Fukušima potvrdila, že jaderné elektrárny jsou bezpečné

Martin Tůma  |  Věda

Problémy v jaderné elektrárně Fukušima rozhodně nesmí být důvodem pro vyškrtnutí atomové energie z energetického mixu. Fukušima přežila o dost větší katastrofu, než na kterou byla připravena.

11. března 2011 v 6.46 SEČ zasáhlo Japonsko zemětřesení o síle 9,0 stupně Richterovy škály doprovázené až deseti metry vysokými vlnami tsunami. Kromě ohromných škod na pobřeží došlo i k vážnému poškození atomové elektrárny Fukušima I. A celý svět nyní upírá svoje zraky na boj, který svádí záchranáři s hrozící nukleární katastrofou.

Země se sice otřásla v Japonsku, ale dopady cítíme až u nás. V Německu na pokyn politiků došlo k odstávce nejstarších atomových reaktorů, což žene ceny energie prudce nahoru. Nehoda ve Fukušimě je navíc vodou na mlýn celé řadě protiatomových sdružení. Média v honbě za sledovaností nás masírují strašlivými zprávami a veřejnost vykupuje jódové tablety.

Jak funguje jaderný reaktor

Neškodí si zopakovat základní fakta, která jsou velmi důležitá pro pochopení toho, co se ve Fukušimě v těchto dnech děje. Tedy především způsob, jak funguje atomový reaktor. Ve své podstatě je to jeden velký kotel, ve kterém se přeměňuje energie uvolněná radioaktivním rozpadem atomových jader paliva na teplo. Teplo ohřívá vodu na páru a ta potom pohání lopatky ohromných turbín, generátorů elektrické energie.

Uvnitř reaktoru jsou čtyři základní komponenty – palivo, moderátor, absorbátor a chladivo. V reaktoru probíhá řízená řetězová štěpná reakce. Řetězová proto, že rozpad jednoho jádra vyprodukuje neutrony, které štěpí další jádra. To nejde bez vhodného paliva. Obvykle to bývá nějaká forma uranu nebo oxidu, která je uložena do pelet, obalených slitinou zirkonia. Ten obal je důležitý, aby produkty jaderného rozpadu nebyly uvolňovány do vnitřku reaktoru, ale zůstaly uvnitř těchto pelet. Pelety jsou sdruženy do palivových kazet, které mají obvykle podobu dlouhých tyčí.

Vlna tsunami naráží drtivou silou na pobřeží Japonska
Vlna tsunami naráží drtivou silou na pobřeží Japonska

Neutrony vylétající z rozpadlých jader jsou však příliš rychlé. Ve vysokých rychlostech do jader pouze narážejí a odrážejí se od nich; pro rozpad jádra je ale nutné, aby byly neutrony zachyceny. Proto je potřeba moderátor, který neutrony zpomalí. Tímto moderátorem obvykle bývá voda, těžká voda nebo grafit (jak tomu bylo v Černobylu). Důležité je vědět, že bez přítomnosti moderátoru dojde k zastavení reakce.

Intenzitu řetězové reakce řídí absorbátorové tyče. Typicky se jedná o sloučeninu bóru, který velmi dobře pohlcuje neutrony. Výše zasunutí tyčí do reaktorů a jejich počet potom ovlivňuje, kolik neutronů se bude uvnitř reaktoru pohybovat. Zvláštním typem absorbátorových tyčí jsou tzv. havarijní tyče, které v případě poruchy zajedou dovnitř a úplně zastaví řetězovou reakci.

Výsledkem řetězové štěpné reakce je kromě jiného vysoká produkce tepla, které musí být z reaktoru odváděno vhodným chlazením. Obvykle se používá voda, ale už se pracuje i se slitinami kovů. Ve Fukušimě jsou provozovány reaktory typu BWR (Boiling Water Reactor – reaktor s varnou nádobou). Chladivem a moderátorem zároveň je zde demineralizovaná voda, která po ohřátí na páru rovnou pohání parní turbínu.

Fukušima I.

Japonsko, přestože jako jediná země pocítila zničující důsledky atomových výbuchů, se atomové energie vůbec nebojí. Svědčí o tom celá řada atomových elektráren, které dodávají 30% energie. Elektrárna poblíž města Fukušima patří mezi nejstarší. Stavět se začala v roce 1966 a první reaktor byl spuštěn v roce 1970. Stavba byla zakončena spuštěním šestého reaktoru v roce 1979 a v příštích letech se plánovalo její rozšíření o další dva reaktory.

Elektrárna Fukušima před ničivým zemetřesením. V popředí jsou patrné ochranné hráze, které tentokrát však nestačily.
Elektrárna Fukušima před ničivým zemetřesením. V popředí jsou patrné ochranné hráze, které však tentokrát nestačily.

Japonsko je země v seizmicky neklidné zóně, proto všechny v něm postavené stavby počítají s tím, že se země může třást. Stejně je tomu i u této elektrárny. Avšak síla zemětřesení značně předčila meze, na které byla elektrárna dimenzována. To se týká i výšky vlny tsunami, která minimálně o metr přesáhla ochranné hráze a zaplavila prostor elektrárny.

Chlazení, chlazení a zase chlazení

Ihned po prvních projevech zemětřesení zajely do všech reaktorů ovládací tyče a došlo k odstávce reaktorů 1, 2 a 3. Reaktory 4, 5 a 6 byly už odstavené dříve kvůli údržbě a výměně paliva. Ale jak již bylo napsáno výše – i odstavené reaktory je třeba chladit. Na chlazení jsou potřeba čerpadla poháněná elektřinou. Při odstávce ale elektrárna žádnou elektrickou energii nevyrábí, takže je odkázána na dodávky zvenčí. Zemětřesení ale zničilo rozvodnou síť. Další zálohou jsou diesel generátory. Jenomže ty poškodila vlna tsunami.

Bez nuceného oběhu se chladící voda uvnitř reaktoru vlivem narůstající teploty ze štěpných reakcí mění na páru. To má za následek nárůst tlaku, který ohrožuje celistvost obálky reaktoru. Proto bylo nutné snižovat tlak uvnitř reaktoru vypouštěním páry do kontejnmentu, ze kterého pak následně byla ventilována přes filtry do budovy. Teplota páry ale byla tak vysoká, že došlo k rozkladu vody na kyslík a vodík. Vodík se zřejmě hromadil v budovách nad reaktory, což vedlo k několika explozím, o nichž média v uplynulých dnech informovala – viz video.

Správné vysvětlení z diskuze pod článkem od Stanislava Mana:

Rozhodně tam nedochází k tepelnému rozkladu vody na směs kyslíku s vodíkem, protože to by tam toho již moc nestálo. Vzniklá směs kyslíku s vodíkem v ideálním poměru by to tam již dávno srovnala se zemí a možná i na pěkný dolík by došlo. Navíc by k explozi mohlo dojít rovnou v systému reaktoru.

Dochází tam k reakci vody s kovy, které tvoří obaly palivových tyčí – hlavně zirkoniem – za vysoké teploty. Zirkonium tvoří oxidy nebo hydroxidy reakcí s vodou za uvolnění vodíku. Takto vzniklý vodík explodoval až jej vypustili mimo reaktor, kde se smísil se vzduchem.

Ve výsledku je jedno, jestli se jedná o přímou reakci vody se zirkoniem nebo nejprve rozklad vody na kyslík a vodík a pak následnou reakci zirkonia s kyslíkem a tím posunutí rovnováhy reakce 2H2O ↔ 2H2 + O2 je ve výsledku naprosto jedno. Za podmínek panujících v reaktorech je rovnováha jednoznačně posunuta ve prospěch vody a bez rozžhaveného kovu (Zr, Fe …) tam bude jen voda. Sice velmi horká, ale pořád jen voda (myslím molekuly H2O a ne skupenství).

Pro chlazení reaktorů se používá demineralizovaná voda, která však není k dispozici. Z toho důvodu se nyní reaktory chladí vodou mořskou. To však znamená jejich neopravitelné poškození.

Bohužel reaktory nejsou jedinou hrozbou. Uvnitř elektrárny je skladováno vysoce radioaktivní vyhořelé palivo. Vyhořelé palivové tyče leží na dně hlubokého bazénu po dobu nezbytnou, než se díky rozpadu jednotlivých izotopů sníží jejich radioaktivita a budou převezeny do jiného úložiště. Problém opět způsobuje teplo ze štěpných reakcí. Po selhání chlazení došlo ke snižování hladiny vody v bazénech u jednotlivých reaktorů. Technici se nyní snaží doplnit chybějící vodu všemi možnými způsoby.

Druhý Černobyl to nebude

Přestože došlo k úniku radioaktivní páry do vzduchu, nejedná se o hodnoty, které by mimo bezpečnostní pásmo mohly ohrozit lidské zdraví. Navíc Japoncům přeje i počasí a většinu těchto par vítr odnáší nad Tichý oceán. Ale vraťme se zpět k tomu, proč se Fukušima nestane druhým Černobylem. Zřejmě nejdůležitější jsou zásadní rozdíly v konstrukci reaktoru. V Černobylu byl moderátorem grafit, který zůstal uvnitř reaktoru i po odpaření chladící vody, čímž udržoval řetězovou reakci v chodu. Po explozi způsobené tlakem páry se významnou měrou podílel na kontaminaci okolí radioaktivitou. Ve Fukušimě je moderátorem voda. Je potřeba podotknout, že černobylský reaktor sloužil pro produkci zbraňového plutonia.

Exploze vodíku v budově elektrárny
Exploze vodíku v budově elektrárny

Konstrukce ale není všechno. Důležitý je i lidský faktor. Obsluha v Černobylu bohužel neznala některé utajované informace o zvláštnostech chování reaktoru při rychlé odstávce a opětovném nahození. Následná snaha vedení Sovětského svazu všechno zamést pod koberec, byla v ostrém kontrastu se sebeobětováním a profesionalitou lidí, podílejících se na likvidaci následků katastrofy. V Japonsku je už od samotného začátku havárie naprosto volný přístup k informacím. Víme o tom co se děje a co se chystají podniknout. I zdejší technici a záchranáři pracují často za hranicí sebeobětování, aby se jim podařilo dostat reaktory a bazény s vyhořelým palivem pod kontrolu.

V pondělí ráno už bylo do elektrárny dovedeno elektrické vedení a začalo chlazení pomocí hlavních agregátů. Podle posledních zpráv se už ve všech bazénech s vyhořelým palivem podařilo srazit teplotu pod 100°C a pokračují opravy a další chlazení reaktorů. Několik techniků bylo vyřazeno ze služby, protože obdrželi dávku záření okolo 100 miliSievertů (pro porovnání – roční dávka u nás je cca 2,5–3 mS/rok a v íránském Ramsaru 400 mS/rok).

Pro představu – Černobyl měl ve špičce 50 Sv, tedy pět set krát vyšší intenzitu.

Sajonara atomová energie?

Fukušima rozhodně nesmí být důvodem pro vyškrtnutí atomové energie z našeho energetického mixu. Elektrárna přežila o dost větší katastrofu, než na kterou byla připravena. To co se děje ve Fukušimě, je naopak šancí, jak zlepšit bezpečnost současných i budoucích elektráren. Říci sajonara energii z jádra znamená říci: „Sajonara, zdravý rozume.“

Nejčtenější