Περιβάλλον: Ο πυρηνικός αντιδραστήρας δεν είναι πυρηνική βόμβα!

[ Κώστας Κάππας / Ελλάδα / 06.11.18 ]

 

Είναι εντελώς αδύνατον από πλευράς Φυσικής Επιστήμης να εκραγεί ο αντιδραστήρας ενός πυρηνικού εργοστασίου, όπως μία πυρηνική βόμβα.

Πώς εμποδίζεται η διαρροή ραδιενέργειας από τον πυρηνικό αντιδραστήρα στο περιβάλλον;

Η κύρια μέθοδος ασφαλείας και προστασίας του εξωτερικού περιβάλλοντος, από κάθε ραδιενεργό υλικό το οποίο θα μπορούσε να διαφύγει από τον αντιδραστήρα, είναι η παρεμβολή διαδοχικών θωράκων. Αυτοί οι θώρακες είναι συνήθως τρεις (στους σύγχρονους αντιδραστήρες “PHENIX” τέσσερις):

  • Ο μεταλλικός θώρακας, ο οποίος περιέχει το πυρηνικό καύσιμο.
  • Το κέλυφος και το σύνολο των κυκλωμάτων, τα οποία εξασφαλίζουν την ψύξη του αντιδραστήρα.
  • Το εξωτερικό περίβλημα, διπλού τοιχώματος.
  • Ο εξωτερικός θώρακας ασφαλείας (για τον τύπο PHENIX).

Όλα αυτά τα συστήματα συμπληρώνονται από δεκάδες άλλα τα οποία μετρούν, διορθώνουν ή ενεργοποιούν τον συναγερμό, για κάθε είδους ανωμαλία η οποία πιθανώς να παρουσιαστεί.

Τι είναι και πως συμβαίνει το “υπερβολικό ατύχημα” στον πυρηνικό αντιδραστήρα;

Στο “υπερβολικό ατύχημα” ισχύουν οι πλέον ακραίες συνθήκες. Για τους PHENIX και SUPER-PHENIX προϋποθέτει ότι ταυτόχρονα:

  • Ακινητοποιούνται όλες οι αντλίες, οι οποίες εξασφαλίζουν την κυκλοφορία του ψυκτικού υγρού το οποίο απάγει την θερμότητα από τον αντιδραστήρα (αυτές οι αντλίες διαθέτουν πολλά ανεξάρτητα ηλεκτρικά κυκλώματα και επιπλέον βοηθητικά μηχανικά μοτέρ).
  • Αχρηστεύονται εντελώς, όλοι οι προστατευτικοί θώρακες (η μερική λειτουργία έστω και ενός, μειώνει την δραστηριότητά του αντιδραστήρα σε πολύ χαμηλά επίπεδα).

Σε αυτό το σενάριο, λόγω της αστοχίας των συστημάτων ασφαλείας και ελέγχου, ο πυρήνας παύει να ελέγχεται κατάλληλα και υπερθερμαίνεται. Η ατυχηματική υπερθέρμανση της “καρδιάς” του αντιδραστήρα οδηγεί σε “nuclear meltdown” δηλαδή στην προοδευτική τήξη και μίξη των υλικών του πυρήνα. Αυτά είναι, το καύσιμο του αντιδραστήρα (περιέχει Ουράνιο, Πλουτώνιο και υψηλής ενεργότητος προϊόντα σχάσης), το επιβραδυντικό υλικό, οι ράβδοι ελέγχου και τα χαλύβδινα τοιχώματα τα οποία περιβάλλουν τον πυρήνα.

 [Υπενθυμίζεται ότι, ο αντιδραστήρας διαθέτει ειδικές ράβδους ελέγχου οι οποίες βυθίζονται σε διάφορα βάθη στο πυρηνικό υλικό, επιτρέποντας την σταθεροποίηση της αντίδρασης, ώστε να μην διακοπεί αλλά ούτε και να προχωρήσει με ανεξέλεγκτο τρόπο].

Εάν η τήξη του πυρήνα είναι ολοκληρωτική, το πυρωμένο (περίπου 2700 οC) παχύρευστο μέταλλο των ράβδων ελέγχου (μαζί με το τηγμένο καύσιμο) εισχωρεί στο έδαφος, κάτω από τον αντιδραστήρα, σε βάθος αρκετών μέτρων. Εκεί αντιδρά με τα υπόγεια ύδατα, εκτοξεύοντας ραδιενεργούς ατμούς και θραύσματα.

Η τήξη του πυρήνα θεωρείται ως σοβαρό πυρηνικό ατύχημα, λόγω της πιθανότητας καταστροφής της θωράκισης του θαλάμου του αντιδραστήρα και της ενδεχόμενης απελευθέρωσης στο περιβάλλον των ατμών, αναμεμιγμένων με υψηλής ενεργότητος προϊόντα σχάσης και θραύσματα.

Οι “ράβδοι ελέγχου” δεν προλαμβάνουν έγκαιρα την τήξη του πυρήνα;

Γενικώς, η πυρηνική τήξη και μίξη ραδιενεργών υλικών και μετάλλων, συμβαίνει όταν ο αντιδραστήρας απολέσει το σύστημα ψύξης του. Συχνά τίθεται το ερώτημα: “Σε περίπτωση σοβαρής βλάβης του συστήματος ψύξης όπου η πυρηνική αντίδραση παραμένει ενεργή και η θερμοκρασία ανέρχεται, γιατί δεν βυθίζονται οι ράβδοι ελέγχου εντελώς μέσα στον πυρήνα ώστε να σταματήσει η λειτουργία του αντιδραστήρα και να προβλεφθεί το φαινόμενο meltdown;”

Ναι, αυτή είναι η πρώτη αντίδραση του επικεφαλής υπευθύνου του αντιδραστήρα. Από ένα σημείο και μετά όμως, δεν υπάρχει επιστροφή. Έστω και εάν βυθιστούν πλήρως οι ράβδοι ελέγχου και διακοπεί η αντίδραση, ο πυρήνας είναι υπέρθερμος και μόνο η επαναλειτουργία του συστήματος ψύξης επαναφέρει την ισορροπία. Εάν αυτό δεν επιτευχθεί, η υπάρχουσα θερμότητα και η συνεχώς προστιθέμενη θερμότητα η οποία παράγεται από τα ραδιενεργά προϊόντα σχάσης, συνεχώς ανεβάζουν την θερμοκρασία και η καταστροφή είναι πλέον αναπόφευκτη.

Σε τι διαφέρει το πυρηνικό καύσιμο από την πυρηνική βόμβα;

Οποιοδήποτε ατύχημα, τεχνική αστοχία ή δολιοφθορά σημειωθεί στον πυρηνικό αντιδραστήρα, δεν μπορεί να προκαλέσει πυρηνική έκρηξη όπως μία πυρηνική βόμβα. Μόνο τήξη του πυρήνα. Οι λόγοι είναι σαφείς:

  1. Για να παραχθεί και να συντηρηθεί η απαραίτητη αλυσιδωτή αντίδραση, ώστε να δράσει ως πυρηνική βόμβα (εξαΰλωση και μετατροπή της μάζας του καυσίμου της βόμβας σε τεράστια ποσότητα ενέργειας, σύμφωνα με τον Einstein), η μάζα του καυσίμου Ουρανίου θα πρέπει να είναι εμπλουτισμένη με σχάσιμο υλικό Ουράνιο U-235 άνω του 90%. Αυτός ο εμπλουτισμός είναι τεράστιος, σε σχέση με το 3% κατά μέγιστο, το οποίο είναι παρόν σε έναν κοινό βιομηχανικό πυρηνικό αντιδραστήρα.
  2. “Αυτοσταθεροποίηση του πυρηνικού αντιδραστήρα”. Σε περίπτωση κατά την οποία μια τεχνική βλάβη απορυθμίσει την αλυσιδωτή αντίδραση και αρχίσει αυτή να επιταχύνεται, μια σειρά από φυσικοί παράγοντες επιδρούν αυτόματα και την επαναφέρουν στα φυσιολογικά επίπεδα: α) η θερμότητα η οποία απελευθερώνεται σε όλο και μεγαλύτερες ποσότητες, προκαλεί διαστολή της μάζας του καυσίμου, μειώνοντας τις συγκρούσεις βλημάτων (νετρονίων) και πυρήνων, β) η σχετική απομάκρυνση των ίδιων των συστατικών του πυρηνικού καυσίμου μεταξύ τους, προκαλεί το ίδιο φαινόμενο, γ) αυξάνεται ο αριθμός των νετρονίων ο οποίος συλλαμβάνεται από το φυσικό Ουράνιο το οποίο υπάρχει στο καύσιμο, χωρίς να προκαλέσουν διάσπαση των πυρήνων.

Συνοπτικά, σε κάθε πυρηνικό αντιδραστήρα, κάθε αντίδραση μη-ελεγχόμενη διακόπτεται μόνη της, καταστρέφοντας τις ίδιες τις συνθήκες ύπαρξής της, συνέπεια των αναπόφευκτων νόμων της Φυσικής.

Ως τώρα, στους εκατοντάδες πυρηνικούς σταθμούς οι οποίοι είναι διεσπαρμένοι σε πολλές χώρες, υπήρξαν ατυχήματα γενικής φύσης (εξόρυξη, μεταφορά, κατασκευές) αλλά κανένα μαζικό θανατηφόρο ατύχημα (εκτός του Chernobyl) το οποίο να μπορεί να αποδοθεί άμεσα στην πυρηνική ενέργεια. Το αποτέλεσμα αυτό έχει την εξήγησή του στο γεγονός ότι, η πυρηνική ενέργεια είναι η μόνη η οποία διέπεται από αυστηρούς κανόνες ασφαλείας σε όλα τα στάδια παραγωγής και εκμετάλλευσής της.

Η ασφάλεια του πυρηνικού αντιδραστήρα και τα ατυχήματα τα οποία έχουν συμβεί θα σχολιαστούν στο επόμενο σημείωμα.