Elektrownie jądrowe budowane w krajach zachodnich od początku rozwoju energetyki jądrowej były projektowane tak, by skutki awarii uważanych za możliwe, choćby i bardzo mało prawdopodobne, nie wykraczały poza poziom uważany za dopuszczalny. Służyły temu liczne i niezawodne zabezpieczenia, w dużej mierze oparte na zjawiskach naturalnych takich jak siła ciężkości, układy bezpieczeństwa z trzema lub czterema podsystemami zapewniającymi wzajemne rezerwowanie, duże zapasy bezpieczeństwa przyjmowane w projekcie i wiele innych środków projektowych i organizacyjnych opisanych w artykule „Ochrona przed zagrożeniami po awariach w elektrowniach jądrowych" opublikowanym we wrześniowym Biuletynie PSE [1]. Jako zasadę w odniesieniu do awarii projektowych przyjmowano, że układy bezpieczeństwa EJ muszą wystarczyć do opanowania awarii w dowolnym elemencie EJ nawet, jeśli awaria ta wystąpi w najbardziej niewygodnym dla operatora elemencie i najbardziej niesprzyjającym stanie EJ, a towarzyszyć jej będzie pojedyncze uszkodzenie, które może wystąpić w dowolnym systemie elektrowni, również takim, który przeznaczony jest do opanowania tej właśnie awarii.
Dla takich założeń projektant elektrowni musiał opracować scenariusz przebiegu awarii, przyjmując najbardziej niekorzystne założenia, np. że wskutek awarii nastąpi utrata zasilania elektrycznego z sieci zewnętrznej (niezależnie od dodatkowego pojedynczego uszkodzenia postulowanego w dowolnym układzie EJ) i udowodnić, że istniejące w EJ układy bezpieczeństwa wystarczą, by zapewnić wyłączenie elektrowni, jej wychłodzenie i powstrzymanie uwolnień substancji promieniotwórczych.
A dowód taki nie był wcale łatwy, bo przeciw projektantowi występowali specjaliści Dozoru Jądrowego, których głównym zadaniem i powodem do chwały było znalezienie słabych punktów w rozumowaniu projektanta i zmuszenie go do dodatkowych środków ostrożności. Taka procedura poprzedzająca wydanie licencji na budowę EJ trwała zwykle 3-4 lata i wymagała intensywnej pracy wielu specjalistów. I nic dziwnego, że specjaliści dozoru wymagali wiele od projektanta - według np. przepisów amerykańskich musieli oni w chwili akceptacji projektu podpisać oświadczenie, w którym wyraźnie stwierdzali, że sprawdzili wszystkie cechy bezpieczeństwa projektu (specjalnie omówione w wymaganiach dozoru) i że są w pełni przekonani, że przedstawiony projekt spełnia wszystkie postawione przez dozór wymagania.
Poza specjalistami dozoru, bezpieczeństwo EJ kwestionowali też eksperci wynajmowani przez organizacje antynuklearne, które korzystając z dotacji państwowych na ten cel prowadziły długie procesy sądowe przeciw budowie EJ. Pełna jawność projektu i subwencje rządu dla „prostych obywateli" walczących z "potężnymi organizacjami przemysłu nuklearnego" ułatwiały krytykę rozwiązań przyjmowanych w EJ i często opóźniały budowę elektrowni, ale też służyły jako środki kontroli projektantów, stale wystawionych na możliwą krytykę społeczną.
Chociaż budowa EJ jest skomplikowana, podstawowy warunek bezpieczeństwa jest bardzo prosty: Póki paliwo jądrowe pozostaje dobrze chłodzone wodą, póty wszelkie zakłócenia w pracy EJ powodują znikome skutki dla środowiska i człowieka. Dzieje się tak dlatego, że ogromna większość produktów rozszczepienia znajduje się w pastylkach paliwowych i tylko przegrzanie paliwa i przetopienie jego koszulki może spowodować ich znaczące uwolnienie poza elementy paliwowe. Ucieczka chłodziwa z reaktora, choć powoduje spektakularny wypływ pary, nie stwarza jeszcze poważnego zagrożenia, jeśli paliwo pozostaje dobrze chłodzone i pokryte wodą. Dlatego w przypadku awarii trzeba zrealizować trzy podstawowe zalecenia:
• Wyłączyć reaktor (by zmniejszyć intensywność grzania paliwa)
• Utrzymać paliwo pod wodą (do tego służą układy awaryjnego zalewania rdzenia)
• Uchronić obudowę bezpieczeństwa przed utratą szczelności (by nie dopuścić do ucieczki produktów rozszczepienia).
Trudność polega na tym, że te stosunkowo proste wymagania muszą być spełnione we wszystkich warunkach awaryjnych, nawet bardzo mało prawdopodobnych.
Jak wspomnieliśmy w artykule na temat ochrony przed zagrożeniami po awariach w EJ [1] reaktory PWR samoczynnie zmniejszają moc przy zaburzeniach chłodzenia, a do wyłączenia reaktora wykorzystujemy siłę ciężkości, tak że pręty bezpieczeństwa zawieszone nad rdzeniem zawsze spadają w dół. Zapewnia to niezawodne wyłączanie reaktora w razie awarii. Dlatego za najtrudniejsze zadanie układów bezpieczeństwa uważa się utrzymanie rdzenia reaktora pod wodą. Głównym zagrożeniem jest rozerwanie obiegu pierwotnego, po którym woda pod ciśnieniem wypływa gwałtownie z reaktora. Powoduje to spadek ciśnienia w obiegu i przemianę wody w parę. Wobec tego, że para odbiera ciepło od paliwa znacznie gorzej niż woda, temperatura paliwa rośnie i jeśli do rdzenia nie dostarczymy wody, może nastąpić przegrzanie paliwa i wydzielenie zeń produktów rozszczepienia.
Obieg pierwotny chłodzenia reaktora projektowany jest więc z dużym zapasem bezpieczeństwa, tak by nie groziło mu uszkodzenie ani w przypadku gwałtownych zmian temperatur chłodziwa, ani wskutek wstrząsów sejsmicznych i innych możliwych obciążeń. Wszystkie możliwe stany pracy analizuje się starannie i dobiera się wytrzymałość rurociągów, zaworów i innych elementów zgodnie z najwyższymi wymaganiami stawianymi przez przepisy takie jak np. kod ASME dla zbiorników i rurociągów jądrowych. Zapewnia to bardzo wysoką niezawodność i trwałość obiegu pierwotnego.
Dodatkowym
elementem bezpieczeństwa jest fakt, że zwykle przed rozerwaniem rurociągu występuje w nim niewielkie pęknięcie, przez które zaczyna wyciekać woda pod ciśnieniem. Jeśli operator wykryje taki przeciek dostatecznie wcześnie, to może wyłączyć reaktor, obniżyć ciśnienie w obiegu pierwotnym a po wystudzeniu reaktora dokonać potrzebnych napraw. Zapobiega to niebezpieczeństwu awarii i pozbawienia reaktora chłodziwa w czasie, gdy jeszcze generuje on duże ilości ciepła. Dlatego we współczesnej praktyce energetyki jądrowej wprowadzono koncepcję „przecieku przed rozerwaniem", (Leak before Break -LBB), która wymaga wprawdzie zainstalowania i utrzymywania w pracy dwóch lub trzech czułych i dokładnych układów wykrywania przecieków, ale znakomicie obniża potencjalną częstość rozerwania rurociągów.
Dane statystyczne zbierane w elektrowniach jądrowych wskazują, że małe przecieki o powierzchni wypływu wody rzędu kilku mm mogą zdarzać się dość często, około raz na 10 lat pracy reaktora. Nie stanowią one zagrożenia, bo układ napełniania obiegu pierwotnego może bez trudu uzupełniać stan wody w obiegu, ale dają wskazówkę, że należy podjąć działania zaradcze. Większe przecieki są rzadsze, np. przecieki przez uszczelnienia pomp obiegu pierwotnego występują raz na 20-200 lat, rozerwanie rurki wymiany ciepła w wytwornicy pary raz na 100-1000 lat, a małe przecieki, których już nie może pokryć układ uzupełniania obiegu pierwotnego występują około raz na 1000 lat. Duże rozerwanie rurociągu może zdarzyć się raz na około 1000-10 000 lat, ale jeśli w reaktorze wprowadzone są układy wykrywania przecieku przed rozerwaniem, to częstość dużych rozerwań obiegu pierwotnego spada około 100 razy, do raz na milion lat pracy reaktora.
Elektrownie jądrowe budowane w krajach OECD były projektowane tak, by nie było znaczących zagrożeń zdrowotnych ani potrzeby ewakuacji ludności dla wszystkich awarii, które mogły zdarzyć się częściej niż raz na 10 000 lat. Dotychczasowe doświadczenie, które obejmuje ponad 10 000 reaktoro-lat pracy reaktorów energetycznych typu PWR, BWR i im podobnych, a tylko jedną awarię z uszkodzeniem rdzenia w EJ TMI potwierdza, że cel postawiony przed energetyką jądrową [3] został osiągnięty już przez obecnie pracujące reaktory. Co więcej, nie każda awaria ze stopieniem rdzenia powoduje duże uwolnienia produktów radioaktywnych poza elektrownię. Przeciwnie, obudowa bezpieczeństwa zapewnia że uwolnienia te mogą wystąpić dużo rzadziej, raz na 100 000 lub raz na milion lat.
Stwierdzenie, że awarie projektowe obejmują awarie występujące tak rzadko jak raz na milion lat może nie być wystarczające, by uzmysłowić Czytelnikowi, jak daleko idzie przemysł jądrowy w swych rozważaniach. Dla porównania przypomnijmy, że według statystyk wypadków śmiertelnych działania, które mogą spowodować zgon człowieka raz na milion razy to np. jazda samochodem przez 65 km lub przelot samolotem na odległość 2000 km. Czy boimy się jazdy samochodem tam i z powrotem do znajomych mieszkających w odległości 30km?
Takie samo zagrożenie związane jest z możliwością śmierci wskutek uderzenia piorunu w ciągu 10 lat. Są to wypadki bardzo mało prawdopodobne, tak że nie uwzględniamy ich w naszych codziennych planach. Mieszkanie przez całe życie tuż obok EJ wiąże się z mniejszym zagrożeniem życia niż uderzenie piorunu. Czy warto więc obawiać się jej awarii?