Rozwój energetyki jądrowej w Polsce

W czym elektrownia jądrowa jest lepsza od elektrowni opartych na węglu?

Jako paliwo jądrowe służy wzbogacony do 5% 235U. 1 gram uranu generuję tyle energii co 3 tony węgla. Wsad paliwowy dla typowego reaktora wynosi około 30 ton. Ilość ta wystarczy na rok ciągłej pracy takiego reaktora. Podczas pracy EJ, nie są generowane są żadne produkty uboczne, które trafiają do środowiska – gdzie w przypadku węgla do atmosfery trafia dwutlenek węgla, metale ciężkie etc.

Czy EJ jest niczym bomba z najnowszego filmu „Oppenheimer”, która jest zdolna niszczyć całe miasta?

Odpowiedź na to pytanie jest proste – oczywiście, że nie. Podstawą działania EJ, jak i bomby, jest zjawisko rozszczepienia, gdzie odpowiednio ciężkie jądra atomowe (najczęściej 235U) ulegają rozpadowi na 2 mniejsze jądra. Towarzyszy temu emisja neutronów, promieniowania gamma. Wszystkie cząstki będące produktami rozszczepienia posiadają bardzo duże energie kinetyczne (ok 170 MeV dla fragmentów rozszczepienia). Powstające neutrony oddziaływają z kolejnymi ciężkimi jądrami prowadząc do dalszych rozpadów. W komercyjnych, energetycznych reaktorach jądrowych jako paliwo wykorzystuje się uran, a dokładnie uran wzbogacony do około 5% w izotop 235U (naturalnie występujący uran posiada jedynie 0,7% tego izotopu, pozostałe 99,3% stanowi słabo promieniotwórczy 238U). W przypadku bomby atomowej cały ładunek uranu jest izotopem 235U, a po zainicjowaniu reakcji rozszczepienia nie możemy jej kontrolować. Dzięki odpowiedniej budowie reaktora jądrowego oraz odpowiedniego paliwa jądrowego (patrz 5% 235U) zamkniętego w elementach paliwowych, reakcja rozszczepienia jest całkowicie przez nas kontrolowana. Podczas normalnej pracy reaktora osiąga się tak zwany stan krytyczny, w którym reakcja rozszczepienia samoistnie się podtrzymuje (tzw. współczynnik powielania neutronów kef jest równy 1). W uproszczeniu, aby kontrolować reakcje zachodzącą w reaktorze potrzebna jest kontrola nad powstającymi neutronami. W tym celu używa się materiałów mogących efektywnie pochłaniać neutrony (przykładowo zawierające bor), które umieszczone są prętach kontrolnych*. Wsunięcie takich prętów będzie powodowało absorpcję neutronów- wyhamowanie reakcji rozszczepienia. W reaktorach stosuje się dodatkowe, nadmiarowe pręty bezpieczeństwa, które automatycznie wsuwają się do reaktora, zatrzymując reakcje w razie awarii. Wytwarzana podczas rozpadów energia zamieniana jest na ciepło, które ogrzewa wodę będącą moderatorem i chłodziwem dla reaktora. Woda kierowana jest na wymienniki ciepła, gdzie wytwarzana jest para napędzająca turbinę (analogicznie jak w konwencjonalnych elektrowniach) wytwarzając prąd.

Co z odpadami promieniotwórczymi?

Wypalone paliwo jądrowe podlega procesowi recyklingu, z około 30 ton paliwa jądrowego około 29 ton wykorzystuje się ponownie. Pozostała 1 tona odpadów podlega procesowi witryfikacji (zalewana jest specjalnym szkłem) i zabezpieczana. Obecnie trwają zaawansowane prace na całym świecie w celu utworzenia składowisk dla wysokoaktywnych odpadów promieniotwórczych. Pomimo wszystko szacuje się, że jeśli każdy z nas przez całe swoje życie korzystał tylko z energetyki jądrowej, to ilość odpadów przypadająca na jedną osobę miałaby wielkość jabłka mieszczącego się w dłoni.

Czy elektrownia jądrowa jest bezpieczna?

W nowoczesnych elektrowniach jądrowych istnieje szereg zabezpieczeń uniemożliwiających uszkodzeniu reaktora. Pierwszym z nich są wcześniej wspomniane pręty bezpieczeństwa, w sytuacji zagrożenia opadają one automatycznie do reaktora (w większości konstrukcji system ten działa grawitacyjnie, bez udziału zasilania). Samo paliwo jądrowe umieszczone jest w specjalnych koszulkach cyrkonowych – nie ma fizycznego kontaktu z chłodziwem reaktora. Nowoczesne reaktory zbudowane są w ten sposób, iż wraz ze wzrostem temperatury ich moc ulega zmniejszeniu – chroni to przed awarią układów chłodzenia. Sam reaktor umieszczony jest w specjalnym budynku mogącym wytrzymać bezpośrednie uderzenie samolotu pasażerskiego. Oprócz tego wszystkie systemy bezpieczeństwa, w tym pompy, są zdublowane. Wszystko powyższe oraz kultura bezpieczeństwa pracy takiego reaktora sprawia, iż niemożliwe jest powtórzenie się tragedii z Czarnobyla.

Co zakłada polski programu EJ?

Celem programu jest budowa w Polsce od 6 do 9 GWe zainstalowanej mocy jądrowej w oparciu o sprawdzone, wielkoskalowe, wodne ciśnieniowe reaktory jądrowe (PWR) generacji III i III+. Harmonogram zakłada budowę i oddanie do eksploatacji 2 elektrowni jądrowych po 3 reaktory każda. Prawdopodobnie do budowy zostaną wybrane projekt amerykańskiej firmy Westinghouse (reaktor AP1000) w gminie Choczewo na Pomorzu. W drugiej lokalizacji, Koninie, ma zostać zbudowana elektrownia produkcji koreańskiej APR-1400 (KEPCO). W ostatnim czasie ogłoszono trzecią, dodatkową lokalizację – Bełchatów. Oprócz „klasycznych” reaktorów jądrowych trwają prace nad wprowadzeniem małych reaktorów modułowych (SMR- jest to nowatorska technologia, która nie została jeszcze wprowadzona nigdzie indziej na świecie (technologia SMR posiada certyfikat Komisji Dozoru Jądrowego USA). Grupa ORLEN planuje wdrożenie technologii BWRX-300 opracowanej przez GE Hitachi. BWRX-300 to chłodzony wodą, z obiegiem naturalnym, mały reaktor modułowy (SMR) o mocy 300 MWe. Posiada pasywne systemy bezpieczeństwa, które wykorzystują podstawy konstrukcyjne i licencyjne wcześniejszej konstrukcji GEH – reaktora ESBWR 1520 MWe, który przeszedł proces licencjonowania w Stanach Zjednoczonych.

Modułowe reaktory jądrowe spełniają tak samo restrykcyjne wymagania, jak te stosowane dla dużych elektrowni jądrowych. Planuje się budowę aż 76 SMR-ów w 26 lokalizacjach. Pierwszymi przedstawionymi lokalizacjami są: Włocławek, Ostrołęka, Warszawa, Stawy Monowskie, Kraków-Nowa Huta, Stalowa Wola-Tarnobrzeg, Dąbrowa Górnicza.

Co da nam EJ w Polsce?

Szacuje się, iż prąd generowany przez taką elektrownię może być nawet 4 razy tańszy niż prąd pochodzący z węgla. Posiadanie energetyki jądrowej uniezależni Polskę od importu paliw kopalnych takich jak gaz ziemny. Dodatkowo budowa bloków energetycznych pozwoli na rozwój wysokich technologii oraz kultury bezpieczeństwa.

Czy Politechnika Łódzka bierze udział w programie energetyki jądrowej?

Nasz jednostka, Międzyresortowego Instytutu Techniki Radiacyjnej (MITR) od lat bierze czynny udział w działaniach mających na celu rozwijanie technologii EJ. Instytut współpracuje między innymi z Państwową Agencją Atomistyki (PAA) oraz Międzynarodową Agencją Atomistyki (IAEA) w zakresie monitoringu skażeń promieniotwórczych. Dzięki posiadaniu najaktywniejszych źródeł promieniotwórczych na terenie Polski (komora radiacyjna oraz akcelerator elektronów), prowadzone są prace w zakresie materiałów zabezpieczających odpady promieniotwórcze oraz rozwijane są nowe materiały mające zastosowanie w EJ (np. dozymetry wysokich dawek promieniowania jonizującego). Organizowane są również specjalistyczne szkolenia dla Państwowej Straży Pożarnej z zakresu prac ratowniczych przy skażeniach promieniotwórczych. W odpowiedzi na potrzeby przemysłu od października 2023 zostają uruchomione studia podyplomowe z energetyki jądrowej mające przygotować przyszłe kadry do pracy w tym sektorze.