#32 – Reaktor jądrowy

W miniony piątek miałem niezwykłą okazję pojechać do Świerku, gdzie znajduje się jedyny czynny polski reaktor jądrowy Maria, dumnie noszący imię Marii Skłodowskiej. Na wstępie chciałbym podziękować wspaniałym osobom, które umożliwiły mi tę wycieczkę, oraz ekipie z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, która nas ugościła, dzieląc się z nami skrawkiem ich niezwykłej wiedzy. Odcinek dotyczący reaktora już od dawna chodził mi po głowie, lecz teraz udało mi się dowiedzieć paru rzeczy u samego źródła i jestem gotów jak nigdy na to, by podregulować parę nuklearnych mitów, zatem – sprawdzam! Jest to jednocześnie początek cyklu, na który złożą się trzy odcinki, w których wprowadzę temat reakcji jądrowych, opowiem o katastrofach w elektrowniach oraz o bombie atomowej.

Nim jednak zacznę, zachęcę jak nigdy do posłuchania odcinka do końca, bo wspomnę tam o pewnej niespodziance dla każdego miłośnika podcastów (chyba że śledzisz podcast Sprawdzam na Facebooku, to już wiesz, co dla ciebie przygotowałem).

Nasze społeczeństwo obawia się atomu. W pracy Katarzyny Sulewskiej dotyczącej zaufania społeczeństwa do energetyki jądrowej, do której link znajdziesz w opisie, możemy poznać wyniki regularnych badań CBOS – jedynego ośrodka, który rok w rok od 1987 roku pyta naszych obywateli, czy by raczej sprzyjali, czy może sprzeciwiali się budowli elektrowni jądrowej w Polsce. Przeciwnicy mają pewną większość. Zdarzyło mi się kilkukrotnie rozmawiać z ludźmi o źródłach ich obaw związanych z energią atomową, a często sprowadzało się to do trzech punktów – Czarnobyl, Fukushima oraz „jeszcze nie wiemy”. Zrobię więc teraz inaczej i opowiem o promieniowaniu i reaktorach, a ty samodzielnie podejmiesz decyzję, czy dalej jest się czego obawiać. Oczywiście jestem otwarty na polemikę i zapraszam do komentowania – na Facebooku podcastu, na Youtube czy na stronie sprawdzam.studio, postaram się rozwiać ewentualne wątpliwości oraz skierować do mądrzejszych ode mnie w razie potrzeby. Pamiętaj też, że będę dokonywał niemałych uproszczeń, by treść była lekkostrawna – w końcu to odcinek podcastu, a nie wykład z fizyki.

Mówiłem już nieco o promieniowaniu w odcinku o mikrofalach. Przedstawiałem tam, dlaczego promieniowanie z telefonu komórkowego zasadniczo nie jest w stanie nam zrobić krzywdy – ponieważ jest to promieniowanie niejonizujące niskiej mocy. Dziś opowiem o drugiej stronie medalu – promieniowaniu jonizującym, które z niezwykłą brutalnością potrafi dokładać i wyrywać cząstki atomom. Ale zacznę od złych wieści – promieniuje praktycznie wszystko co nas otacza.

Dlaczego coś promieniuje? Wszystkie układy fizyczne cały czas dążą do jak najmniejszej energii potencjalnej. Puszczony w powietrzu kamień upadnie na podłogę i się tam zatrzyma, woda w naczyniu przybierze jej kształt, a kot w trakcie drzemki rozłoży się jakby był zrobiony z budyniu – no, to ostatnie może nie zawsze się zdarzy, ale są to przykłady dążenia układu do jak najniższej energii. W skali atomowej mamy podobną sytuację – mamy w jądrze atomu ściśnięte dodatnio naładowane protony oraz neutralne neutrony, otoczone chmurą ujemnie naładowanych elektronów. Oprócz tego, pamiętamy z fizyki z podstawówki, że takie same ładunki się odpychają. Jądro atomu, wypełnione dodatnio naładowanymi protonami, trzyma się w całości dzięki oddziaływaniu silnemu, które przeciwdziała odpychaniu elektrycznemu.

Liczba protonów w jądrze to liczba atomowa. Mówi nam, z jakim pierwiastkiem mamy do czynienia i gdzie go należy szukać na tablicy Mendelejewa. Liczba neutronów wraz z liczbą protonów to liczba masowa. Elektrony wszyscy mają w głębokim poważaniu, bo są bardzo lekkie i nie aż tak ciekawe, przynajmniej w dzisiejszym kontekście. Różne warianty liczby neutronów przy stałej liczbie protonów nazywamy izotopami danego pierwiastka – i jest ich całkiem sporo. Nieco ponad 1 procent pospolitego węgla stanowi izotop 13C, stabilny – lecz dodatkowym neutronem.

Naturalnie występują również izotopy niestabilne – po prostu siedzą sobie radośnie w skorupie ziemskiej, i z grubsza właśnie dlatego mogę spokojnie powiedzieć, że otaczająca nas materia promieniuje. Nie trzeba jechać do kopalni uranu, by oberwać dawką promieniowania jonizującego od atomów, którym było strasznie niewygodnie z dodatkowym balastem i z ogromną ulgą by się go pozbyły, pozbywając się zarazem nadmiaru energii. Ty również promieniujesz. Mniej więcej osiem tysięcy razy na sekundę w twoim ciele emitowane są nadmiarowe nukleony pochodzące z izotopów budujących twoje ciało.

Nim przejdę parę kroków dalej, musimy sobie ustalić parę pojęć, które wszyscy intuicyjnie rozumieją, ale nie zawsze poprawnie. Jest to promieniotwórczość, rozszczepialność i napromieniowanie, które potrafią chodzić wspólnie, lecz opisują różne cechy. Promieniotwórczość to emisja promieniowania. Nie wszystko, co jest napromieniowane, musi być promieniotwórcze – tak samo jak nie wszystko, co oświetlone, jest jednocześnie źródłem światła – dlatego też jest mocno wątpliwe, by ktoś choćby po kąpieli w basenie czynnego reaktora zaczął świecić – choć ten scenariusz rozwinę jeszcze później. I w końcu rozszczepialność, czyli podatność atomu na rozpad po oberwaniu neutronem. Izotop uranu, stosowany powszechnie jako paliwo w reaktorach jądrowych jest tam wykorzystywany właśnie dlatego, że jest rozszczepialny.

A po co to komu potrzebne? Cząstki powstające podczas rozszczepienia mają ogromną energię kinetyczną, którą przekazują otoczeniu. Rozszczepienie jednego atomu uranu 235 daje nam jakieś 50 milionów razy więcej ciepła niż spalenie jednego atomu węgla. Porównanie to jest nieco nieuczciwe, ponieważ atom uranu jest 20 razy cięższy niż atom węgla. Po zastosowaniu proporcji ta wydajność spada nam do zaledwie 2,5 miliona więcej energii z kilograma uranu niż z kilograma węgla. No dobra, cały czas oszukuję, rozszczepialny uran 235 to zaledwie 7 promili naturalnie występującego uranu, więc nasze faktyczne paliwo zawarte w kilogramie uranu da nam realnie 70 tysięcy razy więcej energii niż idealnie czysty węgiel – pomijając tu fakt, że idealnie czysty węgiel również nie istnieje. Z kolei cena kilograma uranu jest obecnie niższa niż cena tony węgla – oczywiście mówię tutaj o naturalnym, organicznym, wegańskim, niemodyfikowanym genetycznie, pozbawionym sztucznych barwników i konserwantów, uranie.

W praktyce, przynajmniej w Polsce, w drodze przetargu wyłaniany jest producent już gotowych kaset paliwowych, które potem trzeba tylko wrzucić do reaktora i obecnie tym producentem jest Rosja. Dostawca jest zobowiązany również zająć się odpadami. Problem w tym, że nie bardzo radzimy sobie z ich przewożeniem, jednakże w 2012 Stany Zjednoczone sfinansowały wywóz odpadów nuklearnych z Polski do Rosji – w końcu głupio by było, gdyby ktoś je nam zaiwanił i zrobił brudną bombę. Jednak ponieważ używanego paliwa w reaktorach jest po prostu mało, to i odpadów jest niewiele i potrzeba ładnych paru lat pracy reaktora, by pojawił się chociaż powód do zastanawiania się nad organizacją transportu. Dlaczego boimy się bardziej odpadów nuklearnych niż odpadów po spalaniu węgla? Tych drugich nie widać gołym okiem, więc łatwiej udać, że nie istnieją.

W reaktorze dochodzi do reakcji łańcuchowej, w której rozbijane neutronami jądra uranu emitują kolejne neutrony, rozbijające kolejne jądra uranu. Przy użyciu prętów zawierających izotopy pochłaniające neutrony można hamować reakcję, zaś zanurzenie całego reaktora w wodzie dodatkowo spowalnia jego pracę. Gdy minęliśmy potężną śluzę z wielkim napisem NIE WCHODZIĆ oraz weszliśmy na poziom pierwszy – kilka metrów powyżej reaktora – nie sposób było nie zwrócić uwagi na dwa koła ratunkowe z napisem Maria. Z jednej strony żart, z drugiej zaś faktem jest, że tych kilka metrów zwykłej, choć niezwykle czystej wody wystarczy by przyhamować produkty reakcji na tyle, by był sens ratować ewentualnego topielca. Oczywiście pod warunkiem, że nie będzie za głęboko nurkował. No i nie dotyczy to każdego reaktora, ponieważ te, które wytwarzają prąd, pracują w dużo większym ciśnieniu i w wyższej temperaturze.

Ale reaktor to nie tylko ciepło. Co więcej, od reaktora Maria nie oczekuje się produkcji ciepła do późniejszego poruszania turbin generujących elektryczność. Jego zastosowań jednak nie brakuje. Na poziomie reaktora znajduje się pięć stanowisk badawczych, które dają dostęp do strumienia neutronów płynącego bezpośrednio z reaktora. Pozwala to na wiele rzeczy których nie rozumiem tak bardzo że powtórzyć się boję, a także na szczegółowe wykrywanie materiałów śladowych w materii poprzez sztuczne ich napromieniowanie, a także radiografię neutronową, pozwalającą nam zajrzeć w głąb materii z niesamowitą skutecznością. Ale dla zaspokojenia twej ciekawości, znajdziesz w opisie link do dokładniejszego opisu stanowisk wokół reaktora.

Ale to jeszcze nie koniec. Nasz rodzimy reaktor wytwarza izotopy molibdenu i technetu, które są wykorzystywane w medycynie do różnego rodzaju prześwietleń. To właśnie Polska zaspokaja 20% zapotrzebowania całego świata na molibden 99, dzięki któremu można zajrzeć do naszych chorych narządów i uzyskać ich dokładny, trójwymiarowy obraz bez konieczności użycia skalpela i maczety. Według Narodowego Centrum Badań Jądrowych nasz rodzimy molibden pomógł już ponad 75 milionom pacjentów.

Chciałbym się bardzo podzielić z tobą fotograficzną dokumentacją z mojej wycieczki do reaktora Maria, ale… nie mogę. Jest to obiekt strategiczny, na terenie którego zasady ustala Agencja Bezpieczeństwa Wewnętrznego. Oprócz przewodnika, podczas wycieczki towarzyszył nam również ochroniarz, który w sytuacji, gdy ktokolwiek próbował z partyzanta zrobić zdjęcie, nieszczególnie przebierał w środkach. Jednakże, mimo że ABW to nie bardzo się podoba, można wybrać się tam grupą na wycieczkę, a informacje o tym znajdziesz jak zwykle w linkach w opisie odcinka.