Bezpieczeństwo jądrowe – jak to się zaczęło?
W tym module przedstawimy niektóre urządzenia zapewniające bezpieczeństwo w elektrowniach jądrowych oraz opiszemy zasady ich działania. Wyjaśnimy, na czym polegają międzynarodowe ustalenia dotyczące definicji terminów „awaria” czy „incydent” w obiektach nuklearnych. Przyjęta terminologia, dotycząca zdarzeń w obiektach nuklearnych, różni się znacznie od potocznego rozumienia takich słów jak „incydent” czy „awaria”. Nie każde bowiem zdarzenie, określone jako „awaria” obiektu jądrowego, jest tak niebezpieczne, jak sugeruje to potoczne rozumienie słowa awaria. Poza tym przekonamy się, że elektrownia jądrowa to nie tylko ogromna ilość maszyn, ale również miejsce, w którym pracują ludzie. Badania nad ryzykiem występującym w elektrowniach jądrowych (mające na celu obniżenie zagrożenia występowania awarii) uwzględniają nie tylko stan techniczny obiektów, ale również „czynnik ludzki”, skupiając się na analizie przebiegu procesów i struktur decyzyjnych.
Jak to się zaczęło?
W listopadzie 1942 roku grupa naukowców kierowana przez Enrico Fermiego rozpoczęła budowę pierwszego na świecie reaktora jądrowego, który stał się znany jako Chicago Pile-1 (na rysunku poniżej). Stos atomowy, jak wówczas nazywano pierwszy reaktor, został wzniesiony na podłodze kortu do squasha pod stadionem lekkoatletycznym Uniwersytetu Chicago. Ten pierwszy stos atomowy zawierał 45 000 bloków ultra czystego grafitu o wadze 330 ton, w którym paliwem jądrowym było 4,9 ton metalicznego uranu i 41 ton tlenku uranu. W przeciwieństwie do większości kolejnych reaktorów jądrowych, Chicago-Pile-1 nie posiadał systemu ochrony przed promieniowaniem ani systemu chłodzenia, ponieważ miał bardzo małą moc – około pół wata.
Jednak już wtedy zdawano sobie sprawę z potencjalnego zagrożenia, którego źródłem może być niekontrolowana reakcja łańcuchowa rozszczepienia. Dlatego pierwszy reaktor Chicago Pile 1 został wyposażony w podstawowe systemy bezpieczeństwa. A były nimi:
- pręty bezpieczeństwa zbudowane z kadmu (jeden z prętów zawieszony był na linie i wpadał do stosu po przecięciu jej toporkiem) oraz
- wiadra wypełnione siarczanem kadmu, który jest bardzo dobrym absorberem neutronów. Wiadra znajdowały się na szczycie stosu i w razie potrzeby można je było opróżnić.
Obydwa systemy bezpieczeństwa obsługiwane były przez współpracowników Enrico Fermiego. Samuel Allison odpowiadał za wiadro z kadmem, George Weil miał za zadanie wsunąć pręt bezpieczeństwa znajdujący się bocznej ścianie w chwili wystąpienia awarii, a Norman Hilberry przeciąć linę toporkiem, aby pręt bezpieczeństwa, wiszący nad stosem atomowym, wpadł do środka. Warto wiedzieć, że od człowieka z toporkiem wzięło się pojęcie SCRAM, które oznacza procedurę wygaszenia łańcuchowej reakcji rozszczepienia w reaktorze jądrowym, polegającą na wsunięciu do rdzenia reaktora wszystkich prętów kontrolnych i awaryjnych. SCRAM to akronim od Safety Control Rod Ax Man (ang. ax – topór).
Dziś już nikt nie stoi nad reaktorem z wiadrami wypełnionymi kadmem, ani nie przecina lin toporem, aby pręty bezpieczeństwa mogły wpaść do jego rdzenia. Systemy i filozofia bezpieczeństwa reaktorów jądrowych jest bardzo wyrafinowana i zaawansowana, o czym opowiemy w kolejnych rozdziałach.