Z Japonii dochodzą sprzeczne informacje dotyczące szkód, które trzęsienie ziemi i fala tsunami miały spowodować w reaktorach leżących na terenach, które najbardziej ucierpiały. Wiadomo, że w elektrowni Fukushima I zawaliły się dach i ściany budynku, w którym znajduje się bunkier z reaktorem. Reaktor od tego na pewno nie ucierpiał, bo jest tak skonstruowany, że wytrzymuje znacznie większe obciążenia niż spadający dach. Zawalenie się dachu i ścian nie miało nic wspólnego z wybuchem jądrowym. Reaktor nie wybucha tak jak bomba atomowa. To całkowicie niemożliwe. Pojawiły się też informacje o tym, że w jednym z reaktorów tej elektrowni przestał działać system chłodzenia reaktora. Co to znaczy?

Reaktor się grzeje
We wnętrzu reaktora, w tzw. rdzeniu, zachodzą reakcje jądrowe. Każda z nich to – w skrócie mówiąc – rozerwanie jądra ciężkiego pierwiastka (np. uranu) na dwa lub trzy mniejsze. Przy okazji wydziela się bardzo duża ilość energii. Ta energia odbierana jest przez system chłodzenia i dzięki turbinom i generatorom zamieniana na energię prądu elektrycznego. Gdy system chłodzenia przestaje działać, w reaktorze jest za dużo energii i w konsekwencji w rdzeniu reaktora bardzo szybko podnosi się temperatura. Może ona wzrosnąć do takiego poziomu, że rdzeń, czyli samo serce reaktora, razem z paliwem jądrowym w środku ulegnie stopieniu. To najgorszy z możliwych scenariuszy. Najgorszy nie znaczy wcale, że na etapie projektowania i konstruowania elektrowni nieprzewidziany.

Elektrownie jądrowe, reaktory są tak budowane, że nawet stopienie rdzenia reaktora nie oznacza tragedii i skażenia obszarów wokół elektrowni. W bezpośredniej bliskości reaktora wzrośnie promieniowanie, dlatego zaleca się, by w przypadku ryzyka stopienia rdzenia ewakuować wszystkich, którzy mieszkają w promieniu 10, a nawet 20 km od elektrowni. W takiej odległości zwykle i tak nie ma osiedli ludzkich. Zwykle, ale nie zawsze. Duże zaludnienie powoduje, że w Japonii ludzie mieszkają stosunkowo blisko reaktorów. Informacje o tym, że ewakuowano ponad 100 tys. ludzi, nie świadczą o tym, że w elektrowniach dochodzi do tragicznych wydarzeń. Zgodnie z przepisami, ewakuuje się ludzi, zanim cokolwiek może się stać.

Dmuchanie na zimne
Jakie byłoby zagrożenie, gdyby rdzeń się stopił, a ludzi w porę by nie ewakuowano? Trudno powiedzieć, ale nie byłoby ono śmiertelne, nie wpłynęłoby nawet na zdrowie. Międzynarodowe przepisy w przypadku incydentów w elektrowniach jądrowych są bardzo restrykcyjne. To dobrze. Ale warto zdawać sobie sprawę z tego, że gdyby wypadek wydarzył się w zakładzie chemicznym, ewakuacja odbyłaby się dopiero wtedy, gdyby istniało bezpośrednie zagrożenie życia i zdrowia mieszkańców. W przypadku elektrowni jądrowych nie dopuszcza się nawet do pośredniego zagrożenia zdrowia. Ludność ewakuuje się nawet wtedy, gdy rdzeń topi się częściowo.

Taka sytuacja może mieć miejsce, ale jest ona coraz mniej prawdopodobna. Jeżeli systemy chłodzące działają, nic takiego nie może się zdarzyć. Jeżeli działają tylko częściowo, a dotychczas rdzeń nie stopił się, teraz tym bardziej się nie stopi. Od momentu trzęsienia ziemi reaktory są wyłączone. Ilość energii, jaka w nich się znajduje, jest coraz mniejsza. Reaktorów nie da się wyłączyć tak jak światła w pokoju. Reaktor jest jak garnek z gorącą wodą postawiony na gazie. Wyłączenie gazu nie spowoduje, że garnek natychmiast stanie się zimny. Tak samo reaktor. Potrzeba kilku, kilkunastu dni (w zależności od wielkości reaktora), aż wystudzi się do bezpiecznej temperatury. Tak jak na początku tego procesu awaria systemu chłodzenia może spowodować stopienie całego rdzenia, tak później stopienie tylko jego części.

Chłodzenie jednorazowe
Każdy reaktor ma kilka systemów zabezpieczających. Systemy chłodzenia mają awaryjne pompy, a nawet gdyby wszystkie one popsuły się, istnieje możliwość awaryjnego chłodzenia reaktora. Wtedy do obniżania temperatury rdzenia używa się wody morskiej (jeżeli elektrownia umiejscowiona jest nad morzem) albo wody z rzeki czy jeziora. To w pewnym sensie procedura jednorazowa. Wpompowanie do reaktora wody, która nie jest oczyszczona, powoduje jego zniszczenie. Stopienie całkowite, czy nawet częściowe, powoduje jednak straty dużo większe, dlatego, gdy zachodzi taka potrzeba, nikt nie zastanawia się nawet chwili przed uruchomieniem niezbędnych procedur. Kilkanaście godzin po trzęsieniu ziemi niektóre agencje podawały informację o tym, że w jednym z reaktorów Fukushima I nastąpił radioaktywny wyciek i zaobserwowano wzrost promieniowania.

W reaktorze nie doszło do wycieku, tylko zdecydowano się wypuścić trochę pary z systemu chłodzenia, by obniżyć w nim ciśnienie. Na wszelki wypadek. To, że zaobserwowano podwyższone promieniowanie, to normalne, bo woda (para wodna) w pierwotnym systemie chłodzenia (ta, która ma kontakt bezpośrednio z miejscem, w którym zachodzą reakcje jądrowe) jest promieniotwórcza. Ilość wypuszczonej pary była jednak tak niewielka, że wzrost promieniowania, jaki zaobserwowano, jest zaniedbywalny. Nawet gdyby całe chłodziwo wydostało się z reaktora, nie spowodowałoby to katastrofy ekologicznej. Reaktor jest tak skonstruowany, że wszystko, co z niego wycieknie, zbierane jest w specjalnie w tym celu przygotowanym basenie. Basen umiejscowiony jest pod reaktorem. Promieniotwórczość w pobliżu elektrowni byłaby wyższa, ale sytuacja cały czas byłaby pod kontrolą.

Ziemia się trzęsie, reaktor buja
Po wyjaśnieniu, pokrótce, co mogło się stać w elektrowniach leżących na terenach, na których wstrząsy były największe, warto wspomnieć o tym, jak budowane są elektrownie na terenach aktywnych sejsmicznie. Przede wszystkim są wyposażone w bardzo czułe systemy sejsmograficzne. Gdy nadchodzą wstrząsy, reaktory automatycznie wyłączają się. Elektrownia, która ma pracować w takich warunkach, wymaga odpowiednich zabezpieczeń. Podstawową sprawą jest wylanie grubszej płyty fundamentowej pod budynkiem reaktorowni. To hala, w której znajdują się reaktory, ale także wymienniki ciepła pomiędzy pierwotnym (czyli tym, który wypływa z samego rdzenia reaktora) i wtórnym obiegiem układu chłodzącego. Czasami tam, gdzie prawdopodobieństwo trzęsienia ziemi jest szczególnie duże albo tam, gdzie trzęsienia są bardzo silne, płytę fundamentową wylewa się na specjalnej, amortyzowanej konstrukcji. Ziemia się trzęsie, ale reaktorem tylko trochę buja. Tak jak samochodem na resorach. Jeżeli elektrownia ma pracować także w czasie trzęsienia ziemi, mocniejszą i grubszą płytę trzeba wylać także pod turbinownią, czyli tam, gdzie rozgrzana para wodna napędza generatory prądu. Co to znaczy gruba płyta? To przynajmniej 3 metry zbrojonego betonu. Powierzchnia takiej płyty to w zależności od typu elektrowni od kilkuset do kilku tysięcy metrów kwadratowych. Płyta musi być na tyle mocna, by w całości wytrzymać trzęsienie ziemi. To konstrukcja pływająca, samonośna, która w czasie kataklizmu drga i – nawet jeżeli pęka grunt pod nią – nie może ulec zniszczeniu.

Czym niżej, tym bezpieczniej
Drugą ważną sprawą jest umieszczenie wszystkich ciężkich elementów elektrowni jak najbliżej gruntu. W ten sposób obniża się środek ciężkości całej konstrukcji. Po co? Każdy intuicyjnie czuje, że w czasie trzęsienia ziemi bardziej będzie trzęsło na 10. piętrze domu niż na parterze. Czym bliżej gruntu, tym mniejsze wychylenia, a w konsekwencji zniszczenia. W USA reaktory elektrowni Diablo Canyon zaprojektowano tak, by pracowały w trakcie trzęsienia ziemi. Gdy w styczniu 1994 roku rejon elektrowni nawiedziło trzęsienie ziemi o sile 6,6 st. w skali Richtera, reaktory normalnie produkowały prąd. To szczególnie ważne, gdy na zwiększonych obrotach muszą pracować szpitale czy punkty pomocy dla setek czy tysięcy poszkodowanych. Podobnie było w 1988 roku w Armenii, gdy reaktory pracowały mimo tego, że ziemia trzęsła się z siłą 8 stopni w skali Richtera. Reaktorom PWR, takim, jakie miały być budowane w Żarnowcu, nic się nie stało. Kataklizm zniszczył w Armenii dwie trzecie krajowej sieci energetycznej. Gdyby nie reaktory, w czasie akcji ratunkowej nie byłoby prądu. Japonia nie ma swoich złóż naturalnych, stąd konieczność rozwoju energetyki atomowej. W Kraju Kwitnącej Wiśni jest ponad 50 reaktorów, które produkują ponad 30 proc. potrzebnej energii elektrycznej. Praktycznie wszystkie reaktory w Japonii budowane są na terenach aktywnych sejsmicznie. W 2006 roku elektrownia w Hamaka, niedaleko Tokio, przetrwała bez uszkodzeń trzęsienie ziemi o sile do 8,5 st. w skali Richtera.