8 marca br., Pre­zy­dent Rze­czy­po­spo­li­tej Pol­skiej Andrzej Duda zło­żył wizytę w Naro­do­wym Cen­trum Badań Jądro­wych (NCBJ). Miej­scem spo­tka­nia była MARIA – jedyny czynny reak­tor jądrowy w kraju. Nau­kowcy przed­sta­wili m.in. efekty zakoń­czoz­nego pro­cesu kon­wer­sji paliwa, do czego zobo­wią­zała się Pol­ska w 2004 roku przy­stę­pu­jąc do mię­dzy­na­ro­do­wego pro­gramu GTRI (Glo­bal Threat Reduc­tion Ini­tia­tive).

W wizycie Prezydenta RP Andrzeja Dudy w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) udział wzięli m.in.: Paweł Soloch – Szef BBN, Mateusz Morawiecki – Wicepremier, Minister Rozwoju, Jadwiga Emilewicz – Wiceminister Rozwoju, Andrzej Piotrowski – Wiceminister Energii, Janusz Włodarski – Prezes Państwowej Agencji Atomistyki, Krzysztof Kurek – Dyrektor NCBJ, Andrzej Cholerzyński – Dyrektor Zakładu Unieszkodliwiania Odpadów Promieniotwórczych, Grzegorz Krzysztoszek – Dyrektor Departamentu Eksploatacji Obiektów Jądrowych NCBJ. Miejscem spotkania była „MARIA” – jedyny czynny reaktor jądrowy w Polsce, znajdujący się na terenie NCBJ w Otwocku-Świerku, ok. 30 km od Warszawy.

– Należy koniecznie podkreślić, że nasz reaktor MARIA jest obecnie niekwestionowaną wizytówką Polski na arenie międzynarodowej – mówi prof. Krzysztof Kurek, Dyrektor NCBJ – „to jeden z najnowocześniejszych tego typu obiektów w Europie i na świecie. Polscy naukowcy nie tylko go zaprojektowali i skonstruowali, ale od ponad 40-tu lat czuwają nad jego bezpieczną eksploatacją. Także dzięki naszemu wysiłkowi Polska wypełniła zobowiązania programu GTRI, kończąc z pełnym sukcesem proces przejścia na paliwo niskowzbogacone. Jest to potwierdzeniem wysokich kompetencji NCBJ w zakresie fizyki reaktorów i energetyki jądrowej”.

Polska, przystępując w 2004 roku do programu GTRI (Global Threat Reduction Initiative – inicjatywy rządu USA mającej na celu redukcję zagrożenia terrorystycznego), zobowiązała się do przeprowadzenia konwersji paliwa jądrowego w badawczym reaktorze MARIA. Ze względu na znaczące różnice w parametrach fizycznych pomiędzy dotychczas stosowanymi elementami paliwowymi (wysokowzbogaconymi o zawartości 36% uranu 235) i nowymi (niskowzbogaconymi o zawartości poniżej 20% uranu 235), konwersja jest bardzo skomplikowanym przedsięwzięciem. Zmiana zawartości uranu i jego wzbogacenia, a także do pewnego stopnia konstrukcji paliwa powoduje zmianę parametrów fizycznych rdzenia reaktora takich jak np. efektywny czas życia generacji neutronów i efektywny udział neutronów opóźnionych.

Zmieniają się również współczynniki temperaturowych reaktywności niezwykle istotne dla stabilności pracy reaktora. Dlatego operację poprzedziły szczegółowe analizy i symulacje. Wszystkie obliczenia specjaliści z NCBJ wykonali równolegle z ekspertami z Argonne National Laboratory (USA) za pomocą tych samych kodów. Po ich zakończeniu przystąpiono w 2009 r. do testowania nowych, francuskich, niskowzbogaconych elementów paliwowych. Cały proces trwał niecałe dwa lata i dziś reaktor MARIA pracuje już tylko na paliwie, które zawiera mniej niż 20% uranu 235. Choć pierwsze dostawy takiego paliwa zapewnili Amerykanie, to chcąc utrzymać ciągłość pracy reaktora MARIA na dalsze lata, NCBJ podpisał kolejną umowę ze spółką TVEL (rosyjskim producentem dedykowanych niskowzbogaconych elementów paliwowych).

– Choć konwersja paliwa była skomplikowaną operacją to nie tylko udało się nam zachować dotychczasowe parametry eksploatacyjne reaktora, np. 30 MW mocy, ale jeszcze zwiększyliśmy jego wydajność pracy do 4800 godzin rocznie. Daje to nam dużo większe możliwości prowadzenia badań czy produkcji radioizotopów”– dodaje prof. K. Kurek – To w połączeniu z uzyskanym w ubiegłym roku pozwoleniem Państwowej Agencji Atomistyki na eksploatację reaktora na kolejne 10 lat oznacza, że MARIA będzie dalej nieprzerwanie pracować. Niewątpliwie to bardzo dobra wiadomość, szczególnie dla osób, dla których medycyna nuklearna jest ostatnim ratunkiem. A przypomnę, że od 2010 roku wykonaliśmy taką ilość napromieniania tarcz uranowych niezbędnych do uzyskania molibdenu-99, że zapewniliśmy produkcję leków dla 75,5 mln osób!.

Ciągłość pracy reaktorów badawczych, jakim jest polska MARIA, ma kluczowe znaczenie. Izotopów promieniotwórczych nie daje się wyprodukować „na zapas”, gdyż z każdą chwilą maleje ich aktywność, a więc i przydatność do użycia w diagnostyce i leczeniu. Z tego względu w ramach ONZ koordynuje się prace wszystkich reaktorów badawczych na świecie i w przypadku przestoju jednego z nich ciężar takiej produkcji spada na barki pozostałych. Właśnie taki przypadek miał miejsce w zeszłym roku, kiedy to podczas przestoju holenderskiego reaktora w Petten MARIA zwiększyła swoją zdolność do naświetlań. W ten sposób przez tylko jeden tydzień wzmożonej pracy polskiego reaktora napromieniono tyle tarcz uranowych, że pozwoliły one na wyprodukowanie leków dla 100 tys. pacjentów. A przecież NCBJ nie tylko bierze udział w produkcji molibdenu-99. MARIA wytwarza też całą gamę innych radioizotopów, które stanowią bazę preparatów eksportowanych pod marką POLATOM do 80 krajów na całym świecie.

Produkcja izotopów dla medycyny czy przemysłu to nie jedyne zadanie polskiego badawczego reaktora jądrowego MARIA. Dziś wykorzystywany jest on przede wszystkim jako źródło wysokiego strumienia neutronów (4*1014 neutronów/s*cm² i neutronów prędkich 2*1014 neutronów/s*cm² w rdzeniu). Właściwości tych silnie związanych w jądrach atomowych cząstek są niezwykle cenne dla fizyków. Obojętne elektrycznie neutrony ulegają wszystkim czterem znanym oddziaływaniom (silnemu, elektromagnetycznemu, słabemu i grawitacyjnemu), a ponadto nie muszą pokonywać tzw. bariery kulombowskiej przy oddziaływaniu z materią. Oznacza to, że stwarzają doskonałe warunki do prowadzenia badań naukowych.

W Świerku takie prace prowadzone są na sześciu kanałach poziomych, realizując projekty dla medycyny, gospodarki, przemysłu, badań archeologicznych czy nawet historii sztuki. Planowana jest również budowa nowych stanowisk badawczych, m.in. „Neutrony H2” służących do badań nad wiązkami neutronów epitermicznych. Dzięki temu Polska będzie mogła włączyć się w światowe badania nad terapią borowo-neutronową (BNCT), innowacyjną metodą leczenia nowotworów np. mózgu. Ponadto, dzięki intensywnej współpracy międzynarodowej naukowcy NCBJ zamierzają pozyskać aparaturę badawczą z zamykanego niemieckiego reaktora BER II z Berlina. Otrzymane spektrometry i dyfraktometry o wartości ok. 200 mln euro wkrótce podniosą potencjał badawczy polskiego reaktora. Pierwsze umowy zostały już podpisane i spodziewana jest dostawa pierwszych urządzeń w najbliższych miesiącach. Z reaktora korzystają również przyszli fizycy jądrowi i specjaliści ochrony radiologicznej biorąc udział w specjalistycznych kursach. Z szerokiej oferty Działu Edukacji i Szkoleń NCBJ korzystają również uczniowie szkół średnich. Każdego roku reaktor MARIA odwiedza ponad 7000 osób.

Polacy mają ponad 60 lat doświadczeń z energetyką jądrową. Przełomową datą był czerwiec 1955 roku kiedy to, w wyniku odtajnienia przez USA, Wielką Brytanię i ZSRR prac związanych z fizyką jądrową i udostępnieniu innym krajom technologii jądrowych, powołano Instytut Badań Jądrowych. Budowa pierwszego reaktora jądrowego w Polsce – reaktora EWA (Eksperymentalny, Wodny, Atomowy) ruszyła już trzy lata później i była możliwa dzięki ustaleniom Pierwszej Konferencji Genewskiej poświęconej pokojowemu zastosowaniu energii jądrowej. Wtedy to ZSRR zaoferował krajom sąsiednim sprzedaż swoich badawczych reaktorów.

Taka umowa została podpisana z Polską, Bułgarią, Czechosłowacją, NRD, Rumunią i Węgrami. Wraz z reaktorem EWA powstała w Świerku Centrala Odpadów Promieniotwórczych, a w wojskowym forcie w Różanie zlokalizowano Składowisko Odpadów Promieniotwórczych. Reaktor EWA pracował nieprzerwanie po 3500 godzin rocznie do 24 lutego 1995 roku. Wtedy to, ze względu na zużycie poszczególnych elementów i materiałów podjęto decyzję o jego wyłączeniu. Proces likwidacji rozpoczęto w 1997 roku. Do 2002 roku usunięto paliwo jądrowe i substancje wysokoaktywne oraz zdemontowano konstrukcję. Dziś hala reaktora EWA znajduje się na terenie Zakładu Unieszkodliwiania Odpadów Promieniotwórczych sąsiadującym z NCBJ.

Wybudowany siłami polskich naukowców i inżynierów reaktor MARIA został uruchomiony w 1974 roku, w Instytucie Badań Jądrowych (dziś Narodowe Centrum Badań Jądrowych). Jest to konstrukcja kanałowo-basenowa, tzn. kanały paliwowe wraz z pozostałymi elementami rdzenia reaktora (bloki moderatora berylowego i reflektora grafitowego, pręty pochłaniające, zasobniki z materiałami tarczowymi) znajdują się w tzw. koszu rdzenia w basenie reaktora pod 7-metrową warstwą wody. Połączony jest on śluzą z sąsiednim basenem przechowawczym, który pełni rolę okresowego przechowalnika wypalonego paliwa i napromienionych elementów konstrukcyjnych oraz eksperymentalnych reaktora.

Co więcej, konstrukcja rdzenia jest modułowa, dzięki czemu stosunkowo łatwo i bezpiecznie można go dostosować do zmian w programie badawczo – produkcyjnym. Reaktor MARIA wyposażony jest w szereg układów zapewniających jego bezpieczną eksploatację. Szacuje się, że będzie mógł pracować nawet do 2060 roku. Do najważniejszych elementów obiektu należą: obiegi chłodzenia, system wentylacji, blokady zabezpieczeń (rozruchu i podnoszenia mocy reaktora), awaryjne zalewanie rdzenia, wielostopniowe systemy zapewniające ciągłość zasilania elektrycznego w warunkach normalnych i awaryjnych, instalacje ścieków w obiekcie reaktora jak i specjalna gospodarka odpadami promieniotwórczymi, a także rozbudowany system dozymetryczny obejmujący ciągły monitoring pól promieniowania i zagrożeń radiologicznych.

Źródło: © Narodowe Centrum Badań Jądrowych