Μπορεί να σταματήσει μια πυρηνική κατάρρευση;

Λίγες ανθρωπογενείς απειλές εμπνέουν τόσο φόβο όσο το ενδεχόμενο μιας πυρηνικής κατάρρευσης. Το γεγονός ότι το «Τσέρνομπιλ», κάποτε μια σκοτεινή πόλη της Ουκρανίας, αναγνωρίζεται πλέον παγκοσμίως ως συνώνυμο της καταστροφής δείχνει πόσο βαθιά είναι αυτός ο φόβος. Η κατάρρευση του 1986, η οποία άφησε 28 νεκρούς και έκτοτε προκάλεσε γενετικές μεταλλάξεις σε τοπικούς σκύλους, έγινε σημείο συγκέντρωσης για τους επικριτές της πυρηνικής ενέργειας, οι οποίοι φοβούνται ότι παρόμοιες καταστροφές θα συμβούν αλλού. Η πυρηνική ενέργεια έχει τεράστιες δυνατότητες ως πηγή ενέργειας χωρίς άνθρακα σε μια εποχή που ο πλανήτης τη χρειάζεται απεγνωσμένα, αλλά αυτή η δυνατότητα δεν μπορεί να επιτευχθεί χωρίς την εμπιστοσύνη του κοινού. Για το σκοπό αυτό, οι μηχανικοί των πυρηνικών σταθμών επινοούν όλο και περισσότερες μεθόδους για να σταματήσουν την πυρηνική κατάρρευση προτού προκληθεί οποιαδήποτε ζημιά.

Οι πρώτοι πυρηνικοί σταθμοί χτίστηκαν από τη δεκαετία του 1950 και από την αρχή, ο μετριασμός του κινδύνου κατάρρευσης ήταν κορυφαία προτεραιότητα. Αυτός ο κίνδυνος προκύπτει όταν ένας πυρηνικός αντιδραστήρας υπερθερμαίνεται, επομένως για να αποφευχθεί η τήξη, οι αντιδραστήρες χρειάζονται ισχυρά συστήματα ψύξης. Ιστορικά, αυτά τα συστήματα βασίζονταν στην κυκλοφορία του νερού γύρω από τον πυρήνα του αντιδραστήρα προκειμένου να συγκρατήσουν τη θερμότητα του ραδιενεργού καυσίμου μέσα σε αυτόν, και γενικά, αυτά τα συστήματα ήταν επιτυχή. Ωστόσο, το καταστροφικό γεγονός στο Τσερνόμπιλ και η κατάρρευση του ιαπωνικού πυρηνικού σταθμού Fukushima Daiichi το 2011 (ο οποίος ανακοίνωσε το 2020 ότι θα αντλούσε το ραδιενεργό νερό του πίσω στον ωκεανό) συνέβησαν επειδή έσπασαν τα αντίστοιχα συστήματα ψύξης τους. Τα διδάγματα που αντλήθηκαν από αυτές τις καταστροφές διαμορφώνουν τώρα μια νέα προσέγγιση στην πυρηνική ενέργεια.

Ο πυρήνας ενός πυρηνικού αντιδραστήρα περιέχει εκατοντάδες ράβδους καυσίμου γεμάτες με ουράνιο, οι οποίες παράγουν τεράστια ποσότητα θερμότητας μέσω της διαδικασίας της πυρηνικής σχάσης. Υπάρχουν δύο κύρια συστήματα για τη διατήρηση της αντίδρασης σχάσης υπό έλεγχο. Πρώτα είναι οι ράβδοι ελέγχου που κατασκευάζονται από στοιχεία όπως το κάδμιο και το βόριο που μπορούν να απορροφήσουν τα νετρόνια που παράγονται από την πυρηνική σχάση. Η εισαγωγή των ράβδων ελέγχου στον πυρήνα του αντιδραστήρα σταματά την πυρηνική αντίδραση, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει τεράστια ποσότητα υπολειμματικής θερμότητας, γνωστή ως ραδιογονική θερμότητα. Εκεί είναι που παίζει το δεύτερο χαρακτηριστικό ασφαλείας – το σύστημα ψύξης. Ο πυρήνας του αντιδραστήρα περιβάλλεται από ένα ρευστό ψυκτικό υγρό, το οποίο κυκλοφορεί συνεχώς από αντλίες για να αποτρέψει την υπερθέρμανση του πυρήνα.

Οι τήξεις συμβαίνουν όταν σπάσει το σύστημα ψύξης. Το ψυκτικό υγρό πρέπει να διατηρηθεί σε κυκλοφορία, διαφορετικά θα εξατμιστεί όλο, χωρίς να αφήνει τίποτα για να μεταφέρει τη θερμότητα μακριά από το καύσιμο. Εάν συμβεί αυτό, η θερμότητα του ουρανίου μπορεί να προκαλέσει την επένδυση ζιρκονίου των ράβδων καυσίμου να αντιδράσει με τον ατμό στο εσωτερικό και να παράγει αέριο υδρογόνο, το οποίο μπορεί να συσσωρευτεί μέχρι η πίεση να προκαλέσει έκρηξη, όπως συνέβη στο Τσερνομπίλ και στη Φουκουσίμα. Το καύσιμο μπορεί να φτάσει πάνω από 3.600 βαθμούς Φαρενάιτ, αρκετά ζεστό για να λιώσει το σκυρόδεμα και ο χάλυβας που περιβάλλουν τον πυρήνα. Αυτό δημιουργεί ένα τετηγμένο μείγμα ουρανίου, σκυροδέματος και μετάλλου που είναι κοινώς γνωστό ως κόριο. Είναι σαν ραδιενεργή λάβα και μπορεί να λιώσει κατευθείαν μέσα από το δάπεδο ενός εργοστασίου παραγωγής ενέργειας, στο έδαφος.

Η διεθνής κλίμακα πυρηνικών και ραδιολογικών γεγονότων (INES) βαθμολογεί όλα τα συμβάντα και τα ατυχήματα σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σε κλίμακα επτά επιπέδων. Μέχρι σήμερα, υπήρξαν μόνο δύο γεγονότα επιπέδου επτά – Τσερνόμπιλ και Φουκουσίμα – και τα δύο ήταν πυρηνικοί αντιδραστήρες πρώιμης γενιάς. Το Τσερνόμπιλ κατασκευάστηκε μεταξύ 1972 και 1977 και η Φουκουσίμα ήταν ακόμη παλαιότερη, χτίστηκε μεταξύ 1967 και 1971. Χρησιμοποιούσαν νερό ως ψυκτικό, όπως και η συντριπτική πλειοψηφία των πυρηνικών σταθμών, αλλά οι μηχανικοί έχουν πλέον αναγνωρίσει ότι το νερό δεν είναι η καλύτερη επιλογή για αυτόν τον σκοπό. Αυτό οδήγησε στη δημιουργία μιας νέας γενιάς πυρηνικών σταθμών, γνωστών ως αντιδραστήρες Gen IV, οι οποίοι χρησιμοποιούν νέες μεθόδους ψύξης για ένα πολύ καλύτερο σύστημα ασφάλειας.

Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες Gen IV χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους ψυκτικού υγρού, όπως υγρό νάτριο, λιωμένα άλατα και αέριο ήλιο, που δεν θα βράσουν γρήγορα εάν τα συστήματα κυκλοφορίας τους πέφτουν. Αυτό θα μπορούσε δυνητικά να κάνει την πυρηνική κατάρρευση παρελθόν, αλλά η τεχνολογία είναι ακόμα πολύ νέα. Η κυβέρνηση των ΗΠΑ σχεδιάζει να αναπτύξει πυρηνικούς αντιδραστήρες επόμενης γενιάς ήδη από το 2026, γεγονός που ελπίζουμε ότι θα θέσει τις βάσεις για την επέκταση της χρήσης τους. Ωστόσο, οι παλαιότεροι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής που βασίζονται σε συστήματα ψύξης με βάση το νερό εξακολουθούν να παρουσιάζουν τις ίδιες ανησυχίες με το Τσερνόμπιλ και τη Φουκουσίμα, οπότε καθώς η νέα γενιά μπαίνει στο παιχνίδι, μπορεί να δούμε ορισμένους από τους άλλους παλιούς δυναμικούς να κλείνουν ή να ξαναχτίζονται επιδιώκοντας μια ασφαλέστερη εποχή στην πυρηνική ενέργεια.