos generavimui šiuolaikinėse atominėse elektrinėse.
Tas reiškia, kad šiuolaikinių atominių reaktorių panaudotas kuras turi potencialias galimybes sukelti branduolinį gaisrą. Kadangi pasaulio urano atsargos yra ribotos ir po kelių dešimtmečių gali pasibaigti, o jų poreikis nuolat auga, neprotinga šį kurą išmesti kaip nereikalingą.
Panaudotą kurą sudaro trys medžiagų rūšys. Tai skilimo produktai, kurių yra apie 5 proc. Tai tikros atliekos – pelenų mišinys su lengvaisiais elementais, atsiradusiais skylant sunkiesiems atomams. Šis mišinys keletą metų yra labai radioaktyvus. Po maždaug dešimtmečio didžiausią radiaciją skleidžia cezis 137 ir stroncis 90. Abu jie tirpūs vandenyje, todėl turi būti labai kruopščiai izoliuoti nuo gruntinio vandens. Tik per tris šimtmečius jų radioaktyvumas sumažėja 1000 kartų ir tampa nepavojingas.
Panaudotame kure uranas sudaro apie 94 proc. – tai nesuskilęs uranas, kuriame urano 235 lieka nedaug daugiau nei gamtinėje rūdoje (0,71 proc.). Didžiausią problemą kelia sunkesni už uraną transuraniniai elementai – plutonio izotopų mišinys su americiu. Nors transuraniniai elementai sudaro tik apie 1 proc. atliekų turinio, jie kelia didžiausią rūpestį. Jų skilimo pusperiodis siekia dešimtis tūkstančių metų. Todėl tokiam laikui atliekas reikia saugiai palaidoti.
Anksčiau buvo tikimasi ištraukti iš panaudoto kuro plutonį ir vėl jį panaudoti greitųjų neutronų reaktoriuose, nes juose sukuriama daugiau plutonio nei jo sunaudojama. Tačiau plutonis yra naudojamas ir atominėms bomboms. Išplitus branduolinėms technologijoms, iškilo atominių ginklų paplitimo grėsmė tarp nepatikimų valstybių ir teroristinių grupių.
Branduoliniams ginklams reikia didelės koncentracijos plutonio 239 izotopo, o reaktoriuose susidaro daug kitų plutonio izotopų, nelabai tinkamų atominėms bomboms. Nepaisant to, nėra neįmanoma iš panaudoto kuro plutonį pritaikyti ginklams. Nors amerikiečiai dar 1977 m. uždraudė iš panaudoto kuro „ištraukti“ plutonį, kaip galimą medžiagą atominėms bomboms, Rusija, Prancūzija, Japonija ir Didžioji Britanija jais nepasekė, todėl plutonis toliau gaminamas.
Greitųjų neutronų reaktoriams nereikia gryno plutonio ir jie panaudoja daugiausia branduolinio kuro energijos. Tokie reaktoriai veikia Prancūzijoje, Japonijoje Rusijoje, Didžiojoje Britanijoje ir JAV. Tokie reaktoriai ištraukia daugiau energijos iš branduolinio kuro nei šiluminiai reaktoriai todėl, kad greitieji neutronai efektyviau skaldo branduolius dėl dviejų priežasčių: pirma, lėti neutronai sugeriami ne skilimo reakcijose ir prarandami; antra, greitieji neutronai patikimiau suskaldo ne tik urano 235 ir plutonio 239, bet ir transuraninių elementų branduolius.
Tačiau greitųjų neutronų reaktoriuose vanduo yra netinamas šiluminės energijos nešėjas, nes jis lėtina neutronus. Reaktoriaus vėsinimui ir šiluminės energijos perdavimui vietoj vandens naudojamas skystas metalinis natris. Jis turi esminių privalumų prieš vandenį. Vandeniu aušinama sistema veikia dideliame slėgyje, todėl mažytis plyšys išmeta daug garų ir greitai sumažina reaktoriaus aušinimą, sukeldamas pavojų. Skystas natris reaktorių aušina atmosferos slėgyje, todėl sumažėja jo nuotėkio tikimybė. Tačiau natris audringai reaguoja su vandeniu, todėl jį reikia laikyti atsargiai. Tačiau natrio gaisrų yra buvę, pavyzdžiui, 1995 m. Japonijoje.
Amerikiečiai yra sukūrę metalinio kuro reaktorių, aušinamą skystu metalu – skystu švinu arba švino ir bismuto tirpalu. Metalinis kuras pažangesnis nei urano oksido. Iš jo panaudoto kuro pirometalurginio proceso metu lengviau ištraukiami transuraniniai elementai. Metalinis kuras chemikalais ištirpinamas vonioje. Tada stipri elektros srovė selektyviai nusodina plutonį ir kitus transuraninius elementus bei uraną ant elektrodo. Skilimo produktai ir dalis urano lieka vonioje ir pašalinami. Jie netinkami ginklų gamybai ir yra mažiau pavojingi.
Šiluminio reaktoriaus 1000 megavatų atominė elektrinė sukuria 100 tonų panaudoto kuro atliekų, tuo tarpu tos pačios galios greitųjų neutronų reaktorius sukuria kiek daugiau nei vieną toną daug mažiau radioaktyvių atliekų. Ši technologija yra ekonomiškai konkurentabili, lyginant su esančiomis technologijomis. Tačiau bet kurio energijos šaltinio ekonomika priklauso ne tik nuo jo tiesioginės kainos, bet ir nuo išorinių išlaidų naudojant tą technologiją. Deginant anglį ar naftą elektros energijos gamybai, visuomenė priima išmetamų atliekų kenksmingumą sveikatai ir aplinkai. Išorinės išlaidos tiesiogiai ar netiesiogiai dotuoja iškastinio kuro naudojimą energijos gamybai per netiesioginius poveikius visuomenei.
Nors Lietuva vis dar planuoja atominės elektrinės statybą, šiluminių atominių reaktorių era eina į pabaigą ir mūsų elektrinė gali tapti viena iš paskutiniųjų tokios rūšies elektrinių. Šiluminiai reaktoriai bus pakeisti greitųjų neutronų reaktoriais. Jeigu taip atsitiks, nereikės daugiau kasti urano rūdos ir sodrinti urano. Ilgainiui pakartotinis panaudoto greitųjų neutronų reaktoriuose atominio kuro perdirbimas bus toks efektyvus, kad dabartinių urano atsargų pakaks visam laikui.
Nepaisant visų atominių elektrinių keliamų pavojų, žiauri tiesa yra tokia: tik branduolinė energija gali patenkinti žmonijos ilgalaikius augančios energijos poreikius saugant aplinką. Lietuva čia neturi didelio pasirinkimo.
Atgal
.jpg)
