Πόσο καιρό μπορούν να λειτουργήσουν οι πυρηνικοί αντιδραστήρες χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση;

Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες μπορούν να λειτουργήσουν για μεγάλες χρονικές περιόδους χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση, αλλά δεν έχουν σχεδιαστεί για να το κάνουν. Σε περίπτωση φυσικής καταστροφής ή διακοπής ρεύματος, τα εφεδρικά συστήματα θα ενεργοποιηθούν για να διατηρήσουν τον αντιδραστήρα σταθερό μέχρι να στεγνώσει το καύσιμο. Ωστόσο, εάν διακυβευτεί και η εφεδρική ισχύς, ο αντιδραστήρας θα θερμανθεί τελικά και είτε θα εκραγεί είτε θα λιώσει μέσα από το θάλαμο του αντιδραστήρα.

«Η απελευθερωμένη δύναμη του ατόμου έχει αλλάξει τα πάντα εκτός από τους τρόπους σκέψης μας, και έτσι οδηγούμαστε προς απαράμιλλες καταστροφές.» - Άλμπερτ Αϊνστάιν

Στις 26 Απριλίου 1986, ο κόσμος γνώρισε την πρώτη του μεγάλη πυρηνική καταστροφή. Αυτό δεν ήταν άλλο από την καταστροφή του Τσερνομπίλ στην Ουκρανία. Ήταν τόσο άσχημη η καταστροφή που μισό εκατομμύριο Σοβιετικοί στρατιώτες στάλθηκαν για να βοηθήσουν στη συγκράτηση της ραδιενέργειας. Το Τσερνόμπιλ, προς τιμήν του, δεν ήταν ένας μικρός πυρηνικός σταθμός. Ήταν ένας από τους μεγαλύτερους πυρηνικούς σταθμούς της εποχής του και είχε τους καλύτερους μηχανικούς που εργάζονταν για τη συντήρησή του. Τώρα, με τους ανθρώπους να τρέχουν το Τσέρνομπιλ, η έκρηξη σημειώθηκε ακόμα σε 12 ώρες. Πόσο καιρό θα λειτουργούσε σωστά ένας πυρηνικός αντιδραστήρας προτού να αποτύχει εάν οι άνθρωποι αφαιρούνταν από την εξίσωση;

Λειτουργία πυρηνικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής

Στην εξήγησή μας, θα εξετάσουμε μόνο τη λειτουργία ενός θερμικού πυρηνικού αντιδραστήρα. Οι θερμικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες μπορούν γενικά να ταξινομηθούν σε τρεις κύριες κατηγορίες. Η Δομή Συγκράτησης στεγάζει τον κύριο πυρηνικό αντιδραστήρα και τη γεννήτρια ατμού. Είναι ένα κτίριο που κατασκευάζεται πάντα από οπλισμένο σκυρόδεμα για να διασφαλίζει ότι η ακτινοβολία περιέχεται πάντα εντός της κατασκευής.

Ο Πυρηνικός αντιδραστήρας είναι όπου λαμβάνει χώρα η πυρηνική σχάση. Η πυρηνική σχάση είναι μια χημική διαδικασία κατά την οποία ραδιενεργό υλικό διασπάται χημικά για να παράγει ακραία θερμότητα. Αυτή η θερμότητα που παράγεται στη συνέχεια μεταφέρεται στο νερό, το οποίο κυκλοφορεί μέσα στον πυρηνικό αντιδραστήρα και μεταφέρει θερμότητα στη γεννήτρια ατμού. Παρόλο που το νερό στον πυρηνικό αντιδραστήρα εκτίθεται σε υπερβολική θερμότητα, δεν μετατρέπεται ποτέ σε ατμό. Αυτό συμβαίνει επειδή η πίεση στην οποία διατηρείται το νερό μέσα στον πυρηνικό αντιδραστήρα είναι 160 bar (ατμοσφαιρική πίεση), εμποδίζοντάς το να μετατραπεί σε ατμό.

Η Γεννήτρια ατμού είναι υπεύθυνος για την αφαίρεση της εισερχόμενης θερμότητας από τον πυρηνικό αντιδραστήρα. Η γεννήτρια ατμού περιέχει επίσης νερό, αλλά πρέπει να θυμόμαστε ότι το νερό από τον αντιδραστήρα και το νερό που υπάρχει μέσα στη γεννήτρια ατμού δεν αναμιγνύονται ποτέ. Αυτό συμβαίνει επειδή το νερό από τον πυρηνικό αντιδραστήρα είναι ραδιενεργό και δεν φεύγει ποτέ από τον πυρηνικό αντιδραστήρα. Το νερό στη γεννήτρια ατμού μετατρέπεται σε ατμό, ο οποίος μεταφέρεται στις γεννήτριες.

Οι Ηλεκτρογεννήτριες είναι υπεύθυνοι για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό είναι δυνατό όταν εισέρχεται ατμός από τη γεννήτρια ατμού. Ο ατμός που εισέρχεται στη γεννήτρια εισέρχεται με πολύ υψηλές ταχύτητες. Αυτό βοηθά στην κίνηση της τουρμπίνας της γεννήτριας, η οποία μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια από την τουρμπίνα σε ηλεκτρική. Μόλις ο ατμός περάσει από τον στρόβιλο της γεννήτριας, αποστέλλεται σε έναν συμπυκνωτή.

Ένας Συμπυκνωτής είναι συνήθως ένα σύστημα μεταλλικών σωλήνων που έρχονται σε επαφή με τον ατμό που εξέρχεται από μια γεννήτρια. Καθήκον του είναι να ψύχει τον ατμό, έτσι ώστε να μετατοπίζεται πίσω στο νερό. το κρύο νερό στη συνέχεια αποστέλλεται πίσω στη γεννήτρια ατμού. Αφού κρυώσει ο ατμός, το νερό στον συμπυκνωτή μεταφέρει τη θερμότητα στον πύργο ψύξης. Ένας Πύργος Ψύξης χειρίζεται την ψύξη του εισερχόμενου νερού από τον συμπυκνωτή. Αυτό γίνεται συνήθως με τη βοήθεια μεγάλων μηχανικών ανεμιστήρων που υπάρχουν μέσα στον πύργο. Ωστόσο, ακόμη και με τους ανεμιστήρες, μια ορισμένη ποσότητα νερού θα εξατμιστεί με την πάροδο του χρόνου. Μια άλλη ιδιότητα του πύργου ψύξης είναι να παρέχει συνεχή παροχή φρέσκου νερού, όταν χρειάζεται, από τη δεξαμενή.

Μάθηση από ανθρωπογενή λάθη και φυσικές καταστροφές

Για να κατανοήσουμε το μέγεθος των καταστροφικών επιπτώσεων ενός μη επανδρωμένου πυρηνικού αντιδραστήρα, ας ρίξουμε μια ματιά στην ιστορία. Ας ρίξουμε μια ματιά στα δύο μεγαλύτερα ατυχήματα όλων των εποχών – Τσέρνομπιλ και Φουκουσίμα.

(Φωτογραφία:Garvey STS / Wikimedia Commons)

Η καταστροφή του Τσερνομπίλ διήρκεσε δύο ημέρες από τις 25-26 Απριλίου 1986. Θεωρείται η μεγαλύτερη πυρηνική καταστροφή της πρώην Σοβιετικής Ένωσης. Συνέβη στη μικρή πόλη Pripyat, στη σύγχρονη Ουκρανία. Η καταστροφή συνέβη για δύο βασικούς λόγους. Το πρώτο είναι ότι οι ανώτεροι αξιωματούχοι είχαν δώσει εντολή στους μηχανικούς να απενεργοποιήσουν τα συστήματα ασφαλείας πριν ερευνήσουν μια διακοπή ρεύματος αργά ένα βράδυ. Η δεύτερη αιτία είναι ότι ο πυρήνας του αντιδραστήρα είχε σχεδιαστικά ελαττώματα και ήταν τοποθετημένος σε θέση που δεν συμφωνούσε με τη λίστα ελέγχου ασφαλείας που παρέχεται στους μηχανικούς. Αυτοί οι δύο παράγοντες μαζί οδήγησαν σε ανεξέλεγκτη πυρηνική σχάση, η οποία είχε ως αποτέλεσμα τη θέρμανση του πυρήνα του αντιδραστήρα και την πρόκληση μιας καταστροφικής έκρηξης.

4ο μπλοκ του πυρηνικού σταθμού του Τσερνομπίλ (Πιστωτική φωτογραφία :IAEA Imagebank / Wikimedia Commons)

Η έκρηξη και τα αποτελέσματά της ήταν τόσο θανατηφόρα που η πόλη Πριπιάτ εκκενώθηκε αμέσως. Η ακτινοβολημένη σκόνη από την έκρηξη εξαπλώθηκε μέχρι τη Σουηδία. Για την καταπολέμηση των επιπτώσεων της ραδιενέργειας, η Σοβιετική Ένωση χρειάστηκε να στείλει αμέσως 500.000 εκπαιδευμένους στρατιώτες για να κατασκευάσει έναν τσιμεντένιο θόλο πάχους 200 μέτρων για να αποτρέψει την εξάπλωση της ακτινοβολίας. Αν νομίζετε ότι Τσερνόμπιλ ήταν κακό, ωστόσο, η καταστροφή της Φουκουσίμα έχει όντως λάβει υψηλότερη βαθμολογία επιπτώσεων καταστροφών από την World Nuclear Association.

Ο χάρτης δείχνει τη δόση ακτινοβολίας που θα λάμβαναν οι άνθρωποι τον πρώτο χρόνο μετά την απελευθέρωση ραδιενεργού υλικού από το εργοστάσιο Fukushima Daiichi. Η κατευθυντήρια γραμμή του EPS για τη μετεγκατάσταση είναι πάνω από 2000 mR/έτος (20 mSv/έτος) η περιοχή σημειώνεται με κόκκινο.) (Πιστωτική φωτογραφία :Nuclear Incident Team DoE / Wikimedia Commons)

Η Καταστροφή της Φουκουσίμα Ντάιτσι είναι το πλήρες όνομα της καταστροφής που συνέβη στην ανατολική ακτή της βόρειας Ιαπωνίας, στον νομό Φουκουσίμα. Συνέβη σε διάστημα έξι ημερών από τις 11 έως τις 16 Μαρτίου 2011. Η πρώτη καταστροφή συνέβη στις 11 Μαρτίου, όταν τα ωστικά κύματα από ένα επερχόμενο τσουνάμι προκάλεσαν σεισμό μεγέθους 9. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να αποτύχει η κύρια γραμμή ηλεκτρικής ενέργειας και οι πυρήνες του αντιδραστήρα έκλεισαν αμέσως. Η εφεδρική ηλεκτρική ενέργεια από γεννήτριες μπόρεσε να διατηρήσει το σύστημα ψύξης online.

Οι μηχανικοί είχαν χρόνο να δουλέψουν για να επαναφέρουν την κύρια γραμμή ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο, αυτό που ακολούθησε στις 16 Μαρτίου 2011, ήταν κάτι για το οποίο κανείς δεν είχε προετοιμαστεί. Την ημέρα αυτή, ένα τσουνάμι 41 μέτρων έπεσε σε 3 από τους 4 αντιδραστήρες. Αυτό ξεπέρασε όλες τις εφεδρικές γεννήτριες, οι οποίες διατηρούσαν το σύστημα ψύξης σε λειτουργία και λειτουργία. Χάρη στον καλύτερο σχεδιασμό του πυρήνα του αντιδραστήρα, δεν άνοιξαν, αλλά αυτό είχε ως αποτέλεσμα την τήξη της βάσης του θαλάμου του αντιδραστήρα, εναποθέτοντας έτσι το καύσιμο στο υπόβαθρο αυτής της τοποθεσίας.

Η ΑΠΑΝΤΗΣΗ…..

Τώρα που έχουμε μια σαφέστερη κατανόηση των ανθρωπογενών λαθών και των φυσικών καταστροφών, ας προσπαθήσουμε να κατασκευάσουμε ένα σύγχρονο σενάριο για το τι μπορεί να συμβεί στους πυρηνικούς αντιδραστήρες χωρίς ανθρώπινη παρουσία στη σύγχρονη εποχή.

Τα σημερινά συστήματα ελέγχου τελευταίας τεχνολογίας διασφαλίζουν ότι το ανθρώπινο λάθος περιορίζεται στο ελάχιστο. Ακόμη και χωρίς ανθρώπους, οι πυρηνικοί σταθμοί έχουν αυτοματοποιημένα πρωτόκολλα όπως SCRAM, που μπορεί να κλείσει εντελώς τον αντιδραστήρα. Τα συστήματα ελέγχου είναι ενημερωμένα σε σημείο που, εφόσον υπάρχει κύρια και εφεδρική ισχύς, θα διατηρεί τον αντιδραστήρα σε σταθερή κατάσταση μέχρι να στεγνώσει το καύσιμο.

Ωστόσο, σε περίπτωση φυσικών καταστροφών, το πρώτο πράγμα που θα συνέβαινε είναι να κλείσει η κύρια γραμμή ηλεκτροδότησης. Εάν η εφεδρική πηγή τροφοδοσίας δεν διακυβεύεται, τότε θα ενεργοποιηθεί μόλις αποτύχει η κύρια γραμμή. Το σύστημα ψύξης παραμένει συνδεδεμένο ακόμα και αν η κύρια γραμμή ρεύματος αποτύχει, λόγω της βοήθειας του εφεδρικού. Είτε η εφεδρική ισχύς εξαντλείται είτε η εφεδρική ισχύς είναι επίσης σε κίνδυνο (όπως στην περίπτωση της Fukushima ) λόγω σοβαρής φυσικής καταστροφής. Αυτό θα οδηγήσει σε θέρμανση του πυρήνα του αντιδραστήρα, οπότε συμβαίνουν δύο πιθανές καταστάσεις. Είτε ο σχεδιασμός του αντιδραστήρα είναι αδύναμος, γεγονός που οδηγεί σε έκρηξη, όπως αυτό που συνέβη στο Τσερνόμπιλ, ή το καύσιμο καίγεται μέσω του αντιδραστήρα και διεισδύει στο βράχο.

Ο χρόνος που θα διαρκούσε ένας μη επανδρωμένος πυρηνικός αντιδραστήρας με βάση τα παραπάνω σενάρια θα ήταν μια εβδομάδα. Αυτό το χρονικό πλαίσιο έχει ολοκληρωθεί μετά τη μελέτη του χρονοδιαγράμματος της αποτυχίας της Fukushima και Τσερνόμπιλ .

(Φωτογραφία:Pixabay /Υπουργείο Ενέργειας ΗΠΑ / Wikimedia Commons)

ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΤΙΚΟ ΓΕΓΟΝΟΣ:Διαβάστε για το πόδι του ελέφαντα, το κοίτασμα πυρηνικού καυσίμου στο κάτω μέρος του εργοστασίου του Τσερνομπίλ!