Polska może skorzystać z amerykańskich doświadczeń jądrowych

O możliwościach edukacji w zakresie inżynierii jądrowej, podejściu do energii z atomu w Stanach Zjednoczonych i otwartości na współpracę z Polską mówi dr Kathryn A. Higley z Oregon State University (dziekan Department of Nuclear Engineering and Radiation Health Physics, NERHP)

Publikacja: 01.02.2013 10:40

Polska może skorzystać z amerykańskich doświadczeń jądrowych

Foto: Bloomberg

Energianews.pl: Proszę opowiedzieć o Radiation Center w Oregon State University (OSU). Czym charakteryzuje się ten obiekt i jaka jest jego rola?

Dr Kathryn A. Higley:

Department of Nuclear Engineering and Radiation Health Physics posiada  biura oraz sale wykładowe w Radiation Center (RC). Centrum zostało wybudowane pod koniec lat 60-tych XX w. i zostało wyposażone w wyspecjalizowane laboratoria zaprojektowane w celu bezpiecznego użycia źródeł promieniotwórczych: laboratorium detekcji oraz radiochemii.  W RC mieści się również reaktor badawczy TRIGA o mocy 1.1 MW (OSTR – Oregon State TRIGA Reactor). Reaktor jest wykorzystywany do celów dydaktycznych w ramach programu studiów inżynierii jądrowej - służy szkoleniu przyszłych operatorów elektrowni jądrowych, produkcji radioizotopów do przyszłych badań oraz wiązek neutronów do radiografii neutronowej. Ponadto Centrum posiada kilka jednostek laboratoryjnych do badań cieplno-przepływowych: przeskalowany model instalacji reaktora AP-1000 (Westinghouse), mały modułowy reaktor firmy Nuscale Power oraz reaktor gazowy wysokotemperaturowy (w trakcie konstrukcji). Instalacje cieplno-przepływowe służą do badań naukowych prowadzonych zarówno przez kadrę jak i studentów RC, a otrzymywane wyniki mają zastosowanie w procesach licencjonowania technologii jądrowych oraz walidacji modeli matematycznych.

Czy każdy Uniwersytet w Stanach Zjednoczonych, oferujący w ramach toku studiów program inżynierii jądrowej umożliwia swoim studentom bezpośrednią pracę z reaktorem badawczym? Jakie badania studenci mogą przeprowadzać w ramach takich laboratoriów?

W Stanach Zjednoczonych 32 uczelnie wyższe oferują kształcenie w zakresie energetyki jądrowej, natomiast 15 z nich dysponuje reaktorami badawczymi. W OSU nasi studenci mają możliwość przeprowadzania zróżnicowanych badań na instalacji OSTR, obejmujących między innymi: projektowanie paliwa jądrowego dla dopełnienia wymogów niskiego wzbogacenia w celu zapewnienia międzynarodowych wymogów dla reaktorów badawczych; zastosowanie najnowocześniejszych metod obliczeniowych do celów odnowienia licencji reaktora OSTR, która obejmuje ponowne wydanie Raportu Analiz Bezpieczeństwa; produkcję radionuklidów używanych w analizach radioekologicznych wychwytu i transportu radionuklidów; użycie wiązki neutronów w radiografii neutronowej do obrazowania zróżnicowania struktur; przeprowadzenie analiz pierwiastków śladowych poprzez aktywację neutronową. Dodatkowo studenci współpracują z kadrą naukową w ramach różnych projektów uwzględniających projektowanie reaktorów oraz badań z radiochemii (głównie przerób paliwa jądrowego), bezpieczeństwa radiologicznego, radioekologii oraz zastosowań promieniowania w medycynie.

Opinie wobec energetyki jądrowej są przeważnie ukierunkowane biegunowo. Jakie czynniki związane z atomem wywołują największe obawy wśród społeczeństwa?

Największe obawy związane są z bezpieczeństwem pracy istniejących elektrowni oraz składowaniem odpadów radioaktywnych w nich powstających. W Stanach Zjednoczonych kwestiami nadzoru bezpiecznej pracy elektrowni jądrowych zajmuje się niezależny regulator, Amerykańska Komisja Dozoru Jądrowego (USNRC – United States Nuclear Regulatory Commission). USNRC, właściciele elektrowni oraz jej operatorzy muszą  nieprzerwanie dzielić się informacjami na temat bezpieczeństwa. Z tego powodu, oraz z faktu istnienia funkcji niezależnego nadzoru, Stany Zjednoczone posiadają rozbudowane dane dotyczące bezpieczeństwa pracy swoich elektrowni. Poza uznaniem konieczności utworzenia miejsca stałego składowania odpadów promieniotwórczych, Stany Zjednoczone od lat starają się wdrożyć taki projekt i uzyskać na niego licencję. Otworzyliśmy pilotażowe składowisko odpadów radioaktywnych (WIPP – Waste Isolation Pilot Plant) w Carlsbad w stanie Nowy Meksyk do celów składowania odpadów transuranowych. Niestety, oczekiwania na uzyskanie licencji na utworzenie składowiska w Yucca Mountain ulegają przedłużeniu. Składowanie odpadów radioaktywnych pozostaje w pewnym sensie kwestią sporną w Stanach Zjednoczonych. Naukowcy i inżynierowie zaangażowani w badania jądrowe od dawna twierdzą, że mamy technologię oraz umiejętności do bezpiecznego składowania materiałów radioaktywnych, jednak potrzebujemy także zgody interesariuszy, aby umieścić obiekt w bezpiecznym miejscu.

Wiele obaw skupia się wokół poziomu napromieniowania otoczenia wokół elektrowni oraz bezpieczeństwa radiacyjnego. Jakie dawki są niebezpieczne i co się dzieje, jeśli jesteśmy poddani napromieniowaniu?

Działające elektrownie jądrowe emitują niewielkie ilości materiałów radioaktywnych w postaci ciekłej lub gazowej do atmosfery. W Stanach Zjednoczonych dopuszczalne ilości takich odpadów są dokładnie określone przez USNRC. Elektrownie jądrowe posiadają rozległe programy monitorowania w celu stałej kontroli poziomu uwolnień tak, aby pozostawały one poniżej dopuszczalnych limitów. Udział dawek emitowanych przez elektrownie jądrowe w stosunku do średniej dawki promieniowania otrzymywanej przez obywateli był analizowany wielokrotnie przez ostatnie dziesięciolecia. Ostatnia z publikacji Państwowej Rady Ochrony Radiologicznej w Stanach Zjednoczonych (U.S. National Committee on Radiation Protection and Measurements – NCRP) podsumowuje udział poszczególnych czynników na całkowitą dawkę otrzymywaną przez obywatela USA w ciągu roku. Otrzymana dawka w wyniku promieniowania tła to około 3.11 mSv. Należy zaznaczyć, że w wyniku ekspozycji na działania medyczne, np. rentgen czy tomografię komputerową, średnia dawka w ciągu roku to 3.00 mSv. Dla porównania, narażenie na napromieniowanie w wyniku działania przemysłu jądrowego (zarówno produkcja paliwa, jak i praca elektrowni) powoduje, zwiększenie powyższych dawek jedynie o 0.005 mSv rocznie. Pracownik przemysłu jądrowego może otrzymać średnio, dodatkowo 1.2 mSv rocznie.

O istnieniu promieniowania i materiałów radioaktywnych wiemy już od ponad stu lat. Na przykład, Maria Skłodowska-Curie została nagrodzona dwiema nagrodami Nobla (1903, 1911 r.) za jej naukowy wkład w rozwój teorii radioaktywności oraz odkrycie pierwiastków: polon i rad. Dzięki jej odkryciom oraz badaniom wielu innych naukowców i inżynierów nauczyliśmy się, że bezpieczeństwo jest niezbędnym aspektem pracy z materiałami promieniotwórczymi. Obecny poziom standardów ochrony radiologicznej rozwinął się z poziomu badań z wykorzystaniem pojedynczych komórek do analiz zdrowia poszczególnych osób poddanych wysokim dawkom promieniowania, jak np. osoby ocalałe po atakach atomowych w Japonii. Poprzez badania nauczyliśmy się, że dwa czynniki mają główne znaczenie w kwestii narażenia na napromieniowanie: całkowita wielkość dawki oraz w jakim czasie została ona otrzymana. Wiemy także, że ludzie mają bardzo silne mechanizmy naprawcze komórek, które korygują zniszczenia spowodowane różnymi rodzajami napromieniowania. Badania wykazały również, że organizm łatwiej toleruje dawkę otrzymywaną w sposób rozłożony w czasie. Według analiz radiobiologicznych oraz epidemiologicznych, w przypadku dawek mniejszych niż 100 mSv, otrzymanych w krótkim czasie, nie zaistnieją mierzalne skutki. Standardy ochrony radiologicznej dla pracowników obiektów jądrowych w Stanach Zjednoczonych określają dopuszczalną dawkę, 50 mSv, jako niższą od progowej, która mogłaby spowodować mierzalne zmiany.

Jakie jest podejście obywateli Stanów Zjednoczonych do energetyki jądrowej po wypadku w Fukushimie?

Według ostatnich ankiet przeprowadzanych przez Instytut Energii Atomowej (Nuclear Energy Institute – NEI), w Stanach Zjednoczonych wciąż istnieje silne poparcie dla energetyki jądrowej, które zwiększało się w ciągu ostatnich kilku lat. Wypadek w Fukushima Daiichi miał niewielki wpływ na zmianę  opinii publicznej w stosunku do atomu.

Polska jest w trakcie realizacji planu budowy pierwszej elektrowni jądrowej. Jakie największe wyzwania czekają ją w tym czasie?

Polska, podobnie zresztą jak Stany Zjednoczone, potrzebuje modernizacji swoich sieci elektroenergetycznych, aby zapewnić sprawną dystrybucję mocy. Konieczne jest również, aby polskie uczelnie wyższe kształciły kadry w kierunku zapełniania stanowisk pracy związanych z przemysłem jądrowym. Rząd polski będzie musiał powołać organy regulacyjne odpowiedzialne za nadzór i bezpieczeństwo jądrowe.

Czy realizacja przez Polskę dwóch programów jednocześnie: jądrowego i zakładającego wykorzystanie gazu łupkowego, ma szansę powodzenia?

Uważam, że to dobry pomysł, aby dążyć do zróżnicowania źródeł energii. Zróżnicowanie powinno obejmować zarówno korzystanie z energetyki opartej na węglu, gazie, atomie, jak i z energetyki opartej na odnawialnych źródłach: słońca, wiatru, biomasy. Nie każde państwo ma możliwość korzystania z każdej z tych form - ale dążenie do różnorodności w energetyce oznacza elastyczność i sposobność do dostosowywania się do zmieniających się potrzeb.

Czy amerykańska technologia i doświadczenie w zakresie wdrażania i eksploatacji obiektów jądrowych może pomóc Polsce w realizacji planów budowy pierwszej elektrowni atomowej?

Myślę, że amerykańskie koncerny są otwarte na współpracę z Polską w ramach wdrażania energetyki jądrowej. Wiem także, że nasze uniwersytety, tak jak Oregon State University, bardzo cenią sobie wymianę doświadczeń i możliwość pracy z kadrą i studentami z Polski.

Co poradziłaby Pani polskim uczelniom wyższym odnośnie drogi kształcenia przyszłych operatorów elektrowni jądrowych? Jak taki proces wygląda w Stanach Zjednoczonych?

Praca w elektrowni jądrowej wymaga umiejętności obejmujących szerokie spektrum. Sam etap konstrukcji elektrowni wymaga osób wykształconych w kierunku rygorystycznych metod kontroli jakości tak, aby proces budowy przebiegał zgodnie ze specyfikacją dotyczącą bezpieczeństwa. Działająca już elektrownia jądrowa skupia wokół mechaników, elektryków, inżynierów jądrowych, radiochemików, fizyków medycznych, operatorów reaktora i wielu innych wyspecjalizowanych pracowników. W Stanach Zjednoczonych nawiązana jest współpraca pomiędzy właścicielami elektrowni jądrowych, a społecznością akademicką oraz Instytutem Operatorów Elektrowni Jądrowych (Instistute of Nuclear Power Plant Operators – INPO). Tego rodzaju kooperacja ma na celu zapewnienie zdobycia zarówno wykształcenia, jak i praktyki w zakresie energetyki jądrowej w sposób spójny. Wykonywane są badania zapotrzebowania rynku na siłę roboczą, aby zdeterminować popyt na fachowców jądrowych w danym czasie i zakresie działalności. Ustalane są specjalne programy szkoleń np. dla hydraulików czy spawaczy, aby zdobyli oni niezbędne doświadczenie i kwalifikacje do pracy w elektrowni jądrowej. Studenci inżynierii jądrowej najczęściej biorą udział w stażach szkoleniowych jeszcze podczas okresu studiów, aby zdobyć doświadczenie w pracy w elektrowni jądrowej lub agencjach rządowych. W Stanach Zjednoczonych licencje na operatora reaktora jądrowego wydawane są oddzielnie dla poszczególnych obiektów jądrowych. Osoby, które chcą taką licencję uzyskać, muszą poświęcić dużą ilość czasu na zrozumienie od strony fizycznej projektu danego obiektu, jego systemów bezpieczeństwa, opcji sterowania, regulacji reaktora oraz wielu innych aspektów. Właściciele elektrowni jądrowych przeprowadzają te szkolenia w samym obiekcie, natomiast egzamin licencyjny nadzoruje USNRC. W OSU niedawno rozpoczął się program szkoleniowy naszego reaktora. W naszym przypadku obejmuje on mniejszy zakres ze względu na fakt, że nasz reaktor badawczy nie służy produkcji energii elektrycznej.

- rozmawiała Izabela Gutowska

Żródła danych pojawiających w się w tekście:

1. NEI survey: " Ionizing Radiation Exposure of the Population of the United States," Report No. 160, National Council on Radiation Protection and Measurements, March 2009.

2. ORAU report

3. TRTR report

4. NUREG Report Occupational Radiation Exposure at Commercial Nuclear Power Reactors," NUREG 0713, Vol. 31, Table 4-3, U.S. Nuclear Regulatory Commission, March 2011.

Energianews.pl: Proszę opowiedzieć o Radiation Center w Oregon State University (OSU). Czym charakteryzuje się ten obiekt i jaka jest jego rola?

Dr Kathryn A. Higley:

Pozostało 99% artykułu
Energetyka
Przyszły rząd odkrywa karty w energetyce
Energetyka
Dziennikarz „Rzeczpospolitej” i „Parkietu” najlepszym dziennikarzem w branży energetycznej
Energetyka
Niemieckie domy czeka rewolucja. Rząd w Berlinie decyduje się na radykalny zakaz
Energetyka
Famur o próbie wrogiego przejęcia: Rosyjska firma skazana na straty, kazachska nie
Energetyka
Rosyjski szantaż w Famurze. Chcą odkupić udziały warte 70 mln zł za 1 tys. euro
Materiał Promocyjny
Jakie technologie czy też narzędzia wspierają transformację cyfrową biznesu?