Επειδή μετά από τον μεγάλο καταστρεπτικό σεισμό στην Ιαπωνία και το τσουνάμι που ακολούθησε, οι λέξεις «πυρηνικός αντιδραστήρας» και «ραδιενέργεια» έχουν μπει για τα καλά στη ζωή μας, χωρίς να πάρουμε θέση για τα γραφόμενα και τα λεγόμενα στα ΜΜΕ, θα προσπαθήσουμε, όσο πιο απλά είναι δυνατόν, να σας δώσουμε λίγες πληροφορίες γι’ αυτά.
Ο Πυρηνικός αντιδραστήρας θα μπορούσε να χαρακτηρισθεί σαν μια μεγάλη δεξαμενή όπου το πυρηνικό καύσιμο υφίσταται πυρηνική σχάση απελευθερώνοντας έτσι θερμότητα.
Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν χιλιάδες χρόνια στην γη. Αυτή την εκπληκτική ανακάλυψη έκαναν Γάλλοι επιστήμονες αναλύοντας το ουράνιο σε ένα ορυχείο της Αφρικής. Η γεωλογική εξέλιξη και η εμφάνιση του οξυγόνου συνέβαλλαν στη δημιουργία φυσικών αντιδραστήρων που βρίσκονται βαθιά μέσα στο φλοιό της γης. Πολύ αργότερα ο άνθρωπος τους επαναδημιούργησε. Στη δεκαετία του ’40, το πετρέλαιο, το κάρβουνο και το νερό παρήγαγαν το μεγαλύτερο μέρος του ηλεκτρισμού στον κόσμο. Όμως, μια νέα πηγή αναδύθηκε από τα εργαστήρια της φυσικής και είναι η σημαντικότερη όλων. Η πυρηνική ενέργεια. Οι πρώτοι πυρηνικοί αντιδραστήρες, οι ατομικές στήλες δεν παρήγαγαν ηλεκτρική ενέργεια. Μας βοήθησαν όμως να ανακαλύψουμε τα μυστικά των πυρηνικών φαινομένων και να τα ελέγξουμε. Ο πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας κατασκευάστηκε στα πλαίσια του σχεδίου Μανχάτταν (για την κατασκευή της πρώτης ατομικής βόμβας), το 1942, υπό την καθοδήγηση του Ενρίκο Φέρμι στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο.
Υπάρχουν πολλά είδη πυρηνικών αντιδραστήρων. Ο πιο κοινός είναι ο αντιδραστήρας πεπιεσμένου ύδατος τον οποίο και θα περιγράψουμε. Αυτό το είδος αντιδραστήρα βασίζεται στην ίδια αρχή που βασίζονται και τα άλλα είδη αντιδραστήρων, δηλαδή την πυρηνική σχάση. Πυρηνική σχάση είναι η ιδιότητα κάποιων ατόμων να διασπόνται παράγοντας μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Όλα τα άτομα αποτελούνται από έναν πυρήνα που περιβάλλεται από ένα σύννεφο ηλεκτρονίων. Αυτός ο πυρήνας περιέχει και άλλα δύο είδη σωματιδίων, τα νετρόνια και τα πρωτόνια, σε διαφορετικές ποσότητες. Αυτά τα σωματίδια αλληλοσυγκρατούνται με μια ισχυρή δύναμη που οι φυσικοί ονομάζουν ‘ενέργεια σύνδεσης’. Στη φύση, οι περισσότεροι ατομικοί πυρήνες είναι σταθεροί. Ο μόλυβδος θα είναι πάντα μόλυβδος. Όμως υπάρχει μόνο ένας πυρήνας που μπορεί να διασπασθεί συγκρουόμενος με ένα νετρόνιο και απελευθερώνοντας ένα μέρος της συνδετικής τους ενέργειας. Πρόκειται για τον πυρήνα του ουρανίου-235. Ο αριθμός 235 αντιστοιχεί στην ποσότητα των πρωτονίων και νετρονίων μέσα στον πυρήνα. Και άλλα στοιχεία κατασκευασμένα από τον άνθρωπο, όπως το πλουτώνιο μπορεί επίσης να διασπασθεί.
Στην "καρδιά του αντιδραστήρα" φέρονται επιβραδυντικό υλικό και ρυθμιστικές ράβδοι που συγκρατούν την αλυσιδωτή πυρηνική αντίδραση που συντελείται εκεί, σε σταθερό ρυθμό ανάπτυξης έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η ομαλή ροή της θερμότητας. Ένα "ψυκτικό μέσο" (που μπορεί να είναι αέριο ή υγρό όπως το νερό) κυκλοφορεί μέσα στον αντιδραστήρα και θερμαίνεται. Στη συνέχεια αυτό οδηγείται σε ένα "εναλλάκτη θερμότητας" όπου προκαλεί βρασμό σε νερό που υπάρχει εκεί. Ο παραγόμενος ατμός στη συνέχεια θέτει σε κίνηση στροβίλους που παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα αλλά και κινητική ενέργεια (π.χ. πυρηνοκίνητα πλοία).
Γύρω από το χαλύβδινο περίβλημα κάθε αντιδραστήρα, υπάρχει θωράκιση από σκυρόδεμα που εμποδίζει τη ραδιενέργεια να φτάσει στους χειριστές του αντιδραστήρα και το περιβάλλον, τόσο σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας όσο και σε περίπτωση ατυχήματος.
Οι υπάλληλοι ενός πυρηνικού υποβάλλονται σε συστηματικούς ελέγχους για μόλυνση και το επίπεδο έκθεσης σε ραδιενέργεια. Η ασφάλεια των πυρηνικών αντιδραστήρων όμως, δεν περιλαμβάνει μόνο τον έλεγχο του πεδίου έκθεσης σε ραδιενέργεια των ανθρώπων, αλλά αποσκοπεί και στη μείωση των πιθανοτήτων σοβαρών ατυχημάτων. Γι’ αυτό οι αντιδραστήρες εξοπλίζονται με συστήματα που επιβραδύνουν ή σταματούν την αλυσίδα των αντιδράσεων. Ειδικοί ράβδοι, βυθίζονται στην καρδιά του αντιδραστήρα σε διάφορα βάθη. Οι ράβδοι απορροφούν τα νετρόνια που συμβάλουν στην συνέχιση της αλυσίδας των αντιδράσεων. Αυτό ή επιβραδύνει τις αντιδράσεις ή τις σταματά εντελώς. Ο αντιδραστήρας μπορεί να σταματήσει είτε αυτόματα είτε με το χέρι από την αίθουσα ελέγχου. Αν οι ράβδοι δεν λειτουργήσουν όπως πρέπει, μπορεί να προκληθεί μια αλυσίδα ανεξέλεγκτων αντιδράσεων και συνεπώς κάποιο ατύχημα. Σ’ αυτό το είδος πυρηνικού αντιδραστήρα μπορεί να συμβεί ατύχημα αν το νερό που ψύχει τον αντιδραστήρα σταματήσει να κυκλοφορεί. Στην χειρότερη περίπτωση η θερμοκρασία αυξάνεται στο κρίσιμο σημείο τήξης της καρδιάς του αντιδραστήρα. Αυτή είναι η χειρότερη καταστροφή που μπορεί να συμβεί σ’ αυτό το είδος αντιδραστήρα. Το μολυσμένο νερό που βρίσκεται στη δεξαμενή του αντιδραστήρα θα αρχίσει να βράζει και στη συνέχεια η δεξαμενή θα εκραγεί.
Η πυρηνική ενέργεια έχει και τα μειονεκτήματά της, αλλά από άποψη αποτελεσματικότητας είναι αξεπέραστη. Η σχάση ενός ουρανίου 235 παράγει τόση ενέργεια, όση δύο τόνοι κάρβουνο σε ένα κλασσικό σταθμό ηλεκτρικής ενέργειας. Η ασφαλής λειτουργία ενός σταθμού πυρηνικής ενέργειας, αποτελεί μια τεράστια πρόκληση. Μπορεί να επιτευχθεί μόνο με την αύξηση των φραγμάτων, ανάμεσα στον πυρηνικό αντιδραστήρα και το περιβάλλον.
Σήμερα κάθε χώρα που έχει αναπτύξει πυρηνική βιομηχανία, αντιμετωπίζει ένα πολύ λεπτό πρόβλημα. Πώς να διαθέσει τους τόνους ραδιενεργών αποβλήτων που συνεχίζουν να συσσωρεύονται. Η πυρηνική ενέργεια ανακαλύφθηκε πριν λίγες δεκαετίες μόνο και ήδη οι χρήσεις της είναι αμέτρητες. Σήμερα είναι από τις καλύτερες πηγές ελεγχόμενης ενέργειας. Η εικόνα όμως δεν είναι τελείως ρόδινη. Όπως όλες οι ανθρώπινες δραστηριότητες, η πυρηνική ενέργεια παράγει απόβλητα, και ως σήμερα το πρόβλημα των πυρηνικών αποβλήτων είναι άλυτο.
Αυτό που κάνει τα πυρηνικά απόβλητα τόσο επικίνδυνα είναι η ραδιενέργειά τους. Ένα σώμα είναι ραδιενεργό όταν τα άτομά του είναι ασταθή. Προσπαθώντας να επανέλθουν στη σταθερή τους κατάσταση τα άτομα απελευθερώνουν ραδιενέργεια σε μορφή σωματιδίων ή ενέργειας. Αυτή η ραδιενέργεια είναι πολύ τοξική για όλα τα έμβια όντα. Πέρα από κάποια συγκεκριμένα επίπεδα προκαλεί καρκίνο και μεταλλάξεις για παράδειγμα. Ευτυχώς τα ραδιενεργά στοιχεία δεν είναι αθάνατα. Εκπέμποντας ραδιενέργεια γίνονται νέα στοιχεία που τελικά η ενέργειά τους εξαντλείται.
Η ραδιενεργός τέφρα από την έκρηξη μιας πυρηνικής βόμβας ή ενός ατυχήματος σε έναν πυρηνικό σταθμό, περιέχει πολλά ασταθή ραδιενεργά ισότοπα συμπεριλαμβανομένων του ιωδίου-131 (εκπέμπει γάμμα ακτινοβολία), του στρόντιου-90 (εκπέμπει βήτα ακτινοβολία) και του πλουτώνιου-239 (εκπέμπει άλφα ακτινοβολία).
Ø Το ιώδιο-131 είναι επικίνδυνο γιατί όταν εισέρχεται στο ανθρώπινο σώμα συμπεριφέρεται όπως το κανονικό ιώδιο και πηγαίνει κατ' ευθείαν στο θυρεοειδή αδένα όπου εισάγεται στα κύτταρα. Επίσης, το ιώδιο-131 στην πυρηνική ραδιενεργό τέφρα καλύπτει τη βλάστηση που υπάρχει σε ένα μεγάλο λιβάδι. Επομένως τα ζώα που βόσκουν, όπως οι αγελάδες και τα πρόβατα λαμβάνουν το ιώδιο-131 με τα τρόφιμά τους και το μεταφέρουν στο γάλα. Οι άνθρωποι που πίνουν το εν λόγω γάλα συσσωρεύουν το ιώδιο-131 στο θυρεοειδή τους αδένα. Οι ακτίνες γάμμα ακτινοβολούν τα κύτταρα και προκαλούν βλάβες στο γενετικό υλικό του ανθρώπου, το DNA. Εάν η ζημιά δεν μπορεί να διορθωθεί, τότε αλλάζει η σύσταση του DNA προκαλώντας μετάλλαξη. Τα μεταλλαγμένα κύτταρα μπορούν να μετατραπούν σε καρκίνο του θυρεοειδή αδένα.
Ø Το στρόντιο-90 είναι επικίνδυνο γιατί συμπεριφέρεται όπως ακριβώς και το ασβέστιο. Καθώς ρυπαίνεται το λιβάδι, μεταφέρεται μέσω της τροφής στο γάλα των ζώων. Στο σώμα το στρόντιο, ακολουθεί το ασβέστιο και εισέρχεται στα οστά όπου και ακτινοβολεί το μυελό των οστών και τα οστικά κύτταρα.
Ø Το πλουτώνιο-239 συμπεριφέρεται επίσης όπως το ασβέστιο και μπορεί να εισαχθεί στο σώμα με την εισπνοή και να εγκατασταθεί στους πνεύμονες καθώς επίσης και στα οστά. Εκεί εκπέμπει άλφα ακτινοβολία που επιδρά στα περιβάλλοντα κύτταρα.
Τα περισσότερα κύτταρα νεκρώνονται όταν δεχθούν τα σωματίδια άλφα ή βήτα, ειδικότερα εάν τα τελευταία προσεγγίσουν τον κυτταρικό πυρήνα όπου υπάρχει το DNA. Εάν όμως δεν νεκρωθεί το κύτταρο, σίγουρα θα υποστεί σημαντικές ζημιές. Το ευαίσθητο σε ακτινοβολία DNA, όταν δεχθεί επίθεση από σωματίδια άλφα ή βήτα μπορεί να υποστεί μη-αναστρέψιμη ζημιά, δηλαδή μετάλλαξη. Εάν το κατεστραμμένο κύτταρο είναι στους πνεύμονες ή στον μυελό στων οστών ίσως αυτό εξελιχθεί σε καρκινικό. Εάν κάποιο από τα βλαστικά κύτταρα (προγονικά κύτταρα από τα οποία προέρχονται τα υπόλοιπα του οργανισμού μας), δεχθούν επίθεση, τότε η μετάλλαξη θα υπάρχει σε όλα τα κύτταρα του εμβρύου. Εάν ακτινοβοληθούν γαμετικά κύτταρα τότε εκτός από τους προγόνους και οι απόγονοι θα εμφανίζουν τις μεταλλάξεις.
Ένα άλλο αποτέλεσμα της έκθεσης σε ακτινοβολίες είναι πως οι υψηλές σε ενέργεια ακτινοβολίες οι οποίες δεν προκαλούν όμως θάνατο, επιφέρουν καταστολή του ανοσοποιητικού συστήματος.
Βέβαια να μην ξεχνάμε ότι η ακτινοβολία μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ευεργετικά ειδικά στις ακτινοθεραπείες, όπου στοχεύονται και καταστρέφονται καρκινικά κύτταρα για την θεραπεία των ανθρώπων από τον καρκίνο.
Σωτήρης Κοκκωνάκης
Φυσικός-Συγγραφέας
