Πως λειτουργεί ένας πυρηνικός αντιδραστήρας

Οι τέσσερις επικίνδυνοι πυρηνικοί αντιδραστήρες του Φουκουσίμα

Η πυρηνική ενέργεια είναι ένα ”όπλο” στα χέρια της ανθρωπότητας που πρέπει να χρησιμοποιείται με σύνεση. Είναι ένα δίκοπο μαχαίρι. Από τη μια, λύνει τα χέρια με την παραγωγή άφθονης ενέργειας για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά από την άλλη εμπεριέχει και απρόβλεπτους κινδύνους.

Για πρώτη φορά η Ευρώπη ήρθε αντιμέτωπη με τον εφιάλτη της ραδιενέργειας, με το Τσερνομπίλ. Αργότερα με το Κοζλοντούι. Τώρα η ανθρωπότητα, ξαναζεί τον εφιάλτη με τον πυρηνικό αντιδραστήρα της Φουκουσίμα.

Όταν κατασκευάζεται ένας πυρηνικός αντιδραστήρας του ίδιου τύπου με αυτόν της Φουκουσίμα, χρησιμοποιούνται διάφοροι τρόποι “άμυνας” σε περίπτωση που κάτι πάει στραβά. Φανταστείτε μια ρωσική κούκλα Μπαμπούσκα, η οποία μέσα της κρύβει μια άλλη κούκλα, η οποία με τη σειρά της κρύβει μια άλλη και μέσα υπάρχει το υλικό. Κάπως έτσι είναι χτισμένος ο αντιδραστήρας. Με τρία στρώματα, τρεις ασπίδες ελέγχου.

Ποιες είναι οι ασπίδες ελέγχου

Εσωτερικό πυρηνικού αντιδραστήρα

Η πρώτη ασπίδα αποτελείται από αεροστεγές μέταλλο, μέσα στην οποία είναι σφραγισμένοι οι σβόλοι του καυσίμου. Η δεύτερη ασπίδα είναι μια δεξαμενή πάχους 20 εκατοστών. Μέσα σ’ αυτή τη δεξαμενή που είναι γεμάτη με νερό και κλείνεται με ένα βαρύ μολύβι, βρίσκονται οι μολυβδίδες του καυσίμου. Η τρίτη ασπίδα είναι ένας παχύς τσιμεντένιος τοίχος, που ονομάζεται κτίριο του αντιδραστήρα.

Η τρίτη ασπίδα είναι σχεδιασμένη έτσι ώστε σύμφωνα με τους ειδικούς να αντέχει ακόμη και εάν πέσει πάνω της αεροπλάνο. Και σε μια σεισμογενή περιοχή όπως η Ιαπωνία, να αντέχει σε ισχυρότατους σεισμούς.

Όλα αυτά βέβαια μέχρι την Παρασκευή, ήταν μόνο και μόνο θεωρία. Η δύναμη της φύσης και τα 8,9 Ρίχτερ, ξεγύμνωσαν για άλλη μια φορά την ανθρώπινη ματαιοδοξία. Καμία κατασκευή δεν είναι άριστα προστατευμένη, γιατί πολύ απλά πάντα θα υπάρχει κάτι πιο ισχυρότερο από αυτό που έχει φτιαχτεί να αντέξει...

Η τριπλή ασπίδα, εξουδετερώνει κάθε κίνδυνο μόλυνσης τους περιβάλλοντος. Για να περάσουν τα ραδιενεργά στοιχεία προς τα έξω, πρέπει να υπάρχει ταυτόχρονη διαρροή και στις τρεις ασπίδες και είναι ελάχιστη η πιθανότητα για να συμβεί κάτι τέτοιο. Η τριπλή κατάρρευση συμβαίνει όταν οι ασπίδες ελέγχου έχουν αποτύχει να περιορίσουν την εκπομπή νετρονίων. Τα επίπεδα θερμότητας στο εσωτερικό του αντιδραστήρα ξεπερνούν τους 1000 βαθμούς Κελσίου, μέταλλα οποιοδήποτε άλλο υλικό λιώνουν και προκαλούνται αλυσιδωτές αντιδράσεις στην καρδιά του αντιδραστήρα και ανεξέλεγκτη διαρροή ακτινοβολίας.

Σφαιρίδια πυρηνικού καυσίμου
και ράβδος καυσίμου.

Η περίπτωση του Τσέρνομπιλ

Όταν έγινε η καταστροφή στο Τσερνομπίλ το 1986, από το κατεστραμμένο κτίριο έβγαιναν ασύλληπτες ποσότητες ραδιενέργειας. Υπήρχε μόνο ένας τρόπος να περιοριστεί η καταστροφή. Να εκχυθεί μεγάλη ποσότητα σκυροδέματος, μεγάλη ποσότητα μπετόν στις τρύπες και τις ρωγμές. Το πλήρωμα του ελικοπτέρου που έριχνε το μπετόν από ψηλά και βούλωνε τις τρύπες, ήταν δίχως ειδικές στολές. Όλοι τους πέθαναν μερικές ώρες μετά, θυσιάστηκαν για να σώσουν ότι μπορούσαν αλλά σχεδόν κάηκαν από την ραδιενέργεια που δέχθηκαν απευθείας.

Ο αντιδραστήρας και οι «ράβδοι ελέγχου»

Όταν λέμε πυρηνικός αντιδραστήρας, ουσιαστικά εννοούμε μια τεράστια δεξαμενή, όπου το πυρηνικό καύσιμο, υφίσταται ελεγχόμενη σχάση και απελευθερώνει θερμότητα. Με απλά λόγια τα άτομα του εν λόγω πυρηνικού υλικού, διασπώνται και απελευθερώνουν νετρόνια. Τα νετρόνια με τη σειρά τους διασπούν άλλα άτομα με τελικό αποτέλεσμα μια γεωμετρικά αυξανόμενη αλυσιδωτή αντίδραση.

 Μέσα στην καρδιά του αντιδραστήρα υπάρχουν και οι περίφημες “ράβδοι ελέγχου” που συγκρατούν την αλυσιδωτή αντίδραση σε σταθερό ρυθμό ανάπτυξης έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η ομαλή ροή της θερμότητας. Ένα "ψυκτικό μέσο" (που μπορεί να είναι αέριο ή υγρό – πχ νερό-) κυκλοφορεί μέσα στον αντιδραστήρα και θερμαίνεται. Στη συνέχεια αυτό οδηγείται σε ένα "εναλλάκτη θερμότητας" όπου προκαλεί βρασμό σε νερό που υπάρχει εκεί. Ο παραγόμενος ατμός στη συνέχεια θέτει σε κίνηση στροβίλους που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα αλλά και κινητική ενέργεια.

 Συνοπτικά, σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα σχάσης η ενέργεια που απελευθερώνεται από τη σχάση του πυρηνικού καυσίμου, χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού, με τον οποίο τίθεται σε λειτουργία ένας στρόβιλος που με τη σειρά του περιστρέφει μια γεννήτρια ηλεκτρισμού.

Στην πλειοψηφία τους, οι σύγχρονοι πυρηνικοί αντιδραστήρες χρησιμοποιούν ως καύσιμο εμπλουτισμένο ουράνιο ή μικτό οξείδιο, ενώ κάποιοι χρησιμοποιούν φυσικό ουράνιο (U).

Οι ράβδοι καυσίμου

Το καύσιμο βρίσκεται σε ειδικούς φορείς (containers), σε μορφή ράβδων καυσίμου (fuel pins). Αυτές οι ράβδοι τοποθετούνται με καθορισμένη διάταξη μέσα στον επιβραδυντή (moderator), ο οποίος είναι γραφίτης ή νερό και σκοπός του είναι να επιβραδύνει τα νετρόνια που παράγονται από τις σχάσεις. Οι ρυθμιστικές ράβδοι, που χρησιμεύουν στη διατήρηση ενός σταθερού ρυθμού σχάσης, εισέρχονται στον πυρήνα του επιβραδυντή και η θέση τους μεταβάλλεται έτσι ώστε να επιτευχθεί ο επιθυμητός ρυθμός σχάσης· όταν οι ράβδοι είναι βαθύτερα μέσα στον πυρήνα, επιβραδύνουν περισσότερα νετρόνια κι έτσι μειώνεται ο ρυθμός σχάσεων. Το αντίθετο συμβαίνει όταν οι ράβδοι αποσύρονται.

Ένα ψυκτικό υλικό κυκλοφορεί υπό πίεση μέσα στα λεγόμενα "κανάλια" του επιβραδυντή. Σκοπός της κυκλοφορίας του ψυκτικού είναι η απαγωγή της θερμικής ενέργειας και η μεταφορά της σε εναλλάκτη θερμότητας. Ο επιβραδυντής βρίσκεται στο εσωτερικό χαλύβδινου προστατευτικού περιβλήματος, κατασκευασμένο έτσι ώστε να αντέχει στις υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες στο εσωτερικό του αντιδραστήρα. Γύρω από το χαλύβδινο περίβλημα, υπάρχει θωράκιση από σκυρόδεμα που εμποδίζει τη ραδιενέργεια να φτάσει στους χειριστές του αντιδραστήρα και το περιβάλλον, τόσο σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας όσο και σε περίπτωση ατυχήματος.