Kategoria: PostępAtomowy

Pisząc o historii energetyki jądrowej trzeba na wstępie wskazać, że jest to historia relatywnie krótka, którą z grubsza można ująć w przedziale ostatnich 70 lat. Przez ten czas ten typ uzyskiwania energii elektrycznej cieszył się większym bądź mniejszym zainteresowaniem. Niemniej istnieje on do dziś, pomimo, że technologia ta wzbudzała oraz wzbudza do dzisiaj ogromne kontrowersje. Warto zauważyć, iż po pewnym regresie energetyki jądrowej przypadającym na czasy po katastrofie w Czarnobylu oraz zawirowań po katastrofie w Fukushimie, wydaje się, iż ten rodzaj pozyskiwania energii ma się dobrze, a przynajmniej lepiej niż jeszcze 20 lat temu.

Zaczynając opowieść o historii energetyki jądrowej nie sposób przejść obojętnie nad historią samych odkryć związanych z atomem i jego jądrem, czyli fizyce jądrowej. To wszak te odkrycia dały podwaliny i umożliwiły powstanie energetyki jądrowej. 

Pierwszym, choć odległym, okryciem mającym wpływ na późniejszą energetykę jądrową było odkrycie i opisanie uranu. Zdarzenie to miało miejsce w 1789 roku i dokonane zostało przez Martina Heinricha Klaprotha. Warto wskazać, że sam uran, w postaci jego tlenku, znany był już dużo wcześniej i był wykorzystywany między innymi do barwienia szkła. Wydarzenie to, choć nie dające jeszcze żadnego znaku powstania fizyki jądrowej jest o tyle ważne, iż uran stanowi główne paliwo wykorzystywane w energetyce jądrowej. 

Powstanie fizyki jądrowej przypada natomiast na czas końca XIX i początek XX wieku. Postęp w tej dziedzinie dokonał się bardzo szybko. Jeśli przyjąć za pierwszy krok milowy, w stronę energetyki jądrowej, odkrycie promieniowania naturalnego przez Antoine. H. Becquerela w 1896 r., a za kolejny pierwsze rozszczepienie jądra uranu, które jest bazą dla istnienia reaktora jądrowego, w 1932 r. przez Otto Hahna i Fritza Straßmanna, to okazuje się, że czas między tymi wydarzeniami jest relatywnie krótki. Jeszcze szybszy skok techniczny zaobserwujemy między powstaniem pierwszego (prostego) reaktora jądrowego w 1942 roku, a uruchomieniem pierwszej elektrowni jądrowej w 1954 roku. Oczywiście poza wyżej wymienionymi trzeba mieć na względzie, że podwaliny pod energetykę jądrową stanowiło również wiele innych odkryć, które stworzyły fizykę jądrową. Między innymi odkrycie promieniowania X przez W. Röntgen, badania nad promieniotwórczością – małżeństwo Curie, odkrycie elektronu, stworzenie modelu budowy atomu, odkrycie neutronu i wiele innych.

Z perspektywy samej energetyki jądrowej, bodajże najważniejszym wydarzeniem było stworzenie pierwszego reaktora jądrowego zdolnego do podtrzymania reakcji rozpadu, która stanowi klucz do otrzymania energii z jądra atomu. W 1942 roku na uniwersytecie chicagowskim Enrico Fermi zbudował, w ramach projektu Manhattan rozpoczętego w październiku 1941 roku, pierwszy reaktor jądrowy. Konstrukcja Pile 1, bo taka nazwę ów reaktor otrzymał, była prosta i nie przypominała współczesnych reaktorów jądrowych, choć metoda stojąca za nimi jest taka sama. Pile 1 zbudowany był z uranu oraz bloków grafitu ułożonych w formie stosu. Z uwagi na obszerność tego artykułu po dokładny opis działania odsyłamy do w literaturze fachowej. Dla historii energetyki jądrowej najważniejszy okazał się fakt, iż eksperyment Fermiego zakończył się sukcesem. Udało się stworzyć samopodtrzymującą się reakcję łańcuchową. Eksperyment ten stanowił kluczowy moment dla możliwości wykorzystania atomu do produkcji energii. Zanim to jednak nastąpiło, większe znaczenie odegrało zastosowanie tego mechanizmu w wojskowości. Sam eksperyment Fermiego jak i inne badania na polu fizyki jądrowej z okresu lat 40 XX wieku miały na celu skonstruowanie nowego typu broni co udało się wraz z detonacją ładunku Trinity w 1945 roku, w ramach projektu manhattan którego dyrektorem naukowym był Roberta Oppenheimera.. 

Nie mniej lata 40. i 50. ubiegłego wieku to intensywny rozwój wykorzystania atomu również w celach pokojowych. W grudniu 1951 roku w stanie Idaho eksperymentalny reaktor/stos atomowy był w stanie wytworzyć 100kW mocy. W 1955 roku powstał pierwszy reaktor, w którym moderatorem była woda. Został on zainstalowany na pierwszym okręcie atomowym, tj. podwodnym Nuatilusie. W 1954 roku w życie wszedł Atomic Energy Act, który tworzył regulacje prawa atomowego w USA oraz dał możliwość wykorzystania energii jądrowej w celach cywilnych oraz przez podmioty inne niż wojskowe. W latach 50 XX wieku poza Stanami Zjednoczonymi swoje projekty atomowe posiadały już między innymi Wielka Brytania i ZSRR. W 1954 r. w Obninsku, pierwszy raz w historii, do cywilnej sieci przesyłowej popłynął prąd elektryczny produkowany z energii atomu. W 1956 roku w Wielkiej Brytanii otwarto pierwszą elektrownie jądrową, której wyłącznym celem byłą produkcja prądu elektrycznego na potrzeby cywilne. Wszystkie z wymienionych powyżej to reaktory I generacji, tzw. eksperymentalne. 

Lata 60. i 70. XX w to czas rozwoju reaktorów II generacji, które służyły już do celów wytwarzania energii elektrycznej, a nie były pochodną eksperymentów militarnych. Duże znaczenie w rozwój energetyki jądrowej miał kryzys naftowy z 1973 roku, gdy Japonia i Francja postanowiły zerwać z uzależnieniem swoich gospodarek od paliw kopalnych. We Francji w 1974 r. powstał ambitny projekt budowy 176 reaktorów jądrowych do 2000 roku, nazywany planem Messmera, od nazwiska ówczesnego premiera Francji. Plan ten został później zrewidowany, niemniej i tak w ciągu następnych 15 lat Francja zbudowała 56 reaktorów jądrowych. Podobny skok dokonał się w ZSRR. W latach 1960- 1975 ilość energii elektrycznej produkowanej w kraju rad wrosła z 605MWe do 4,7 GW. Nowe elektrownie jądrowe budowano również w USA, Wielkiej Brytanii czy Kanadzie. Nie mniej w tym okresie na szeroką skalę pojawiły się ruchy antyatomowe. Ruchy te zwracały uwagę na potencjalne zagrożenia płynące z energii atomowej oraz atomu jako takiego (rozumianego tutaj jako broń nuklearna), takie jak: promieniowanie w razie awarii elektrowni, składowanie odpadów radioaktywnych, koszty budowy oraz eksploatacji. Energetyce jądrowej nie pomogły również awaria w elektrowni w Three mile Island w 1979 roku oraz katastrofa elektrowni w Czarnobylu w 1986 roku. W efekcie w latach 80. XX spadło tempo oddawania nowych reaktorów jądrowych. Należy wskazać na niezbyt imponujący wzrost produkcji energii elektrycznej uzyskiwanej z reaktorów jądrowych po 1989 r. Z początkiem lat 90. produkcja energii elektrycznej z atomu wynosiła około 300 GW, podczas gdy w 2005 r. wyniosła 366 GW.

Lata 90 XX wieku upłynęły w energetyce jądrowej pod znakiem zapytania co do jej dalszego rozwoju, pomimo powstania reaktorów nowocześniejszych i bardziej bezpiecznych, tj. III generacji. W krajach byłego bloku wschodniego, z uwagi na kryzys ekonomiczny, zarzucono lub odłożono na później dużą część projektów budowy lub rozbudowy elektrowni jądrowych, np. elektrowni w Żarnowcu lub elektrowni jądrowej Mochovce na Słowacji. Niektóre kraje, po katastrofie w Czarnobylu, zakazały w swoim ustawodawstwie wznoszenia reaktorów jądrowych, tak np. Włochy oraz Austria, a inne rozpoczęły dyskusję nad zamknięciem tego typu elektorowi, np. Niemcy. 

Przełom tysiącleci charakteryzował się natomiast wzrostem produkcji energii elektrycznej z reaktorów jądrowych, w czym przodowały Chiny, ponadto dość duży wzrost produkcji energii z tego źródła odnotowano także w Indiach. Zjawisko wzrostu znaczenia energetyki jądrowej w tamtym czasie wywołane było między innymi cenami paliw kopalnych na rynkach światowych. 

Kolejny kryzys w energetyce jądrowej nastał wraz trzęsieniem ziemi i tsunami w Japonii 11.03.2011 roku, czego skutkiem była katastrofa w elektrowni jądrowej Fukushima. Protesty antynuklearne przetoczyły się wówczas przez wiele krajów. Swoje plany inwestycyjne, poprzez ich zmniejszenie, zmieniły między innymi Indie. Niemniej to Niemcy wykazali się najdalej idącymi krokami, podejmując decyzje o wyłączeniu wszystkich reaktorów jądrowych produkujących energię elektryczną, co nastąpiło w kwietniu 2023 r. 

Pomimo tych wydarzeń wydaje się, iż energetyka jądrowa ma się dość dobrze. Zaobserwować można dwie główne tendencje, które dobrze rokują dla tego typu produkcji energii elektrycznej. Po pierwsze jest nią rozwój krajów rozwijających się, które poszukując nowych źródeł sprostania gwałtownemu wzrostowi konsumpcji energii elektrycznej, decydują się lub planują budowę nowych elektrowni jądrowych. Są to takie kraje jak: Chiny, Indie, Egipt, Turcja. Drugą tendencja ma dwa podłoża. Jednym z nich jest dyskusja na temat globalnego ocieplenia i ograniczenia jego skutków poprzez zmniejszenie emisyjności gazów cieplarnianych (elektrownie jądrowe nie produkując CO2 w procesie produkcji energii elektrycznej), drugie jest natomiast efektem wojny na Ukaranie i związanymi z nią zawirowaniami w cenach surowców energetycznych. Te dwa czynniki, chociaż w grę wchodzi również wzrost konsumpcji energii elektrycznej, powodują, że można zaobserwować wzrost zainteresowania budową nowych reaktorów jądrowych np. w USA, Francji i Wielkiej Brytanii.

Mając te czynniki na względzie, jak również rozwój techniki, przemawia to za powstawaniem nowych typów reaktorów poprzez pracę nad reaktorami IV generacji oraz małymi reaktorami typu SMR. Walka ze zmianami środowiska, przy wciąż rosnącym zapotrzebowaniu na energię elektryczną powodują, że istnienie energetyki jądrowej wydaje się nie być zagrożone.

Mgr Michał Kowalski / 19.03.2024 r.