Če želimo doseči ogljično nevtralnost, bomo morali energijo zagotavljati tudi iz jedrskih elektrarn, obnovljivi viri ne bodo dovolj, pravijo strokovnjaki. Moderni svet namreč porabi velikanske količine energije. Zelo pestro je tudi področje jedrskih raziskav, med drugim se raziskovalci ukvarjajo z izboljšavami reaktorjev, da bodo izkoristki še boljši. Obiskali smo Reaktorski infrastrukturni center (RIC) Instituta Jožef Stefan, kjer deluje raziskovalni reaktor Triga Mark II.

»Jedrska energija je najbolj dolgoročna,« pravi prof. dr. Leon Cizelj, vodja odseka za reaktorsko tehniko na IJS. »Z eno nuklearko sobivamo kakih sto let, deset let se pogovarjamo, ali bi jo zgradili ali ne, potem jo deset let gradimo, nato sledi obratovalna doba. Nuklearna elektrarna v Krškem deluje 40 let. Preden je leta 1982 začela obratovati, se je začel jedrski znanstveni program, in sicer kar nekaj desetletij prej, reaktor Triga stoji od leta 1966.« Kot dodaja, sta se v vseh državah, ki so se pred desetletji odločale o postavitvi jedrskih elektrarn, morali zgoditi dve stvari: »Prva je bila politično soglasje. To je nujno pri vseh dolgoročnih in daljnosežnih področjih, kot so znanost, zdravstvo, šolstvo. Druga pa resni vložki v znanost in izobraževanje na jedrskem področju. Nova predvidena nuklearka bo zaposlovala petsto, šeststo ljudi, najrazličnejših visokoizobraženih profilov.« Te med drugim izobražujejo tudi v raziskovalnem reaktorju v Brinju.

Gorivo reaktorja je uran-cirkonijev hidrid. FOTO: Blaž Samec  

»Na področju jedrske energije se pravzaprav ogromno dogaja. V osemdesetih, ko se je na zahodu ustavila gradnja nukleark, se je ustavil tudi razvojni cikel reaktorjev. Danes veliko govorimo o malih modularnih reaktorjih​, SMR, in o naprednih reaktorjih. Zdaj je namreč veliko prostora za reaktorje, ki lahko zaključijo gorivni krog. Pri uporabi goriva v Krškem, denimo, gre le za dva- do triodstotni izkoristek energije, ki je v uranu. Z drugačnimi tipi reaktorjev lahko gorivo, ki je danes odpadek, uporabimo še za izkoristek preostale energije,« pojasnjuje Cizelj. »Po svetu je bilo postavljenih okoli osemsto raziskovalnih reaktorjev, v katerih so se preizkušali ti koncepti, zdaj jih je treba razviti, da bodo komercialno uporabni. Pri gigavatnih tlačnovodnih reaktorjih tretje generacije, ki pridejo v poštev za drugo jedrsko enoto v Krškem, pa se trenutno dogajajo premiki pri zagotavljanju dodatne varnosti.«

Monumentalne naprave za najmanjše delce in največje skrivnosti vesolja

Leon Cizelj še nadaljuje, da »če širimo elektriko kot čisto energijo tudi na druga področja, je naravna pot, da bomo najprej zgradili en velik reaktor, hkrati pa bi v nadaljevanju razmišljali o postavitvi manjših reaktorjev. Zagotovo bomo potrebovali gigavatno elektrarno, ko se bo zaprl Teš, da se poslovimo od premoga, želimo si elektrifikacijo prometa, toplotne črpalke. Ti manjši reaktorji pravzaprav ne bi bili nujno namenjeni proizvodnji elektrike. Čehi in Finci recimo razmišljajo o jedrskih reaktorjih za daljinsko ogrevanje, pa o reaktorjih, ki bi industriji dobavljali procesno toploto, denimo za proizvodnjo vodika. Možnosti, kako postavljati jedrske reaktorje, je veliko. Katere so optimalne, pa je tudi stvar državne strategije, kako si predstavljamo naše gospodarstvo čez dvajset, trideset let.«

Prostor za shranjevanje izrabljenega jedrskega goriva je trenutno prazen. FOTO: Blaž Samec

Prof. dr. Luka Snoj, vodja reaktorja Triga in vodja odseka za reaktorsko fiziko na IJS, je prav tako prepričan, da bo jedrska energija del prihodnosti. »V družbi, civilizaciji, ki ima takšno porabo energije, in ta se bo samo še povečevala, brez jedrske energije ne bo šlo. Sam menim, da bi Slovenija potrebovala tri jedrske elektrarne, kakršna je v Krškem. Eno, da nadomestimo Teš, ki ga bomo zaprli leta 2033, eno, da nadomestimo NEK, ki bo prenehal obratovati leta 2043. Če želimo razogljičenje, če želimo elektrifikacijo prometa, ogrevanja in drugo, pa potrebujemo še eno jedrsko elektrarno. Ob tem lahko zgradimo vse načrtovane vetrne in sončne elektrarne. Danes 80 odstotkov energije dobimo iz fosilnih goriv. Izzivov na področju energetike in okolja je ogromno in menim, da je neodgovorno in nespametno izključevati nizkoogljični vir energije, kot je jedrska, ki je stabilen in vremensko neodvisen vir.«

Moč reaktorja je 250 kilovatov, kar je okoli 8000-krat manj od moči NEK. FOTO: Blaž Samec

Reaktor Triga za šolanje in raziskave

Pri razvoju jedrske tehnologije in varnostne kulture ter pri izobraževanju strokovnjakov za jedrsko fiziko in tehniko in operaterjev jedrskih elektrarn pomembno vlogo igra reaktor Triga (kratico sestavljajo besede trening ali šolanje, raziskave z nevtroni in žarki gama, izdelava radioaktivnih izotopov in General Atomics, ime podjetja, ki je reaktor postavilo).

Leta 1991 je bil reaktor temeljito obnovljen, kot načrtujejo, bo obratoval vsaj še do leta 2026, verjetno še veliko dlje. Neprekinjeno deluje že več kot 50 let, v tem času pa se ni zgodila nobena nesreča ali resnejša odpoved opreme. V reaktorju opravljajo raziskave za Cern, kjer med drugim preučujejo osnovne delce, antimaterijo in temno snov, pa tudi za Iter, testni fuzijski reaktor, ki ga gradijo na jugu Francije. Medtem ko pri fisiji težja jedra razpadejo na lažja, kar se odvija v jedrskih elektrarnah, je fuzija nasproten proces, ko se lažja jedra zlivajo v težja. Fuzija bi bila vsekakor rešitev za naše energetske potrebe, vendar smo od fuzijskih elektrarn oddaljeni še več desetletij.

Žiga Štancar: Fuzija je znanstvena fantastika, ki jo uresničujemo

Ob jedrskem reaktorju seveda pomislimo na radioaktivno sevanje. Tudi ob obisku raziskovalnega reaktorja nam razdelijo dozimetre, ki pa ves čas ogleda ostanejo na ničli. »Ob ogledu reaktorja Triga bi lahko dobili največ en mikrosivert ionizirajočega sevanja, kar je toliko kot na poletu iz Ljubljane do Münchna. Astronavti na vesoljski postaji dobijo takšne doze sevanja, ki so po današnjih merilih škodljive, vendar ni trdnih dokazov. Tu zaposleni dobimo zelo nizke doze,« poudarja Snoj in dodaja: »Največje doze zaradi poklicne izpostavljenosti v Sloveniji pravzaprav dobivajo vodniki v Postojnski jami zaradi radona, sledijo piloti, pa medicinsko osebje, ki dela z radioaktivnimi izotopi, potem smo mi in operaterji v Krškem. Občasno je sevanje nekoliko bolj povečano, ko izvajamo kakšne eksperimente, ampak to me ne skrbi. Najnevarnejši del mojega delovnega dneva je pot do sem, ko kolesarim po cesti in me prehitevajo težki tovornjaki.«

V reaktorju so štiri kontrolne palice, ki poskrbijo za ustavitev reaktorja ob kakršnikoli nepravilnosti. FOTO: Blaž Samec  

Dr. Snoj razlaga, da so po drugi svetovni vojni, ko je postalo jasno, kako je mogoče v dobro (in slabo) izkoriščati najmočnejšo silo, ki jo človeštvo pozna, to je močno jedrsko silo, razvili reaktorje Triga, ki so dovolj varni in enostavni za upravljanje, da lahko stojijo tudi sredi mesta. »Gorivo reaktorja je uran-cirkonijev hidrid. Niti teoretično reaktor ne more uiti izpod nadzora, če bi se njegova moč povečala, v primeru, da bi denimo zmanjkalo elektrike, sam sebe omejuje z naravnimi fizikalnimi mehanizmi, gravitacija bi namreč poskrbela, da bi se spustile kontrolne palice in reaktor bi se ustavil. Ena sama je dovolj za zaustavitev reaktorja, tu pa so nameščene štiri,« opisuje. Moč reaktorja je 250 kilovatov, kar je okoli 8000-krat manj od moči krške nuklearke. Raziskovalni reaktor ni priklopljen na omrežje, v povprečju deluje osem ur na dan, ko potekajo izobraževanja ali raziskave.

Raziskovalci med drugim sodelujejo s Cernom in Iterjem. FOTO: Blaž Samec

Zakaj se reaktor uporablja? »Tri večja področja so. Eno je testiranje odpornosti materialov proti sevanju. V določenih razmerah, na primer v bližini pospeševalnikov delcev v Cernu, v vseh jedrskih in sevalnih objektih, pospeševalnikih v medicini, na satelitih, letalih in v vesolju, so komponente elektronske opreme izpostavljene sevanju. Tu lahko deset let obratovanja velikega hadronskega trkalnika simuliramo v eni uri. Če eno uro neko komponento obsevamo in bo zdržala, bo, predvidoma, tam zdržala deset let. Smo referenčni center za študije odpornosti na sevanje,« pravi dr. Snoj. »Ko smo bili še v Jugoslaviji, so podjetja izdelovala ogromno elektronike za vojsko, ki je morala biti odporna za primer atomske bombe. V tem reaktorju lahko s posebnim pulznim eksperimentom simuliramo približne razmere kot pri jedrski eksploziji.«

Naslednje področje so okoljske znanosti. »Jedrske metode so ene od najbolj natančnih analitskih metod. Uporabljajo se za preverjanje vsebnosti različnih snovi v hrani, kozmetiki … Vzorce obsevamo z viri nevtronov in preverjamo denimo vsebnost srebra ali kadmija v ribah.«

Tretje področje pa je reaktorska fizika. »Na našem odseku simuliramo procese. Kot pravi fizik Feynman, ne glede na to, kako lepa je teorija, če ni podprta z eksperimenti, ni pravilna. Triga je naš stik z realnostjo, to je naš eksperiment. Vse metode, ki jih razvijamo za jedrske elektrarne, tako za fisijske kot fuzijske, z eksperimenti validiramo tu. Naš aplikativni dosežek je na primer digitalni merilnik reaktivnosti. Pred zagonom jedrske elektrarne naša ekipa pomeri vse fizikalne parametre sredice, če se ta obnaša po izračunih. Najpomembnejši parametri so koncentracije bora, sredice in kontrolne palice, ali so dovolj močne, da zaustavijo reaktor. V osemdesetih letih so se meritve opravljale več dni, z našo metodo smo to skrajšali na 14 ur.«

Reaktor je leta 1966 dobavila družba General Atomics. FOTO: Blaž Samec

Pokukali smo tudi v sam reaktor, ki ga obliva demineralizirana voda. »To je izredno čista voda, ni radioaktivna. Lahko bi jo tudi popili, no, raje ne, ker je demineralizirana in kot taka ni primerna za uživanje,« razlaga Snoj.

Pod reaktorjem je prostor, kjer lahko shranjujejo izrabljeno jedrsko gorivo, a ga tam trenutno nimajo. »Na Trigi na leto proizvedemo za en sod odpadkov, to so rokavice, vrvi in podobno, potem pa imamo tu še izrabljeno jedrsko gorivo. Sveže gorivne elemente lahko tudi primemo, izrabljeni oziroma taki, ki nekaj časa obratujejo, pa so smrtno nevarni,« pravi dr. Snoj in doda: »Objekt vroča celica je edini tovrsten objekt v Sloveniji. V njem lahko delamo z visokoradioaktivnimi materiali. Med temi materiali, ki nas lahko ubijejo, in nami je 70 centimetrov svinčenega stekla in tu smo povsem varni.«