TEMA BROJA
Miloslav Rajković
Nuklearna energija / Prof. Jasmina Vujić, Department of Nuclear Engineering,
University of California at Berekley, USA
Neukrotiva goropad kao dobar sluga
 Svet se suočava sa velikim izazovima u nastojanjima da istovremeno očuva životnu sredinu i obezbedi dovoljno energije, imajući u vidu da skoro trećina stanovništva nema pristup električnoj energiji i da nerazvijene zemlje kao i zemlje u razvoju uglavnom koriste fosilna goriva kao glavne energente. Prema svim analizama ova ozbiljna situacija može samo da se pogoršava iz godine u godinu, ukoliko se ne obezbede energetski izvori koji će biti efikasniji i jeftiniji, a da istovremeno njihov negativan uticaj na okolinu bude minimalan. Sa sedam milijardi ljudi koliko danas živi na našoj planeti i sa konstantnim porastom potreba za energijom, jasno je da se u obzir moraju uzeti svi mogući izvori energije, uključujući i nuklearnu - kaže prof. Jasmina Vujić sa Univerziteta Kalifornija u Berkliju.
Kao jedan od vodećih američkih stručnjaka u oblasti nuklearne tehnike i rukovodilac dva nuklearna istraživačka centra koji broje 150 saradnika (profesora, postdoktoranata i doktoranada sa osam vodećih univerziteta u SAD), prof. Jasmina Vujić u podužem intervjuu za Planetu iznosi argumente protiv antinuklearne histerije i daje prednost nuklearnoj energiji nad drugim energetskim izvorima, zalažući se za tehnološke inovacije koje će njeno korišćenje učiniti neuporedivo bezbednijim. Jer, ističe, idealnih izvora energije nema.
Razgovor je počeo od samog određenja termina nuklearna energija, uverivši nas pritom da je mogla biti i vrstan leksikograf.
- Zbog otkrića atomskog jezgra (nukleusa) 1911. godine, Ernest Raderford (Radherford) se smatra ocem nuklearne fizike. Ono se sastoji od pozitivno naelektrisanih protona i neutralnih neutrona, koji se nazivaju jednim imenom – nukleoni a povezani su jakim privlačnim nuklearnim silama koje deluju na veoma kratkom rastojanju. Raderford je dao ime proton 1920, dok je Čadvik (James Chadwick) tek 1932. godine otkrio neutron.
Sve što je vezano za atomsko jezgro nosi ime “nuklearno”: zračenje koje se emituje iz nestabilnih jezgara označava se kao nuklearno zračenje (alfa, beta, gama), a energija koja se oslobađa u toku nuklearnih transformacija naziva se nuklearnom energijom. U kolokvijalnoj upotrebi “nuklearno” može da ima i druga značenja, pogotovo negativna, kao u američkoj politici kad kažu da će koristiti “nuklearnu opciju”, što znači neće dozovliti dogovor, već će se nešto nametnuti.
Strukturu i transformacije atomskog jezgra proučava nuklearna fizika, dok se deo medicinske dijagnostike koja koristi nuklearno zračenje naziva nuklearna medicina. Nuklearna energetika se odnosi na proizvodnju električne struje korišćenjem nuklearne energije tokom transformacija jezgra: u procesu fisije, gde se ona oslobađa cepanjem teških jezgara, i fuzije, gde se energija oslobađa spajanjem lakih jezgara.
Da tako dobijena energija nije prvi put iskorišćena u vojne svrhe sa užasavajućim posledicama, živeli bismo u drugačijem svetu. Da li je sve to moralo da se dogodi kako se dogodilo, po nekom višem i nedokučivom planu?
Duboko verujem da se otkriće nuklearne fisije nije desilo na samom početku Drugog svetskog rata, da bi sudbina mirnodopskog korišćenja nuklearne energije bila sasvim drugačija. Priča kako je došlo do otkrića fisije je vrlo interesantna i navešću samo nekoliko detalja. Italijanski naučnik Fermi (Enrico Fermi) je, zahvaljujući otkrićima Raderforda i Čadvika, već od 1934. godine počeo da bombarduje jezgra svih hemijskih elemenata neutronima, počevši od vodonika.
Kao kriminalni roman
Njegovi eksperimenti su odmah zainteresovali dva naučna tima: nemački – Ota Hana, Lizu Majtner i Frica Štrosmana (Otto Hahn, Lise Meitner, Fritz Strassmann) i francuski – Irenu i Frederika Žolio-Kiri (Irène et Frédéric Joliot-Curie) i našeg Pavla Savića, koji su počeli da bombarduju neutronima do tada najteži poznati hemijski element uranijum. Zanimljive i neobjašnjive stvari su počele da se dešavaju sa ovim eksperimentima tako da se period od 1937. do otkrića nuklearne fisije početkom 1939. godine prati kao kriminalni roman: ko, šta, kad, kako, zašto?
Sa dodele prizanja ANS Fellow, desno John Kelly, predsednik Američkog nuklearnog društva |
Nobelovu nagradu za otkriće fisije je dobio Oto Han 1944. za hemiju i to za rad koji je sa Štrosmanom objavio 6. januara 1939. godine! Po mom mišljenju, Han je samo jedan od nekoliko naučnika koji su zaslužili da dele tu nagradu. Liza Majtner je još 1938. godine morala da pobegne iz nacističke Nemačke u Švedsku, ali je bila u stalnom kontaktu sa Hanom, i tek na njeno insistiranje Han i Štrosman su ponovili eksperimente koje je francuski tim objavio 1937. i 1938. Tim Žolio-Kiri i Savić su u svojim radovima, gde su uranijum bombardovali neutronima, utvrdili prisustvo hemijskih elemenata iz sredine periodnog sistema, ali nisu imali dovoljno “hrabrosti” da ukažu da je došlo do cepanja uranijumskog jezgra na lakša jezgra. Ovu priču sa mnogo više detalja sam čula direktno od Pavla Savića daleke 1985.
Mada je Han u svom radu iz januara 1939. potvrdio ono što je francuki tim već ranije publikovao – prisustvo hemijskih elemenata iz sredine periodnog sistema (barijum, lantan, cerijum), on nije u tom radu dao teoretsko objašnjenje cepanja jezgra uranijuma, niti je primetio da mora da postoji konzervacija nukleona pre i posle nuklearne reakcije. Liza Majtner i Oto Friš (Otto Frisch) su u svom radu koji su objavili samo mesec dana kasnije (11. februara 1939.) dali teoretsko objašnjenje novog procesa cepanja jezgra uranijuma, kome su dali ime “fisija”, i utvrdili količinu oslobođene nuklearne energije mereći kinetičku energiju fisionih fragmenata (oko 200 MеV). Žolio-Kiri je takođe izmerio prisustvo fisionih fragmenata i to objavio 30. januara 1939.
Neverovatno je da se u toku samo dva meseca od objavljivanja ovih radova počelo raditi na istraživanju lančane reakcije i načinima za korišćenje ove ogromne oslobođene energije. Tim koji je predvodio Frederiko Žolio-Kiri je tokom 1939. i početkom 1940. dobio pet patenata vezanih za dizajn nuklearnih reaktora, dok je tim predvođen Fermijem, koji je već napustio Italiju i otišao u Njujork na Univerzitet Kolumbija, radio na kontrolisanoj lančanoj reakciji.
Izbijanje ratnih sukoba je ubrzalo istraživanja i prekrilo velom tajnosti?
Nemačka je napala Poljsku 1. septembra 1939, dva dana kasnije su Velika Britanija i Francuska objavile rat Nemačkoj, a u maju 1940. Nemačka je napala i okupirala Francusku. Mnogi naučnici koji su radili na nuklearnoj fisiji ubrzano su napuštali Evropu. Žolio-Kiri je uspeo da sakrije sva dokumenta vezana za svoja istraživanja i da jedan deo prebaci u Englesku, a zatim se pridružio francuskom Pokretu otpora. U Britaniji je formiran MAUD komitet, koji je početkom 1940. pripremio dva tajna izveštaja: jedan izveštaj je sadržao opis kako da se napravi nuklearna bomba, a drugi opis kako da se fisija uranijuma iskoristi kao energetski izvor (“uranijumski bojler”). Veoma rano po otkriću nukelarne fisije shvatilo se da oslobođena nuklearna energija može da se koristi za strašna razaranja (nuklearne bombe) ili za dobrobit čovečanstva (nuklearna energetika).
Jekaterinburg 2017, iza je nuklearna elektrana Bjelojarskaja: Toru Obara, Tokyo Institute of Technology, prof. Jasmina Vujić sa doktorandom Sandrom Bogetić i kolegom iz Izraela |
Kako se sve to desilo u ratno vreme, preovladala je želja da se ta nova energija iskoristi prvo za pravljenje nuklearnih bombi, što je zauvek obeležilo nuklearnu energiju u očima običnog čoveka kao neukrotivu i opasnu goropad.
Velika očekivanja od mirnodopskog korišćenja nuklearne energije bila su time izneverena. Vi smatrate da ona nisu bila nerealna i da nuklearna energija ima prednost nad drugim energetskim izvorima?
SAD su 1945. godine bacile dve nuklearne bombe na dva japanska grada: 6. avgusta na Hirošimu i 9. avgusta na Nagasaki. Poginulo je nekoliko stotina hiljada ljudi, iako je rat u Evropi bio završen još u maju, a Japan je pregovarao o predaji.
Veliki broj naučnika koji su bili uključeni u tajni program “Manhatn” tražili su da se nuklearne bombe ne upotrebe, ali njihova peticija nikada nije predata predsedniku Trumanu. Vodeći nuklearni naučnici Fermi, Žolio-Kiri i Openhajmer (Robert Oppenheimer) su izrazili duboko razočaranje i tugu zbog korišećenja nuklearne energije za razaranje umesto u proizvodnju električne energije.
Primer Francuske
Francuska je još jedan od velikih izvoznika komercijalnih nuklearnih reaktora. Sredinom 70-ih, Francuska je bila dosta pogođena energetskom krizom i odlučila je da fosilna goriva potpuno zameni nuklearnim elektranama. Iz tog vremena je poznata njihova krilatica: ”No oil, no coil, no choice”, odnosno Bez nafte, bez ulja, bez izbora. To je jedan od pozitivnih primera kako državna politika može da pomogne industriji – u Francuskoj se razvija samo jedan tip komercijalnog reaktora, zakonom je utvrđen plan za dugoročno rešavanje problema istrošenog goriva i postoji jedinstvena saradnja državnog i privatnog sektora u svim oblastima razvoja i komercijalizacije nuklearne tehnologije |
Prednosti nuklearne energetike
Idealni energetski izvori ne postoje: možemo uvek da diskutujemo o rizicima po stanovništvo i okolinu od kojih ni jedan energetski izvor nije imun, o njihovoj efikasnosti, o proizvodnoj ceni, o štetnim emisijama ili o količini proizvedenog štetnog otpada.
Glavna prednost nuklearne energetike je što je veoma mala količina nuklearnog goriva potrebna da bi se proizvela ista količina energije u odnosu na druge energetske izvore. Elektrana snage 1000 МW(е), npr., potroši godišnje dva miliona tona uglja u odnosu na 30 t uranijumskog goriva. Termoelektrana na ugalj će proizvesti godišnje šest miliona tona ugljendioksida, 120.000 t sumpordioksida, 25.000 t nitrooksida i oko 300.000 t pepela, prašine i drugih štetnih materija. S druge strane, nuklearne elektrane iste snage od 30 t uranijumskog goriva koje potroše u toku godine, proizvešće samo jednu tonu radiaktivnog otpada (fisioni fragmenti), dok 29 t predstavlja uranijum i plutonijum koji mogu ponovo da se iskoriste ako se istrošeno nuklearno gorivo preradi.
Druga velika prednost nuklearne energetike jeste veliki faktor kapaciteta – preko 90%. Faktor kapaciteta se definiše kao odnos količine električne enrgije realno proizvedene u toku godine u odnosu na moguću proizvodnju ako data elektrana može da radi 100% svih 365 dana godišnje, 24 sata na dan. Za solarne elektrane, npr., faktor kapaciteta je ispod 20%, a nešto iznad 20% za vetrogeneratore. To bazično znači da proizvodnu cenu električne enrgije na solarnim elektranama i vetrogeneratorima treba uvećati skoro pet puta da bi se dobila realna cena i uporedila sa proizvodnom cenom na nuklearnim i termoelektranama.
Prof. Jasmina Vujić sa svojom grupom sa Berklija |
Zagovornici vetrogeneratora i solarnih elektrana uglavnom govore o “instalisanim kapacitetima”, zaboravljajući da kažu da ovi energetski izvori mogu da iskoriste samo petinu instalisanog kapaciteta za stvarnu proizvodnju električne energije. S moje tačke gledišta, cinično je ubeđivati siromašne zemlje da grade vetroparkove i solarne elektrane i da plaćaju najskuplju proizvodnu cenu elekrtične energije. Zaboravlja se takođe da vetrogeneratori moraju da se menjaju svakih 15 godina, a da postoji niz problema sa solarnim elektranama.
S druge strane, tri nuklearna akcidenta: Ostrvo Tri Milje 1979, Černobilj 1986. i Fukušima 2011. su veoma negativno uticali na razvoj i izgradnju nuklearnih elektrana u svetu, naročito u visoko razvijenim zemljama, mada jedino u slučaju Černobilja imamo ljudske žrtve koje se direktno mogu pripisati preteranom ozračivanju. Kod sva tri akcidenta, ljudske greške su značajno doprinele da se akcidenti dese, mada u slučaju Černobilja imamo i greške u dizajnu, a u slučaju Fukušime i dve prirodne katastrofe – zemljotres jačine 9,0 i cunami visine 15 metara.
Ovi akcidenti ipak nisu promenili energetsku politiku Francuske i nekih najmnogoljudnijih zemalja?
Kina, Indija i Rusija su nastavile izgradnju nuklearnih elektrana bez prekida. Rusija nastavlja da razvija svoje moderne dizajne reaktora i ulaže dosta u razvoj brzih reaktora koji bi trebalo da omoguće zatvaranje gorivnog ciklusa uz preradu istrošenog goriva sa termičkih reaktora. Elektrana Bjelojarskaja (Белоярская атомная электростанция им. И. В. Курчатова) u Jekaterinburgu ima zasad dva jedina “brza” reaktora u svetu, BN–600 (600 MWe) i BN–800 (885 MWe), koji rade i proizvode električnu energiju. Imala sam priliku da tokom jedne međunarodne konferencije o brzim reaktorima u ovom gradu s kolegama posetim elektranu i prošetam se po unutrašnjosti ova dva reaktora. Od 59 energetskih reaktora koji se grade u svetu, Rusija gradi 17 u sedam zemalja.
Trenutno u 30 zemalja postoji 450 nuklearnih reaktora za proizvodnju električne energije i novi se grade u 15 zemalja, najviše u Aziji. Procentualno, nuklearne elektrane imaju najveći udeo u proizvodnji električne energije u Francuskoj (blizu 80%), dok je u sledećim zemljama udeo veći od 30%: Ukrajina (56.5%), Slovačka (55.9%), Mađarska (52.7%), Slovenija (38%), Belgija (37.5%), Jermenija (34.5%), Švedska (34.3%), Finska (33.7%), Švajcarska (33.5%), Češka (31.7%), Južna Koreja (31.7%), Bugarska (31.3%), slede Španija (20.3%), SAD sa oko 20%, u Velikoj Britaniji je taj udeo 18.9%, Rusiji 18.6%, Rumuniji 17.3%, Kanadi 16.6%, Nemačkoj 4.1%, u Indiji 3.5% i Kini svega tri dosto. Najviše reaktora se trenutno gradi u Kini (17) i Rusiji (6), dok se u Kini planira izgradnja u skorijoj budućnosti još 31, a u Rusiji 22 reaktora.
Kakvo je situacija u drugim zemljama, posebno Srbiji i njenom širem okruženju?
Primat razvoja nuklearnih tehnologija se preselio na istok, u Rusiju i Kinu. Južna Koreja je sama počela da gradi nuklearne elektrane za inostrano tržište. Posle akcidenta u Fukušimi, u Japanu je potpuno zaustavljena izgradnja nuklearnih elektrana dok se dovoljno ne ispita sigurnost postojećih reaktora.
Što se Srbije tiče, situacija je više nego nezadovoljavajuća ne samo u pogledu (ne)mogućnosti izgradnje nuklearne elektrane u budućnosti, već i u nedostatku nuklearnih stručnjaka, jer je obrazovanje novih generacija prestalo pre više od dve decenije. Od susednih zemalja, izgradnja nuklearnih elektrana će se verovatno nastaviti u Bugarskoj, Rumuniji i Mađarskoj, a sigurno u Slovačkoj i Češkoj.
Ne vidim da će bivše jugoslovenske republike, ni u daljoj budućnosti, imati želju i volju za izgradnjom nuklearki, mada su u Sloveniji postojali planovi da se izgradi druga nuklearna elektrana. Moj predlog od pre nekoliko godina je bio da Srbija napravi saradnju sa Bugarskom ili Mađarskom, i uloži u izgradnju nuklearnih elektrana u tim zemljama, da bi joj proporcionalno ulaganjima bila isporučena određena količina električne energije godišnje.
Čudna odluka Nemačke
Posle akcidenta u Fukušimi, nekoliko zemalja je donelo političke odluke da prestanu sa investiranjem u nuklearke?
Najčudnija je odluka Nemačke, koja je ugasila sedam nuklearnih elektrana koje su još koju deceniju mogle da rade bez problema, i to pod pritiskom Zelenih, da bi ih praktično zamenila termoelektranama na ugalj! Izgradili su gomilu vetrogeneratora na Severnom moru, ponovo pokrenuli ugašene termoelektrane na ugalj, koje su neophodne u periodima kada vetrogeneratori ne rade. Cena električne energije u Nemačkoj je drastično skočila i dosta je uvoze iz Francuske – koja, naravno, skupo prodaje električnu energiju koju jeftino proizvede sa svojih 59 nuklearnih reaktora
U Sjedinjenim Državama akcident na Ostrvu Tri Milje 1979. doveo je do kompletnog zastoja u izgradnji novih nuklearnih elektrana. Administracija Džordža Buša Mlađeg je oživela gradnju novih elektrana i planove za podzemno odlaganje istrošenog nuklearnog goriva, ali je sve to zaustavljeno dolaskom Obame na vlast, pogotovo posle akcidenta u Japanu. Trenutno, Trampova vlada podržava inovacioni razvoj malih modularnih nuklearnih elektrana, kao i konačno rešavanje odlaganja istrošenog nuklearnog goriva.
Predsednik Putin, međutim, veliki značaj pridaje izvozu moderne nuklearne tehnologije. Rusija jedina nudi kompletan paket – od kredita za izgradnju, obuke kadra, izgradnje infrastrukture, prodaje svežeg nuklearnog goriva, do preuzimanja i prerade istrošenog.
Da li je jedino nesreća na Ostrvu Tri Milje uzrok stagnacije Sjedinjenih Američkih Država nekada vodećih u razvoju nuklearne tehnologije?
Srbija i Kalifornija
Kako iz bogate i razvijene Kalifornije vidite situaciju u Srbiji?
I u Kaliforniji i u Srbiji je kratkovidost i politička korektnost dovela do toga da se zakonski zabranjuje izgradnja nuklearnih elektrana. Kalifornija je imala, nekoliko nuklearnih elektrana, ali se one gase jedna za drugom i trenutno rade samo dva komercijalna reaktora. Kalifornija je krajnje “liberalna” država, što znači da se promoviše samo “zelena” energija, kao što je enеrgija vetra ili sunca. Dosta se ulaže u ovu vrstu (preskupih i neefikasnih) energetskih izvora, mada je njihov udeo bazično zanemariv i ona je prinuđena da dosta struje uvozi iz okolnih država i da se sve više bazira na elektranama na prirodni gas. Zbog izuzetno striktnih zakona o izgradnji i emisijama u Kaliforniji se decenijama ništa nije gradilo.
Naravno, Kalifornija je daleko bogatija od Srbije te može sebi da priušti greške u energetskom razvoju, što Srbija ne bi trebalo da radi. Nažalost, u Srbiji se trenutno promovišu/grade vetroparkovi, i to u Vojovdini (!), zauzimajući velike površine plodnog zemljišta, uz zakonski regulisanu visoku prodajnu cenu elektrićne energije. Ovaj pristup (mada zvuči lepo i “održivo”) pokazuje nizak nivo energetskog obrazovanja u Srbiji. |
Danas najrazvijeniju nuklearnu tehnologiju ima Rusija, pa Francuska. Nažalost, SAD su bile lider na ovom polju nekoliko decenija posle Drugog svetskog rata, ali je splet više okolnosti doveo do toga da sada veoma zaostaju – akcident na Ostrvu Tri Milje, velika opozicija raznih nevladinih organizacija, jeftini prirodni gas, nepostojanje dugoročne državne energetske politike (demokrate su za solarne elektrane i vetrogeneratore, republikanci su za nuklearke i termoelektrane na ugalj, tako da se svakih osam godina energetska politika okreće u suprotnom pravcu), kao i politika sankcija protiv najmnogoljudnijih zemalja, kao što su Kina i Indija. Obe američke kompanije (General Electric, Westinghouse) koje su dizajnirale i prodavale nuklearne reaktore, bazično su bankrotirale i prodate strancima.
Kina velikim koracima preuzima zapadnu nuklearnu tehnologiju – nuklearne reaktore u Kini su gradile kompanije iz Francuske, Kanade, Rusije, a danas se grade i najmoderniji dizajni Vestinghausa (preko japanske kompanije Tošiba). Uslov da strane kompanije grade u Kini jeste prenos nuklearnih tehnologija, tako da je Kina danas spremna da razvije sopstvene dizajne nuklearnih reaktora za domaće i strano tržište.
Južna Koreja je, uz pomoć SAD, razvila sopstveni jedinstveni dizajn nuklearnih reaktora, iz jednostavnog razloga što nema druge prirodne resurse i ne želi da zavisi od uvoza iz inostranstva. KEPCO je državna kompanija, što je, kao i u slučaju Rusije, Kine, pa i Francuske, omogućavalo brži razvoj i izgradnju nuklearnih reaktora. Južna Koreja trenutno ima 24 energetska nukelarna reaktora koji proizvode blizu 30% električne enrgije. Jedinstvena je zemlja u zapadnom svetu po tome što je u periodu od 30 godina izgradnja njihovih nuklearnih reaktora trajala sve kraće i koštala sve manje. Sada radi na izvozu svoje nukelarne tehnologije.
Japan se odlučio za veliki udeo energetskih reaktora u proizvodnji električne enrgije, jer kao i Južna Koreja, nema druge prirodne resurse i zavisi od uvoza sirovina. Nažalost, japanska ostrva se nalaze u veoma trusnom području i neophodan im je najmoderniji tip nuklearnih reaktora, ako se odluče za dalja ulaganja u tom pravcu. Posle Fukušime, već nekoliko godina se vode ozbiljne diskusije u vezi sa rešavanjem energetskih problema Japana, ali će Japan i dalje, po mom mišljenju, ulagati u energetske nuklearne reaktore.
Mogu li se preduprediti havarije u nuklearnim elektranama i obezbediti siguran život u njihovoj okolini, da nuklearna enregija ne bude samo “neukrotiva goropad” već, pre svega, dobar sluga?
Prioritet istraživanja u oblasti novih generacija nuklearnih reaktora, naročito posle nesreće u Fukušimi, stvalja se na povećavanje njihove sigurnosti, ugrađivanje pasivnih sigurnosnih mera u moderne reaktorske dizajne, povećavanje njihove efikasnosti, produžavanje životnog veka, smanjivanje ukupne količine proizvedenog otpada, prerade i recikliranja istrošenog nuklearnog goriva i pronalaženje rešenja za dugoročno odlaganje radioaktivnih materija.
Dok je u slučaju černobiljskog akcidenta praktično sve “iscurilo” posle eksplozije izazvane paljenjem grafita korišćenog za usporavanje neutrona, jer taj stariji dizajn ruskih reaktora nije imao betonsko-čeličnu “kapu”, u akcidentima Ostrvo Tri Milje i Fukušima postojanje betonsko-čelične ”kape” je sprečilo da najopasnije zračenje i radioaktivne materije “iscure”. Naglašavam da su sva tri tipa reaktora na kojima su se desile havarije dizajnirana 60-tih godina prošlog veka. Danas se ubrzano radi na razvoju nuklearnih reaktora četvrte i pete generacije, gde će se uočeni nedostaci današnjih reaktorskih sistema izmeniti, pogotovo u pogledu sigurnosti i sprečavanja mogućnosti ljudskih grešaka koje mogu da dovedu do akcidenta.
Pet članica “nuklearnog kluba”: SAD, Rusija, Kina, Francuska i Velika Britanija, koje imaju nuklearne bombe i tehnologiju za njihovu proizvodnju, žele da spreče ostale zemlje da ilegalno preuzmu tu tehnologiju. Zato zemlje koje žele da koriste energetske nuklearne reaktore moraju da potpišu međunarodni sporazum o neširenju nuklearne tehnologije (Non-Proliferation Treaty – NPT), koji ih obavezuje da ih koriste samo u mirnodopske svrhe. Zemlje koje nisu potpisale NPT - Indija, Pakistan, Severna Koreja i Izrael imaju nuklearne bombe i tehnologiju za njihovu proizvodnju, što predstavlja generalni problem.
Kakvo je rešenje tog problema?
Jedno od mogućih realnih rešenja jeste tzv. ”take-back” pristup, gde zemlje koje grade komercijalne reaktore i imaju tehnologiju za njihov razvoj, omogućavaju zemljama koje žele pristup jeftinim energetskim izvorima da imaju nuklearne reaktore za proizvodnju električne enrgije bez istovremenog prenošenja znanja nuklearnih tehnologija. To znači da zemlje “nuklearnog kluba” grade nuklearne elektrane u zemljama “trećeg sveta” u okviru izolovanih “nuklearnih ostrva”, omogućavajući razvoj neophodne infrastrukture, obuku kadra, kredite, prodaju nuklearnog goriva, ali istovremeno preuzimaju na sebe odvoženje i preradu istrošenog nuklearnog goriva. To za sada jedino mogu da urade Rusija i Kina, i tu je njihova prednost. Francuska može da prerađuje tuđe istrošeno nuklearno gorivo, ali se ono vraća vlasnicima, jer po zakonu, ona to tuđe gorivo ne može da preuzme. SAD uopšte ne prerađuju istrošeno gorivo.
Novi nuklearni sistemi
Koliko se odmaklo u istraživanjima novih generacija nuklearnih reaktora? Svojevremeno ste govorili o ENHS (Encapsulated Nuclear Heat-Sourse) reaktoru tzv. “nuklearnoj bateriji”?
Pre skoro deset godina timovi iz 11 zemalja (uključujući i SAD) su analizirali i odabrali sledeću generaciju (tzv. četvrtu generaciju) nuklearnih energetskih sistema sa zatvorenim gorivnim ciklusom, koji su morali da zadovolje niz važnih kriterijuma: a) održivosti, b) ekonomičnosti, v) nuklearne sigurnosti i ispravnosti i g) bezbednosti nuklearnog materijala.
Pred ove sisteme je postavljeno nekoliko važnih zadataka koji su trebali da povećaju podršku javnosti, kao što je povećana zaštita okoline kroz smanjenje količine radioaktivnog otpada i produžavanje trajanja uranijumskih resursa (bilo preko novih dizajna ili preko prerade i recikliranja istrošenog goriva), kroz smanjenje radiotoksičnosti radioaktivnog otpada (transmutacijom sekundarnih aktinda 237Np, Am i Cm i dugoživećih fisionih proizvoda, kao što su 129I, 99Tc, 93Zr, 135Cs), kroz smanjenje štetnih emisija (zamenom elektrona na fosilna goriva nuklearnim elektronima) i kroz povećanje nuklearne sigurnosti uvođenjem tzv. pasivnih sigurnosnih sistema i sistema za efikasno sprečavanje mogućih terorističkih napada.
Najviše priznanje
Minule godine Jasmina Vujić je dobila priznanje ANS Fellow, najvišu počast koju član Američkog nuklearnog društva može da dobije za svoje prinose u nauci i struci. Jasmina Vujić je ovo zvanje zaslužila, kako stoji u obrazloženju: “Za dugogodišnje istraživačke doprinose i inovacije u razvoju nuklearnih nauka i nuklearne tehnologije, ukljućujući razvoj fizičkih metoda za analizu nuklearnih reaktora, razvoj ideja za moderne reaktore četvrte generacije i nove gorivne cikluse, kao i za inovacije u oblasti primenjene neutronske fizike i proizvodnje karakterističnih neutronskih snopova za razne primene”. Inostrani je član Akademije inženjerskih nauka Srbije i Akademije nauka i umjetnosti Republike Srpske. |
Ovi nuklearni sistemi su, pored proizvodnje električne energije, optimizovani i za efikasnu proizvodnju vodonika i druge svrhe. Veći broj sistema četvrte generacije se zasniva na brzim reaktorima, koji omogućavaju i proizvodnju novog nuklearnog goriva (breeding) i transmutaciju nepoželjnih transuranskih elemenata i aktinida (burning).
Ekonomičnost novih nuklearnih sistema se odnosi na smanjenje početnih investicja koje su kod velikih nuklearnih sistema ogromne i smanjenje rizika kod ulaganja u ove sisteme. Današnja cena od nekoliko milijardi dolara po nuklearnoj elektrani je nedostižna ne samo za privatne kompanije, već i za manje države, za koje su ova ulaganja van njihovih mogućnosti. Novi nuklearni energetski sistemi bi se zasnivali na inovacijama koje bi omogućile pojednostavljene dizajne i modularne konstrukcije, pasivne sigurnosne sisteme, višefaznu izgradnju većeg broja jedinica manje snage.
U središtu pažnje su modularni sistemi manje snage, koji mogu da rade pojedinačno ili u grupi od desetak modula. Razvoj reaktora male snage (SMR) je započeo pedesetih godina, kao energetski izvor za nuklearne podmornice. Većina tih dizajna je ostala tajna do danas, ali su neke ideje iskorišćene za razvoj malih kompaktnih modularnih reaktora, koji su čak i prenosivi ili prevozivi, jednostavni za upravljanje, daleko jeftiniji i pogodni za mnoge situacije u kojima se reaktori velike snage ne bi mogli efikasno koristiti. Prema definiciji Međunarodne atomske agnecije u Beču (IAEA), u kategoriju reaktora male snage spadaju reaktori sa snagom manjom od 300 MW(е), dok u kategoriju reaktora srednje snage spadaju oni sa snagom između 300 i 700 MW(е).
Danas postoji više od 50 dizajna reaktora male snage u raznim fazama razvoja, i više od 15 zemalja je uključeno u rad na reaktorima male snage. Dizajni malih reaktora se uglavnom razvrstavaju na one koji se zasnivaju na poznatim lakovodnim tehnologijama (kompaktni PWR, PWR za upotrebu na brodovima, BWR/PHWR), na one hlađene gasom, rastopljenim olovom ili tečnim natrijumom, kao i razne druge nekonvencionalnog dizajna. Tu opet prednost ima Rusija, čiji modularni reaktori tipa KLT–40S snage 300 MW(th)/70 MW(е) su već komercijalizovani, postavljeni na ploveće platforme, omogućavajući im time laku prevozivost i na obalama, gde su potrebni.
U SAD je u toku licenciranje prvog malog modularnog reaktora zasnovanog na lakovodnoj tehnologiji tipa PWR: NuScale (integralni PWR snage od 45 MW(е) modularnog dizajna, standardni PWR 17х17 gorivni elementi, prirodna cirkulacija primarnog hladioca – nema potrebe za pumpama i generatorima u slučaju akcidenta, gorivni ciklus od dve godine). U Južnoj Koreji je razvijen interesantan modularni reaktor SMART od 330 MW(th).
Na Univerzitetu Berkli odavno radimo na razvoju modernih reaktora četvrte i pete generacije. ENHS, koji ste pomenuli, je veoma interesantan dizajn malog prevozivog reaktora, hlađenog tečnim olovom. Nema pokretnih delova i pumpi, sam proizvodi onoliko novog goriva koliko potroši – znači ne treba da se dodaje novo gorivo i može da proizvodi električnu energiju 30 i više godina bez zaustavljanja. Nažalost, u SAD ne postoji mogućnost za izgradnju bilo kakvog novog prototipa reaktora, zbog užasno dugog i skupog perioda dobijanja dozvola i licenci. Radimo na nizu novih tipova reaktora – kao što su reaktori sa loptastim gorivom hlađeni fluoroidnim solima, reaktori sa tečnim protočnim gorivom koje se kontinuirano reciklira i sl.
Bez mogućnosti da se izgrade prototipi ovih reaktora, što je danas jedino moguće u Rusiji i Kini, naši reaktori su i dalje samo reaktori na papiru.
Budućnost je teško zamisliva bez nuklearne energije, ne samo u oblasti visokih tehnologija, svemirskih istraživanja, nego i u svakdonevnom životu, koliko god nam nad glavom stajali arsenali nuklearnih bojevih glava, strah od radioaktivnog otpada. Verujete li da će svet ipak “uvideti i svetliju stranu nuklearne energije”?
Skladištenje i prerada istrošenog radioaktivnog goriva jeste veliki problem, ali se i tu dosta meša politika. Prerada istrošenog nuklearnog goriva omogućava izdvajanje uranijuma–235 i plutonijum–239, koji onda mogu da se iskoriste za nuklearne bombe. Naravno, sile “niklearnog kluba” ne žele da se poznavanje ove tehnologije širi nekontrolisano.
Istrošeno nuklearno gorivo je izuzetno dragoceno i ja ga nikad ne bih nazivala “otpadom”. Kao što je prikazano na donjoj slici, jedan standardni gorivni element tipa PWR koji je sadržao oko 500 kg uranijuma pre ozračavanja u reaktoru, posle nekoliko godina provedenih u reaktorskom jezgru još uvek sadrži oko 475 do 480 kg uranijuma (94 do 96%), oko 5 kg plutonijum – Pu (1%) i oko 15 do 20 kg fisionih proizvoda – FP, uključujući sekundarne aktinide – MA (oko 3 do 5%). To znači da je moguće reciklirati oko 96% istrošenog goriva. Preostalih 4% se može odložiti u podzemno skladište ili se može uraditi transmutacija dugoživećih fisionih proizvoda u brzim reaktorima, čime se njihova radiološka toksičnost znanto smanjuje.
Prof. Maja Burić,
šef Katedre za nuklearnu fiziku Fizičkog fakuleta u Beogradu
Nemamo školu za nuklearce
Srbija nema posebnu školu za kadrove iz nuklearne energetike. To je, s jedne strane, verovatno uslovljeno nepostojanjem nuklearnih centrala: pre 20-30 godina postojao je odgovarajući smer na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, kaže prof. dr Maja Đurić, šef Katedre za nuklearnu fiziku na Fizičkom fakultetu, čija je šira oblast interesovanja fizika čestica i polja i rukovodi Centrom za kvantu teorijsku fiziku.
Zašto danas ne školujemo stručnjake iz nuklearnog inženjerstva i nuklearnih tehnologija, dr Maja Burić pojašnjava razvojem ove grane fizike, merama prosvetne politike i samom činjenicom, kako je to već ranije primećeno, da u odgovarajućim razvojnim strategijama nema ni pomena reči – nuklearno.
 -U istrazivačkom i naučnom smislu, nuklearna fizika se razvila u dva pravca: fiziku visokih energija, koja ispituje strukture čestica na skalama energija mnogo višim od energija jezgra (pa se prave ogromni akceleratori tipa LHC i drugih), i na fiziku čvrstog stanja, gde se postojeći akceleratori koriste i primenjuju
za istraživanja strukture novih materijala. Kada je reč o njihovoj primeni, tu su zaštita od jonizujućceg zračenja (za koju postoji odgovarajuća laboratorija u INN “Vinča”, a takođe, ova oblast je veoma razvijena na Departmanu za fiziku Univerziteta u Novom Sadu), i nuklearna energetika koju nemamo.
Prof. Burić napominje da specificni studijski programi nuklearne fizike ne postoje “ne samo zato sto neke veće potrebe za ovim kadrom nema, nego i zato što nas”, kako kaže, “cene akreditacije teraju da objedinimo smerove na master i doktorskim studijama”. Navodi i podatak da broj studenata koji se upisuju na prvu godinu doktorskih studija fizike svih smerova je oko 50, verovatno realno nešto manji, jer dosta naših studenata nastavlja školovanje u inostranstvu.
-Ukratko, verovatno, studija nema jer državna strategija u energetici, pa ni u naučno-tehnološkom razvoju, ne prepoznaje potrebu za nuklearnim elektranama, pa se smatra da ne postoji ni potreba za školovanjem kadra. |
Održivost nuklearnih sistema četvrte generacije se odnosi na njihovu sposobnost da podmire sve potrebe za energijom današnje, ali i budućih generacija, uz bolje korišćenje prirodnih resursa i zaštitu prirodne sredine. To uključuje zatvaranje gorivnog ciklusa, preradu i recikliranje istrošenog goriva i upotrebu 238U ili 232Th za proizvodnju novog nuklearnog goriva (breeding).
To takođe znači: korišćenje nuklearnih umesto elektrana na fosilna goriva, zamenu benzina i dizela u automobilskoj industriji jeftinim vodonikom koji bi se proizvodio na nuklearnim elektranama, proizvodnju vode za piće od morske vode i korišćenje „toplotnog viška“ sa elektrana za zagrevanje ljudskih naselja. Samnjivanje količine i radiotoksičnosti radioaktivnog goriva takođe znači i drastično smanjenje broja permanentnih podzemnih skladišta i pojeftinjenje odlaganja otpada.
Radi se i na većem korišćenju nuklearnih reaktora u komercijalnom prevozu preko okeana (više od 80% svetske trgovine s eobavlja morskim putevima). Ruski ledolomci su uglavnom na nuklearni pogon, kao i većina podmornica. Korišćenje nuklearnih reaktora na komercijalnim brodovima za prevoz robe bi omogućilo ogromno smanjenje štetnih emisija, jer vićina ovih brdova koristi fosilna goriva), kao i veliko povećanje brzine prevoza. Tu su, naravno, i nuklearni reaktori koji se koriste u svemiru.
Nuklearni reaktori se takođe koriste za proizvodnju radioizotopa koji se koriste u medicini za dijagnostiku. Neutronski snopovi iz reaktora mogu da se koriste i za neutronsku terapiju malignih oboljenja koja ne mogu da se tretiraju drugim metodama.
Postoji li u Srbiji u dogledno vreme mogućnost oživljavanja istraživačkog rada u nuklearnim tehnologijama?
Srbija je trenutno na putu da uništi i ono malo dobrog što je imala – i u obrazovanju, i u nauci, i u zdravstvu, a posebno u energetici. Institut za nuklearne nauke “Vinča” se sistematski uništava i pretvara u “zelenu Vinču”, kako je izjavio bivši ministar za nauku Domazet, odnosno cepa na manje delove, što je nametnuo bivši minister Đelić. Vrlo malo istraživanja u oblasti nuklearnih nauka se danas odvija u Institutu.
Srbija je, zahvaljujući neverovatnim dugogodišnjim greškama u odlukama vladajućih struktura, dovedena u zavisnost u svim oblastima, uključujući i proizvodnju hrane (poljoprivreda nam je danas na prosjačkom štapu), tako da je povratak u svetski vrh u oblasti nuklearnih tehnologija, gde je Institut “Vinča” nekada bio, samo pusti san.
Miloslav Rajković
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
