Już wkrótce będziemy obchodzić 40. rocznicę wypadku w elektrowni atomowej w Czarnobylu. Przy tej okazji ponownie na pierwszy plan wysuną się dwie wizje rozwoju światowej energetyki: wizja bez energii jądrowej oraz wizja, w której energia ta jest niezbędna do zapobieżenia kryzysowi energetycznemu. Kto ma rację?

Paliwo jądrowe w postaci wzbogaconego uranu jest tanie i może być importowane z różnych źródeł na całym świecie. Energia jądrowa jest przyjazna dla środowiska, ponieważ nie wytwarza pyłu ani szkodliwych gazów, a ilości materiałów promieniotwórczych uwalnianych podczas pracy reaktora są niewielkie w porównaniu z ilościami naturalnych pierwiastków promieniotwórczych rozproszonych w naszym środowisku. Z drugiej strony, budowa elektrowni jądrowych jest inwestycją stosunkowo kosztowną i długotrwałą, a inwestor musi liczyć się z ryzykiem, że sprzeciw społeczny może doprowadzić do przerwania budowy lub nawet rezygnacji z użytkowania gotowej elektrowni, do czego doszło, na przykład, w Austrii.

Najważniejszym problemem energetyki jądrowej jest akceptacja społeczna. Wiąże się to z dodatkowymi kosztami i przedłużającą się budową elektrowni, co jeszcze bardziej ją podraża. W krajach takich jak Francja, gdzie energia jądrowa jest powszechnie akceptowana, elektrownie jądrowe budowane są szybko, co czyni je konkurencyjnymi w stosunku do innych typów elektrowni.

Obecnie energia jądrowa dostarcza około 6 proc. globalnego zapotrzebowania na energię ogółem i 17 proc. zapotrzebowania na energię elektryczną. Najwięcej reaktorów działa w USA: ponad 100. Drugie miejsce zajmuje Francja z 56 reaktorami.

Najpopularniejszymi reaktorami energetycznymi są reaktory PWR (Pressurized Water Reactor), w których woda pod ciśnieniem działa jako spowalniacz neutronów i chłodziwo w obwodzie pierwotnym. Reaktorami tego typu są również zaprojektowane jeszcze w ZSRR reaktory WWER (Wodno-Wodiannoj Energeticzeskij Reactor). Ich parametry są bardzo zbliżone do parametrów reaktorów we Francji i USA. Obok reaktorów PWR, które odpowiadają za 60 proc. światowego sektora energetycznego, reaktory BWR (Boiling Water Reactor) są drugim najczęściej spotykanym typem reaktorów energetycznych. Ich udział wynosi 24 proc.

Do dziś wielu działaczy na rzecz ochrony środowiska myli reaktory wodne ciśnieniowe WWER z reaktorami grafitowymi RBMK (Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj Reactor), również zbudowanymi w byłym ZSRR, które, jak pokazała katastrofa w Czarnobylu, są reaktorami niebezpiecznymi. Reaktory tego typu nie były instalowane nigdzie poza byłym ZSRR, ponieważ nie spełniają wymogów bezpieczeństwa wymaganych w innych krajach.

Bomby atomowe, które zniszczyły Hiroszimę i Nagasaki, próbne detonacje bomb atomowych i wodorowych oraz miejsca prób jądrowych są kojarzone przez ludzi z energią jądrową. Bardzo trudno jest z tym polemizować. Niewiele osób zna różnicę między paliwem jądrowym z reaktorów energetycznych, wzbogaconym w rozszczepialny uran-235 rzędu kilku procent, a materiałem bomby jądrowej, wzbogaconym w ponad 90 procentach. Dlatego paliwo reaktora nie może eksplodować jak bomba. W reaktorze energetycznym wybuch jądrowy nie nastąpi. Reakcja łańcuchowa rozszczepienia nie może rozwinąć się tak szybko, jak w bombie atomowej. Powodem jest niskie wzbogacenie paliwa jądrowego w rozszczepialny 235U. W przypadku uranu naturalnego jest to 0,7 proc., w przypadku paliwa reaktora rzadko przekracza 4 proc., zaś w przypadku bomby atomowej nawet grubo ponad 90 proc. Żadna zmiana konfiguracji elementów paliwowych w reaktorze, żadna akcja terrorystyczna ani katastrofa niszcząca budynek reaktora nie może spowodować wybuchu jądrowego. To po prostu kłóci się z prawami fizyki.

Zdarzają się jednak awarie reaktorów energetycznych, z których najpoważniejsze to uszkodzenia rdzenia reaktora mogące prowadzić do uwolnienia materiałów radioaktywnych do środowiska. Tylko trzy awarie w elektrowniach jądrowych spowodowały zniszczenie rdzenia reaktora. Stało się to w 1979 r. w elektrowni Three Mile Island w Pensylwanii, w 1986 r. w Czarnobylu oraz w 2011 r. w japońskiej Fukushimie. Porównanie dwóch pierwszych awarii pokazuje, jak bezpieczna jest energetyka jądrowa oparta na reaktorach PWR. Chociaż rdzeń reaktora stopił się w obu przypadkach z powodu uszkodzenia pierwotnego obwodu chłodzącego, reaktor PWR Three Mile Island został zniszczony, ale wypadek nie zagroził miejscowej ludności. Trzech operatorów otrzymało dawki w zakresie 31?38 mSv (milisiwertów), a 12 pracowników otrzymało dawki podwyższone, ale nieprzekraczające 10 mSv. Zupełnie inaczej wyglądała awaria grafitowego reaktora RBMK w Czarnobylu. Pożar 1500 ton grafitu i eksplozja (ale nie jądrowa!) doprowadziły do uwolnienia substancji radioaktywnych do atmosfery. Dlatego technologia reaktorów PWR jest uważana za jedno z najbardziej niezawodnych rozwiązań przemysłowych na świecie, a wyposażone w nią elektrownie należą dziś do najbezpieczniejszych systemów technicznych.

Katastrofa w Fukushimie dotyczyła reaktorów BWR. Trzeba jednak pamiętać, że przyczyną było niezwykle silne tsunami wywołane trzęsieniem ziemi. Woda zalała podstawy budynków, powodując awarię zasilania, co doprowadziło do wzrostu temperatury i ciśnienia w reaktorach. W rezultacie w trzech reaktorach (na sześć, z jakich składała się elektrownia) doszło do stopienia rdzeni.

Normalnie działająca elektrownia jądrowa nie wytwarza popiołów czy pyłu ani gazów spalinowych. Co więcej, emituje do środowiska mniejsze ilości substancji radioaktywnych niż elektrownia węglowa; głównie w postaci niereaktywnych chemicznie gazów szlachetnych kryptonu i ksenonu. Jak każda elektrownia, produkuje nie tylko energię elektryczną, ale także ciepło odpadowe. To czysta energia, prawie całkowicie nieszkodliwa dla środowiska.

Przykład Francji wyraźnie pokazuje, że rozwój energetyki jądrowej jest przyjazny dla środowiska. Wzrostowi produkcji energii elektrycznej towarzyszy związany z tym spadek emisji dwutlenku siarki. Zagrożenie radiologiczne związane z emisją substancji promieniotwórczych do atmosfery, z którego to argumentu często korzystają przeciwnicy energetyki jądrowej, jest mocno przesadzone.

Głównym problemem podnoszonym przez opinię publiczną jest składowanie i utylizacja odpadów promieniotwórczych. Prawda jest, że wszelkie odpady towarzyszące produkcji przemysłowej stają się zmorą ludzkości. W Polsce rocznie powstaje ponad 130 mln ton zanieczyszczających środowisko stałych odpadów przemysłowych oraz ponad 1,9 mld ton odpadów. Zawierają wiele toksycznych chemikaliów i metali ciężkich. Zanieczyszczenia wypłukiwane przez deszcz przedostają się do wód powierzchniowych i gruntowych, niszcząc środowisko oraz zagrażając zdrowiu i życiu ludzi. Większość tych odpadów nie jest przetwarzana. Na tym tle odpady promieniotwórcze, zestalone w betonie lub bitumie (asfalcie) i zamknięte w metalowych beczkach, stanowią niewielkie zagrożenie.

Wiele osób uważa, że energia jądrowa wprowadza do środowiska szczególnie niebezpieczne, nieznane wcześniej substancje promieniotwórcze. To nieporozumienie. Zakres dawek promieniowania jonizującego, jakie ludzie otrzymują z naturalnych źródeł promieniotwórczych, jest bardzo szeroki. Na terenach o podłożu granitowym, na przykład w Skandynawii, roczne dawki są wielokrotnie wyższe niż w innych częściach Europy. W stanach Kerala i Madras w Indiach dawki są kilkadziesiąt razy większe niż gdzie indziej, ze względu na skałę monacytową. W skorupie ziemskiej znajduje się 61 naturalnych radionuklidów, a ponad 20 innych jest wytwarzanych przez promieniowanie kosmiczne. W organizmie każdego człowieka znajduje się radioaktywny potas o aktywności około 3500 Bq (bekereli), co oznacza, że w ciągu sekundy w organizmie człowieka następuje 3500 rozpadów izotopu potasu. Pojawia się coraz więcej doniesień naukowych prowadzących do wniosku, że małe dawki promieniowania jonizującego nie tylko nie są szkodliwe, ale wręcz korzystne dla organizmu. Jest to zjawisko zwane hormezą radiacyjną.

Wypalone paliwo jądrowe jest składowane w basenach na terenie elektrowni przez około 10 lat. W tym czasie aktywność produktów rozszczepienia i ilość wydzielanego ciepła gwałtownie spadają. Zużyte paliwo można następnie przetwarzać w celu odzyskania pozostałego uranu i plutonu. Obecnie, przy niskich cenach uranu i dużych zapasach broni jądrowej, taka przeróbka jest nieopłacalna, dlatego paliwo jest przechowywane w stanie suchym, aby uniknąć korozji, i czeka na ewentualny rozwój sytuacji na rynku paliw jądrowych. Do tej pory tylko Szwecja, Kanada i Szwajcaria podjęły decyzje w sprawie ostatecznego przetwarzania wypalonego paliwa jądrowego. Najlepszą ochroną wysoce aktywnych produktów rozszczepienia jest ich zeszklenie i umieszczenie w pojemnikach wykonanych z chemicznie niewrażliwych materiałów, które z kolei są przechowywane na dużych głębokościach pod ziemią lub w górach, otoczone warstwą wodoodpornej gliny. Takie postępowanie zmniejsza prawdopodobieństwo przedostania się substancji radioaktywnych do biosfery praktycznie do zera.

Warto pamiętać, że aktywność jądrowych odpadów energetycznych spada stukrotnie w ciągu 600 lat, podczas gdy naturalne pierwiastki promieniotwórcze mają okres półtrwania wynoszący miliardy lat. Można powiedzieć, że energia jądrowa, wykorzystująca uran, a w przyszłości tor, zmniejszy, a nie zwiększy, zagrożenie ludzkości promieniowaniem jonizującym w nadchodzących tysiącleciach.

Niewiele osób wie, że reaktor jądrowy działający na zasadzie rozszczepienia jąder uranu-235 za pomocą neutronów nie jest tylko wynalazkiem człowieka. W 1972 r. w odkrywkowej kopalni uranu Oklo w Gabonie odkryto pozostałości naturalnych reaktorów sprzed 2 miliardów lat. Zawartość uranu-235 w uranie naturalnym była wtedy znacznie wyższa niż dzisiaj, ze względu na różne czasy rozpadu 238U (4,5 miliarda lat) i 235U (0,7 miliarda lat), czyli w bogatej rudzie uranu, biorąc pod uwagę odpowiednie warunki geologiczne, mogło dojść do wywołania reakcji łańcuchowej rozszczepienia. Szacuje się, że w Oklo istniało co najmniej sześć naturalnych reaktorów, które działały przez kilkaset tysięcy lat i w tym czasie wyprodukowały około 15 GW-lat energii, zużywając 6 ton 235U. Fakt, że po 2 miliardach lat odkryto pozostałości naturalnych reaktorów ? co oznacza, że produkty rozszczepienia nie uległy rozproszeniu, pomimo różnych naturalnych procesów ? jest przekonującym dowodem na to, że wypalone paliwo jądrowe pozostaje w tym samym miejscu przez całe epoki geologiczne, pomimo braku zabezpieczeń.