Η αναφορά στο πυρηνικό ατύχημα του Τσερνόμπιλ που στις 26 Απριλίου φέτος συμπληρώνει 40 χρόνια, όπως και στην καταστροφή του σταθμού στη Φουκουσίμα από το γιγάντιο τσουνάμι 15 χρόνια πριν, στις 11 Μαρτίου του 2011, γεννά σε πολλούς αισθήματα ανησυχίας. Αυτό είναι απόλυτα κατανοητό, όπως συμβαίνει σε κάθε περίπτωση ασυνήθιστων συμβάντων που αφορούν την ανθρωπότητα.
Η αξιολόγηση των συμβάντων από τους διεθνείς οργανισμούς, όπως ο Διεθνής Οργανισμός Ατομικής Ενέργειας και ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας, σε κάθε περίπτωση είναι διαρκής και σαφής ως προς τις επιπτώσεις στον ανθρώπινο πληθυσμό και το περιβάλλον, αλλά και ως προς τα διδάγματα για το μέλλον.
Με περισσότερες από τρεις δεκαετίες στον χώρο της πυρηνικής φυσικής, έχω συμμετάσχει στην εξέλιξη της πυρηνικής επιστήμης από την εποχή των αναλογικών συστημάτων έως τη σημερινή, ψηφιοποιημένη εποχή της παθητικής ασφάλειας. Στην επιστημονική κοινότητα, τα ακραία συμβάντα στο Τσερνόμπιλ και τη Φουκουσίμα δεν αντιμετωπίζονται ως ταμπού. Αντιθέτως, αναλύονται διαρκώς με την ακέραια λογική της επιστήμης και έχουν αποτελέσει τον καταλύτη για να επανασχεδιαστούν εκ βάθρων η μηχανική της ασφάλειας και η επέκταση της παραγωγής πυρηνικής ενέργειας.
Σήμερα, η πυρηνική βιομηχανία δεν προσφέρει απλώς ασφάλεια. Προσφέρει την πιο συμπυκνωμένη και αξιόπιστη μορφή ενεργειακής αφθονίας που διαθέτει η ανθρωπότητα, σε μια εποχή που η ανάγκη για σταθερή, καθαρή ενέργεια είναι πιο επιτακτική από ποτέ.
Το Τσερνόμπιλ: Η Φυσική του Πυρήνα και η “Αλάνθαστη” Σχεδίαση
Το δυστύχημα του 1986 στον αντιδραστήρα RBMK-1000 ανοιχτού τύπου δεν ήταν απλώς ένα ανθρώπινο σφάλμα, αλλά το αποτέλεσμα κακού σχεδιασμού και ελλιπούς κατανόησης της δυναμικής του πυρήνα υπό ακραίες συνθήκες, εν μέσω μια ψυχροπολεμικής κατάστασης που δεν ευνοούσε τη διεθνή συνεργασία και ανταλλαγή τεχνογνωσίας. Οι αντιδραστήρες αυτού του τύπου έπασχαν από έναν υψηλό, θετικό συντελεστή κενού. Τεχνικά μιλώντας, όταν το νερό ψύξης (που δρούσε ταυτόχρονα και ως απορροφητής νετρονίων) έβραζε και δημιουργούσε ατμό, η πυρηνική αντίδραση αντί να επιβραδύνεται, επιταχυνόταν ανεξέλεγκτα. Επιπλέον, το φαινόμενο της υπερσυγκέντρωσης αερίου ξένου (Ξένου-135) κατά τη διάρκεια του πειράματος ελέγχου του αντιδραστήρα από τους χειριστές, τους παραπλάνησε, οδηγώντας τους στην αφαίρεση σχεδόν όλων των ράβδων ελέγχου με αποτέλεσμα τελικά την έκρηξη στον αντιδραστήρα και την έκλυση του πυρηνικού καυσίμου και των καταλοίπων του στην ατμόσφαιρα, χωρίς κάποιο άλλο σύστημα παθητικής ασφάλειας να μπορεί να τα συγκρατήσει.
Αυτό που ακολούθησε στο ακραίο συμβάν στο Τσερνόμπιλ ήταν η πλήρης αναθεώρηση των πρακτικών ασφαλείας με μια σειρά πρακτικών που υιοθετήθηκαν παγκοσμίως. Αναφέρω τα κυριότερα: (α) Όλοι οι εν λειτουργία αντιδραστήρες οφείλουν βάσει σχεδιασμού να διαθέτουν αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας και κενού. Οποιαδήποτε αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί φυσικά και αυτόματα σε μείωση της ισχύος, χωρίς την ανάγκη μηχανικής παρέμβασης. (β) Υιοθετήθηκαν αυστηρά μαθηματικά πρότυπα εκτίμησης ρίσκου για κάθε εξάρτημα ξεχωριστά. Πρακτικά, κάθε βαλβίδα και αντλία αναλύεται ως προς την πιθανότητα αστοχίας της, δημιουργώντας συστήματα με τριπλή ή τετραπλή εφεδρεία. (γ) Η απουσία κελύφους περιορισμού του αντιδραστήρα στο Τσερνόμπιλ ήταν μοιραία. Σήμερα, οι αντιδραστήρες περιβάλλονται από μέτρα χάλυβα και προεντεταμένου σκυροδέματος, σχεδιασμένα έτσι, ώστε να αντέχουν πολύ μεγάλες πιέσεις, έντονες σεισμικές επιταχύνσεις, ακόμη και απευθείας πλήγματα αεροσκαφών ως μέσα τρομοκρατικών επιθέσεων.
Η Φουκουσίμα: Θερμότητα Αντίδρασης και Χημικοί Κίνδυνοι
Το 2011 στη Φουκουσίμα της Ιαπωνίας, μετά τον πρωτοφανή σεισμό των 9R και το τσουνάμι ύψους 10 μέτρων που τον ακολούθησε, οδηγώντας σε τεράστια καταστροφή των υποδομών της ακτογραμμής και 18’000 νεκρούς, οι αντιδραστήρες έσβησαν αυτόματα και απολύτως επιτυχημένα με το πρώτο σεισμικό κύμα. Ωστόσο, ο τρόπος λειτουργίας των αντιδραστήρων ισχύος πυρηνικής ενέργειας εμπεριέχει ως στάδιο τη συνεχιζόμενη παραγωγή θερμότητας από τα κατάλοιπα της σχάσης που συνεχίζουν να είναι θερμικά ενεργά και μετά το σβήσιμο του αντιδραστήρα. Κατά συνέπεια, η ασφαλής λειτουργία απαιτεί συνεχή ροή ψυκτικού υγρού. Το τσουνάμι κατέστρεψε τις εφεδρικές γεννήτριες, προκαλώντας πλήρη απώλεια ισχύος. Χωρίς ψύξη, η θερμοκρασία ξεπέρασε τους 1200°C, προκαλώντας μια χημική —και όχι πυρηνική— αντίδραση μεταξύ του κράματος ζιρκονίου των ράβδων και του υπέρθερμου ατμού προκαλώντας εκρηκτικές συνθήκες για το παραχθέν υδρογόνο που διέρρηξε τα εξωτερικά κτίρια.
Η επιστημονική κοινότητα προχώρησε άμεσα σε αναβάθμιση των συστημάτων ασφαλείας: (α) Εγκαταστάθηκαν σε όλα τα εργοστάσια αισθητήρες εντοπισμού υδρογόνου και συσκευές κατάλυσής του ξανά σε νερό, αποτρέποντας τον κίνδυνο έκρηξης, χωρίς να απαιτούν ηλεκτρικό ρεύμα.(β) Υιοθετήθηκαν πρωτόκολλα για την ανάπτυξη πολλαπλών, ανεξάρτητων δικτύων παροχής νερού και ρεύματος (φορητές αντλίες, μπαταρίες, γεννήτριες) στρατηγικά τοποθετημένων σε υπερυψωμένα, αντισεισμικά και θωρακισμένα σημεία. (γ) Εγκαταστάθηκαν ενεργά φίλτρα που επιτρέπουν την ελεγχόμενη αποσυμπίεση του κτιρίου σε ακραίες συνθήκες, κατακρατώντας σχεδόν το σύνολο των ραδιοϊσοτόπων αποφεύγοντας ταυτόχρονα τις εκρηκτικές συνθήκες.
Ενεργειακή Αφθονία: Πυρηνική, η άπειρη ενέργεια
Με τη συζήτηση για την υιοθέτηση της πυρηνικής ενέργειας στον ελλαδικό χώρο να έχει ανακύψει πρόσφατα, ο σχεδιασμός του ενεργειακού δικτύου του μέλλοντος με στόχο την απολιγνιτοποίηση έχει εισέλθει σε νέο επίπεδο. Συχνά όμως δημιουργείται μια παρανόηση: ότι οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) με την ισχυρή διείσδυση στο ενεργειακό πλέγμα της χώρας μπορούν από μόνες τους να σηκώσουν το βάρος της σύγχρονης βιομηχανίας και των απαιτήσεων των παραγωγικών τομέων της οικονομίας, όπως πχ η ναυτιλία. Στο σημείο αυτό αξίζει ίσως να εξηγηθεί η διαφορά μεταξύ της "παραγωγής" και της "σταθερής αφθονίας" ενέργειας.
Οι ΑΠΕ είναι κρίσιμες, αλλά ανάμεσα σε άλλα πάσχουν διαχρονικά από διαλειψιμότητα. Όταν δεν φυσάει ή είναι νύχτα, η παραγωγή τους μηδενίζεται. Εδώ είναι που η φυσική της πυρηνικής ενέργειας προσφέρει ένα ασύγκριτο πλεονέκτημα: την Ενεργειακή Πυκνότητα, αυτό που την καθιστά, χαριτολογώντας ίσως, άπειρη ενέργεια. Ένα σφαιρίδιο Ουρανίου-235, μεγέθους όσο η άκρη του δαχτύλου μας, κρύβει εντός του την ενέργεια 1 τόνου άνθρακα. Η σχάση αποδίδει ανά αντίδραση χονδρικά 100’000’000 φορές περισσότερη ενέργεια από αυτή που εκλύεται στις χημικές αντιδράσεις των ορυκτών καυσίμων.
Αυτή η τεράστια πυκνότητα μεταφράζεται σε ασύγκριτη αποδοτικότητα δικτύου. Επιπλέον, σε σχέση με τις ΑΠΕ, ο συντελεστής δυναμικότητας είναι 3-5 φορές μεγαλύτερος, η διασύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο είναι άμεση και ευκολότερη, η χρήση γης σημαντικά μικρότερη και η διάρκεια ζωής 2-3 φορές μεγαλύτερη.
Το Μέλλον: SMR, μίνι- και μικρο-αντιδραστήρες, Παθητική Ασφάλεια
Τα μαθήματα από το Τσερνόμπιλ και της Φουκουσίμα, αλλά και η προσαρμογή της ζήτησης για ενεργειακή αφθονία σε μικρότερης κλίμακας, πιο διεσπαρμένες, πιο ευέλικτες μονάδες πυρηνικής ενέργειας έχει οδηγήσει την τεχνολογική καινοτομία προς το σχεδιασμό και την ανάπτυξη των Μικρών Αρθρωτών Αντιδραστήρων ή SMR (Small Modular Reactors), για τους οποίους υπάρχει διαρκής κλιμάκωση των σχεδίων και των διαθέσιμων επιλογών προς εκμετάλλευση.
Οι νέοι αυτοί αντιδραστήρες είναι σχεδιασμένοι με βασικό γνώμονα σχεδιασμού την Παθητική Ασφάλεια (Walk-away safe). Σε περίπτωση πλήρους απώλειας ρεύματος, τα συστήματα δεν χρειάζονται αντλίες. Η ψύξη επιτυγχάνεται μέσω φυσικής κυκλοφορίας, όπου το θερμότερο ρευστό ανεβαίνει και το ψυχρότερο κατεβαίνει, απομακρύνοντας τη θερμότητα διάσπασης αποκλειστικά μέσω των φυσικών νόμων της βαρύτητας και της θερμοδυναμικής.
Επιπλέον, πολλά σχέδια εγκαταλείπουν τους αντιδραστήρες πεπιεσμένου ύδατος. Χρησιμοποιούν προηγμένα ψυκτικά μέσα, όπως Τηγμένα Άλατα ή Υγρά Μέταλλα, τα οποία έχουν πολύ υψηλά σημεία βρασμού. Αυτό σημαίνει ότι ο αντιδραστήρας λειτουργεί σε κανονική, ατμοσφαιρική πίεση αποφεύγοντας τον κίνδυνο εκρηκτικής αποσυμπίεσης, ο οποίος παύει να υφίσταται, καταργώντας ταυτόχρονα την ανάγκη για πολύπλοκα συστήματα διαχείρισης πίεσης.
Η ραγδαία ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης έχει βρει και αυτή το δρόμο της γοργά στο νέο σχεδιασμό. Συστήματα λήψης αποφάσεων με κεντρικό κριτήριο την ολιστική ασφάλεια της πυρηνικής εγκατάστασης σχεδιάζονται και προσφέρουν σημαντικά αναβαθμισμένο τρόπο ελαχιστοποίησης κάθε ρίσκου που εμπλέκεται στον κύκλο λειτουργίας. Με τις αστοχίες και τα λάθη του παρελθόντος, μπορούμε σήμερα να θεωρούμε την πυρηνική τεχνολογία ως μια ασφαλή επιλογή, αλλά και ως τη μοναδική τεχνολογικά ώριμη λύση ικανή να παρέχει την απόλυτη ενεργειακή αφθονία, θωρακίζοντας τις κοινωνίες μας και εξασφαλίζοντας την ενεργειακή και την οικονομική ασφάλεια σε ένα επισφαλή γεωπολιτικό περιβάλλον που δείχνει να περνάει τη δική του κρίση.
* Ο Θεόδωρος Μερτζιμέκης είναι Καθηγητής Πυρηνικής Φυσικής ΕΚΠΑ
tmertzi@phys.uoa.gr
