ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Sve što ste htjeli znati o nuklearnoj opasnosti u Japanu, a niste imali gdje pročitati

Nuklearne elektrane u Fukushimi zapravo su reaktori zasnovani na kipućoj vodi (eng. Boiling Water Reactors ili kraće BWR). BWR pretvara energiju kipuće vode u električnu struju tj. koristi vodenu paru za okretanje turbine. Nuklearno gorivo zagrijava vodu do vrelišta, vodena para potom pokreće turbine koje energiju vodene pare pretvaraju u mehaničku te na kraju u električnu energiju. Vodena para se potom hladi i stlačuje pri čemu opet nastaje tekuća voda koja se ponovno vodi na zagrijavanje nuklearnim gorivom. Sam reaktor radi na otprilike 285 °C.

Kao nuklearno gorivo koristi se uranov dioksid koji je zapravo keramika s izuzetno visokom temperaturom tališta (otprilike 2800 °C). Gorivo se proizvodi u obliku komadićima (cilindrima visokim oko 1 cm s promjerom od također 1 cm). Ti se komadići ubacuju u dugačke cijevi izrađene od slitine cinka, koje karakterizira temperatura pregrijavanja od 1200 °C. Pregrijavanje najčešće uzrokuje autokatalizirana oksidacija vode. Čvrsto zatvorene cijevi ispunjene komadićima uranova dioksida nazivaju se plašt nuklearnog goriva. Nekoliko stotina takvih, uredno položenih cirkonijevih cijevi čini jezgru nuklearnog reaktora.

Keramička priroda uranova dioksida prva je linija zaštite od radijacije koja nastaje tijekom procesa fisije. Kućišta od cirkonija druga su linija zaštite. Ona odvajaju radioaktivno gorivo od ostatka reaktora. Jezgra se potom stavlja u spremnik pod tlakom od otprilike 7 MPa. Spremnik je načinjen tako da može izdržati visoke tlakove koji mogu nastati kao posljedica nesreće u elektrani. Spremnici su treća linija zaštite od eventualnog oslobađanja radioaktivnog materijala.

I glavni i sekundarni spremnik nalaze se u reaktorskoj zgradi. Reaktorska zgrada služi kao vanjski oklop koji reaktor štiti od vanjskih uvjeta i ne dopušta izmjenu tvari s vanjskim svijetom. Upravo je reaktorska zgrada oštećena u eksploziji, o čemu će više riječi biti kasnije u tekstu.

Osnove nuklearnih reakcija
Nuklearno gorivo zasnovano na uranu toplinu proizvodi nuklearnom fisijom. Atomi urana raspadaju se na lakše atome ili produkte fisije. Tijekom nuklearne fisije oslobađa se toplina, a nastaju i neutroni (jedna od čestica koje čine jezgru atoma). Kada se jedan od tih neutrona sudari s drugim atomom urana započinje cijepanje atoma, pri čemu nastaje još neutrona i tako se proces nastavlja. Tijekom normalnog rada, količina neutrona u reaktorskoj jezgri ostaje konstantna, a sam se reaktor nalazi u tzv. kritičnom stanju.

Treba istaknuti da nuklearno gorivo u reaktoru ne može uzrokovati eksploziju sličnu nuklearnoj bombi. U Černobilu je eksploziju uzrokovao previsoki tlak u spremniku koji je uzrokovao eksploziju vodika koja je pak uzrokovala urušavanje svih linija zaštite, zbog čega je na kraju nuklearno gorivo iscurilo u okoliš. Također treba naglasiti da se za zaštitu reaktora u Černobilu nije koristio dodatni zaštitni spremnik.

Za kontrolu lančane nuklearne reakcije u reaktoru koriste se kontrolni štapovi od bora koji apsorbiraju višak neutrona. Tijekom normalnog rada, ti se štapovi koriste za održavanje tijeka lančane reakcije na kritičnoj razini. Kontrolni štapovi se koriste i za gašenje reaktora, odnosno smanjenje postotka učinkovitosti sa 100% na 7% (ostatna toplina).

Ostatna toplina posljedica je radioaktivnog raspada produkata fisije. Radioaktivni raspad je proces samostabilizacije produkata fisije emisijom energije u obliku malih čestica (alfa, beta, gama, neutroni itd.) U reaktoru nastaje mnoštvo atoma različitih elemenata poput atoma cezija ili joda. Nakon gašenja reaktora ostatna se toplina odvodi sustavom hlađenja ne bi li se spriječilo pregrijavanje cijevi s nuklearnim gorivom pa tako i oslobađanje radioaktivnog materijala u okoliš. Glavni problem u oštećenim reaktorima u Japanu jest upravo održavanje sustava hlađenja.

Također treba naglasiti da se produkti fisije vrlo brzo raspadaju uz oslobađanje dodatne topline. Cezij, jod, stroncij i argon se ipak raspadaju sporije od drugih produkata fisije.

Podijeli.