Co robić, jeśli mimo wszystko awaria się wydarzy?
Nawet gdy elektrownia jądrowa jest tak zaprojektowana, że powinna pracować bezawaryjnie dziesiątki lat, to nie da się całkowicie wyeliminować prawdopodobieństwa zaistnienia awarii. Dlatego elektrownia jądrowa jest zbudowana na zasadzie rosyjskiej matrioszki: Pomiędzy kolejnymi osłonami znajdują się strefy podciśnienia i śluzy ciśnieniowe. W razie awarii ciepło jest odprowadzane przez awaryjny system chłodzenia, a promieniowanie jonizujące jest bezpiecznie „zamknięte”.
Zasada „rosyjskiej matrioszki”
Paliwo jądrowe jest, tak jak w matrioszce, zamknięte w elektrowni jądrowej w wielu osłonach. Tej najbardziej wewnętrznej nie widać na pierwszy rzut oka. To siatka krystaliczna ceramicznych pastylek paliwa jądrowego (UO2) w prętach paliwowych, która wspólnie z koszulką paliwową (rurką wykonaną ze stopu cyrkonu, w której umieszczone są pastylki paliwowe) zatrzymuje 95-98% fragmentów rozszczepienia. Pręty paliwowe są poza tym gazoszczelne, tak więc radioaktywne gazowe fragmenty rozszczepienia (do 5%), które powstają bezpośrednio w reakcji rozszczepienia, nie zostają wypuszczone z elementu paliwowego.
Pręty paliwowe znajdują się w wodzie, która praktycznie w całości pochłania promieniowanie alfa i beta. Wszystko to otacza zbiornik ciśnieniowy reaktora – kolos z kilku setek ton stali, który nie przepuszcza nawet stutysięcznej części powstającego wewnątrz promieniowania gamma. W reaktorze ciśnieniowym wodnym grubość ścian tego pojemnika może wynosić 25 centymetrów, a ciężar własny (pustego zbiornika) 520 ton.
Zbiornika ciśnieniowy reaktora znajduje się w betonowym szybie, otoczonym następnie wraz obiegiem chłodzącym stalowym zbiornikiem pierwotnej obudowy bezpieczeństwa – a nad tym wszystkim wznosi się cylindryczny lub kulisty budynek wtórnej obudowy bezpieczeństwa wykonany ze zbrojonego betonu metrowej grubości dla ochrony przed wpływem czynników zewnętrznych.
Śluzy ciśnieniowe i podciśnienie
Znamy to na pewno z filmów science-fiction: W zewnętrznej powłoce statku kosmicznego otwierają się drzwi, astronauta przedostaje się do małego pomieszczenia, drzwi się zamykają i słychać syczenie. Po chwili otwierają się inne drzwi i astronauta dostaje się do wnętrza statku kosmicznego. Taka jest zasada działania śluzy ciśnieniowej: ciśnienie powietrza we wnętrzu statku pozostaje nienaruszone i powietrze nie uchodzi, gdy astronauta dostaje się do środka.
Podobnie rzecz ma się w elektrowni jądrowej, na przykład przy przejściu do obudowy bezpieczeństwa (jednakże przy innym układzie ciśnień; w tym przypadku ciśnienie wewnętrzne jest niższe niż zewnętrzne) – ponieważ gazy z wnętrza obudowy bezpieczeństwa nie powinny nawet w przypadku wchodzenia do niej, przenikać na zewnątrz. Tworzące się w elektrowni jądrowej radioaktywne gazy filtruje się przez filtry węglowe. Przepływają one przez nie tak długo, póki większość gazowych izotopów radioaktywnych nie ulegnie rozpadowi.
Śluza ciśnieniowa gwarantuje również, że różnica ciśnień pomiędzy częściami wewnętrzną i zewnętrzną, zostanie zachowana: mamy tu system zachowania ciśnienia.
Awaryjny system chłodzenia
Przerwanie jednego z obiegów chłodzenia we wnętrzu obudowy bezpieczeństwa, to w przypadku reaktora lekkowodnego poważny incydent. Woda i para wydostają się wówczas z miejsca pęknięcia i gromadzą się w obudowie bezpieczeństwa. Pręty sterujące i pręty bezpieczeństwa są natychmiast opuszczane do reaktora, by zatrzymać reakcję łańcuchową. Jednocześnie blokowane są kanały odprowadzające parę.
W reaktorach ciśnieniowych stosowana jest obudowa bezpieczeństwa przystosowana do wysokich ciśnień. Stawia ona opór ciśnieniu, które powstałoby przy gwałtownym parowaniu czynnika chłodzącego. Aby mimo wszystko obniżyć ciśnienie w obudowie bezpieczeństwa, instaluje się w niej zraszacze, z których rozpryskiwana jest woda, co powoduje skraplanie pary i zmniejszenie ciśnienia. Skroplona woda spływa do studzienki na dole obudowy bezpieczeństwa, następnie jest schładzana przez specjalny układ chłodzący po czym ponownie wykorzystywana w zraszaczach. Natomiast w reaktorach z wrzącą wodą stosuje się obudowy bezpieczeństwa z systemem obniżania ciśnienia, gdzie para wodna ulega kondensacji w specjalnym basenie wodnym i w ten sposób ciśnienie ulega obniżeniu.
Dla odprowadzenia ciepła powstającego w rdzeniu, system bezpieczeństwa reaktora przewiduje co najmniej cztery rodzaje awaryjnych systemów chłodzenia. Zasadniczo spełniają one trzy zasady:
- zapasy wody są wystarczające zarówno w obrębie, jak i poza obudową bezpieczeństwa. Przy pomocy rurociągów, pomp i zaworów jest ona wpompowywana do zbiornika ciśnieniowego reaktora;
- woda, która wydostaje się z miejsca rozerwania i dociera do tzw. studzienki odprowadzającej obudowy bezpieczeństwa, jest pompowana z powrotem do zbiornika ciśnieniowego reaktora albo jednego z zbiorników rezerwowych wody. Tak powstają obiegi awaryjne;
- ponadto zainstalowane są też wymienniki ciepła, których zadaniem jest odprowadzanie do otoczenia ciepła powyłączeniowego (czyli pochodzącego z rozpadu promieniotwórczego produktów rozszczepienia) z wyłączonego reaktora.