Fizikai Szemle 2001/3. 110.o.

AZ ATOMENERGIA JÖVŐJÉRŐL - az Európai Fizikai Társaság állásfoglalása

Az Európai Fizikai Társaság (EPS) kötelességének tartja, hogy véleményt nyilvánítson olyan, az egész társadalmat érintő ügyekben, amelyekben magas színvonalú tudományos ismerettel rendelkezik. Nyilatkozatunkban a fenntartható energiatermelést biztosító feladatokkal kapcsolatban nagy aggodalommal nézzük sok fejlett (európai) ország azon törekvését, hogy az atomenergiát kiiktassák hosszú távú energiaterveikből. Az energiapolitikában figyelembe kell venni, hogy a jövőben az egész világon elsősorban a harmadik világban - jelentősen növekedni fog az energiafogyasztás. Nem szabad elfelejtenünk, hogy a CO₂ üvegházhatása és annak az egész Földre kiható vészes éghajlati következményei miatt, korlátozni kell a fosszilis anyagok felhasználását. Kételkedünk abban, hogy hosszú távon nagyobb hatásfokkal, megújítható energiaforrásokkal biztosítani lehet a folyamatos energiaellátást. Az atomreakciókból származó energia nagymértékű termelését állandóan napirenden kell tartani, és anyagi alapokat kell biztosítani a kutatások és fejlesztések számára. Az EPS állásfoglalásában igyekszik elfogulatlanul felmérni az atomenergia tudományos lehetőségeit. Az EPS Magfizikai Bizottságának tagjai felelősséget éreznek azért, hogy a világ nyilvánossága előtt folytassák tovább az energiatermelés hosszú távú kilátásairól folytatott vitákat.

Tudományos folyóiratokban kitűnő tanulmányok jelentek meg különféle területek szakembereinek tollából, amelyekben 10 milliárdnyi földlakosságra számítják ki az energiaigény jövőbeni alakulását. Felhasználjuk ezeket a forrásokat, és reméljük, hogy a nagyközönség megérti majd, hogy milyen nagy az igény a jövő energiaforrásainak feltárására. Az emberiségnek nélkülöznie kell a fosszilis üzemanyagokat - ez az elkészítendő forgatókönyv alapvető vonása lesz. A legtöbb tanulmányban arra következtetésre jutnak, hogy a nukleáris folyamatok fogják hosszú távon biztosítani az energiát.

A jövő igényét kielégítő energiatermelés alakulásának paradigmája megfogalmazható abból kiindulva, hogy felsoroljuk a fő fogyasztókat: nagy ipari központok, jelentős, sűrűn lakott (10-20 milliós) településközpontok, nagyszabású gyors közlekedési és szállítási eszközök (TGV- és ICE-szerelvények teljesítménye 10 MW nagyságrendű), a közlekedési rendszerek főleg folyékony üzemanyagra alapozott osztott energiaforrásai. Az emberiség már a következő évtizedben drámai változásokkal szembesülhet, mert nélkülözni kell a primer energia 85%-át adó folyékony fosszilis tüzelőanyagokat.

A primer energiában nagy hiány fog kialakulni, mert 2050-re a népességnövekedés, illetve a fejlődő országok gazdasági fejlődése 2-5-szörösére növeli a fogyasztást.

Elképzelhetünk egy optimistább jövőképet: a fejlődő országok visszafogják energiafogyasztásukat, de a világ teljes primerenergia-igénye a maihoz képest ekkor is 50%-kal fog növekedni, eléri a 9109 terajoule-t. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) becslése szerint a növekedés 1995-höz képest 75% lesz. A megújuló energiafajták mennyiségét növelve, az ezekből származó energia a mainak tízszeresét is elérheti, részesedése a jelentékeny növekedés következtében a világfogyasztás 30%-át teszi ki.

Elképzelhető, hogy a fejlett országok az energiatakarékosság terén sikereket érnek el, de ehhez a tudomány és a politika közös erőfeszítésére lesz szükség.

A fosszilis üzemanyagok fogyasztásának jelenlegi szintjének fenntartása egész bolygónkra kiható környezeti katasztrófával fenyegeti az emberiséget. A napenergia, biomassza, szél- és vízenergia - megfelelő támogatással néhány évtized múlva versenyképes lesz, segíti a kisméretű, osztott energiafogyasztás kielégítését olyan területeken, ahol szállítást és energiát lehet megtakarítani. A folyékony és gáz halmazállapotú fosszilis anyagok (olaj, Földgáz) előnyé, hogy nagyléptékű energiatermelésre rugalmasan használhatók, és ha néhány évtized múlva ki is vonják őket a fogyasztásból, akkor is használhatók még szekunder energiahordozókként.

Nagymértékű elektromosenergia-termeléshez 500 MW-nál nagyobb teljesítményű atomerőművekben az energiát a ²³⁵U és a ²³⁹Pu hasadásából nyerik. A szükséges természeti források bőségesek, körülbelül százszorosan múlják felül az egyéb készeteket. Csak most kezdték ezeket kiaknázni, hosszú távon ez lesz a jövő primer energiaforrása, és ennek segítségével fogják kitermelni a másodlagos, folyékony és gáz halmazállapotú fűtőanyagkészleteket is.

A következő ötven év kilátásait vizsgálva minden jel arra mutat, hogy az atomenergiát nem lehet az alternatívák közül kizárni. Az is igaz, hogy a jelenlegi technikával, azaz az ²³⁵U-re alapozott reaktorokkal nagyon sok veszélyes hulladékot termelnek, egyes típusoknál a katasztrófa veszélye is fennáll. Érthető, hogy nagy a társadalmi ellenállás a nukleáris ágazattal szemben, ezért ki kell kísérletezni a hasadásos reaktorok biztonságosabb és kevésbé környezetszennyező fajtáit. Született néhány új elgondolás, például az urán helyettesítése tóriummal, vagy a hibrid reaktorok. Hosszú távon nagyon fontos a magfúzió felhasználása.

Az ²³⁵U, amely az egyetlen természetben előforduló hasadó uránizotóp, a természetes uránban csak 0,7%-ban van jelen, és mivel az ²³⁵U tartalékai lassan elfogynak, számításba vettek két másik alapanyagot: az ²³⁸U-at és a ²³²Th-t. Egyik sem hasad, de neutronbefogással átalakíthatók hasadó változatokká. A jelenlegi reaktorokban a ²³⁸-as izotópból, a természetes urán fő alkotórészéből termelik a ²³⁹Pu-et, erre a kettőre alapozzák az úgynevezett urán plutónium-ciklust. Tóriumból a természetben négyszer több található, mint uránból; a reaktorokban ebből először ²³³U-at tenyésztenek; így alakul ki a tóriumurán-ciklus. Mindkét anyagból (²³⁸U és ²³²Th) több évszázadra elegendő mennyiség áll rendelkezésünkre. Az urán-plutónium-ciklust eredetileg csak gyorsneutronos reaktorokban akarták felhasználni. A jelenlegi reaktorokkal ellentétben, amelyek csak 1% természetes uránt használnak, a gyors reaktorokban ez az arány 100%. A következő évtizedekre vonatkozó hosszú távú tervek megegyeznek abban, hogy az új tenyésztő reaktorokban a fenntartható nukleáris energiatermelés alapja ²³⁸U- vagy tóriumalapú ciklus lesz, de a javasolt technikai megoldások még igen változatosak. Nehéz elképzelni, hogy a gyors reaktorokban hűtőanyagként folyékony nátriumot alkalmazzanak, mint például a Super-Fenixben.

A nukleáris energiatermelés másik problémája a radioaktív hulladékok elhelyezése. A nehézséget elsősorban a hosszú élettartamú és nagy radioaktív szennyezést okozó komponensek, az aktinidák és a plutónium okozza. Az ilyen hulladék kezelésének két lehetséges módja az átalakítás és az elhamvasztás. Az utóbbinál a hulladékban található magokat erős neutronfluxusnak teszik ki, ekkor hasadás következtében könnyű magok keletkeznek. Ezzel az eljárással, MOX üzemanyag (plutónium és szegényített urán keveréke) alkalmazásával a módszer ipari energiatermelésre is hasznosítható. Reprocesszáló üzemeket építettek MOX előállítására, ezt azután a szokásos elemek helyett használják fel. A nyomottvizes reaktorokban lefuttatott két vagy három reprocesszáló ciklus után a megmaradt szennyezések, az aktinidák és a plutónium gyors reaktorokban elhamvaszthatók. A hulladékkezeléshez gyors reaktorra és 4-5 nyomottvizes reaktorra van szükség, jelenleg azonban még nem tudják felmérni, hogy ez mennyire lesz gazdaságos.

A tórium-urán-ciklusban 1000-10000-szer kevesebb hosszú élettartamú szennyezés, illetve plutónium keletkezik mint nyomottvizes reaktorokban, de a technikai megoldás nincs még kidolgozva.

Van egy teljesen új típusú technikai változat, amelyet érdemes tanulmányozni: ez a Gyorsítóval Kombinált Rendszer (Accelerator-Driven System, ADS), amelyet mind Európában mind az USA-ban figyelemre méltónak tartanak. Elvi alapja egy hibrid reaktor, amelyben nagyenergiájú gyorsítót kapcsolnak össze szubkritikus (hasadáson alapuló) neutronsokszorozó rendszerrel, amely energiát termel, miközben átalakítja a radioaktív hulladékot. A legcsábítóbb ebben, hogy biztonságosan átkapcsolhatják urán-ciklusról tórium-ciklusra, az így épített reaktorok eleve biztonságosak, tehát számíthatnak a lakosság bizalmára. Számos részletkérdés még megoldatlan: megbízhatóság, neutronsokszorozási tényező, nagyintenzitású gyorsító, valamint a gazdasági versenyképesség. A hibridreaktorok elve alapján újra lehet gondolni a hasadáson alapuló energiatermelés alakulását. Hosszú kutatómunkára van még szükség, de potenciálisan elsősorban az ADS jelentheti a nagybani energiatermelés 2020 utáni jövőjét.

Ha azt akarjuk, hogy a jövő generációk elegendő mennyiségű energiát kapjanak, akkor olyan nagyméretű kutató-fejlesztő (K+F) programokra van szükség, amelyek keretében minden lehetséges megoldást megvizsgálnak. A nukleáris alternatíva magában foglalja mind a hasadási, mind a fúziós folyamatokat. Több szellemes, nagyon ígéretes megoldást vetettek fel eddig, köztük a gyorsítóval kombinált ADS-rendszert, amelyben a veszélyes hulladék átalakítása mellett energiát is termelnek - a jövőben ezeket is alaposan tanulmányozni kell. A K+F-munkának célirányosnak kell lennie, megvalósítható megoldásokat kell keresni, amelyek alapján demonstrációs berendezéseket lehet létrehozni. A nagyvolumenű energiatermeléshez a 2020 utáni időszakra meg kell sokszorozni az erőfeszítéseket a nukleáris változat érdekében, mivel egy jól tervezett rendszer megvalósíthatósága is csak hosszú ideig tartó kísérletezések után derülhet ki (be kell számítani a lakosság meggyőzésének munkáját is). A nukleáris alternatíva K+F programjában jelentős szerepet kell kapnia mind a magfizikai, mind az anyagismereti alapkutatásoknak, mert csak így lehet elérni, hogy az új technikai elgondolásokhoz a megfelelő szakismereteket megszerezzük. A tudományos haladást az új ötletek és technikai megoldások teremtik meg, amelyek nagyon gyakran a kutatómunka közben, az azzal kapcsolatos megoldások keresése során vetődnek fel. Jó példa erre a másodlagos nyalábokat előállító nagyteljesítményű gyorsítók legutóbbi kifejlesztése. Ezeket már rutinszerűen használták az alapkutatások során, de ebből született meg az ADS gondolata, valamint a fúziós reaktorok új injektálási technikája is. A kisebb gyorsítókat először alapkutatási célokra tervezték, ma viszont sikerrel alkalmazzák orvosi és ipari területeken.

Az energia fenntartható és nagyméretű előállítása nem képzelhető el egy ország határai között. Vonatkozik ez az atomenergiára, valamint a (nukleáris, kémiai, biológiai) hulladékok elhelyezésére.

A fizikai társaságoknak - Európában és az egész világon - fel kell hívniuk a politikai döntéshozók figyelmét arra, hogy az energia és a hulladékok problémáját sürgősen meg kell oldani transznacionális szinten. A gazdag országok a felelősek azért, hogy a kutatásokat és a fejlesztéseket folytassák ezen a területen.

A K+F-munkát összeurópai szinten kell kidolgozni. A programok sikeréhez évente néhányszáz millió euróra van szükség. Ezt a pénzt a kormányok, illetve az Európai Unió különleges alapjaiból kell előteremteni. Jelentékeny összegről van szó, de ez mégsem több, mint az Európában egy év alatt energiatermelésre fordított kiadás 0,1%-a. Állásfoglalásunkban különösen hangsúlyozzuk mindenfajta (nukleáris, vegyi, biológiai) hulladék kezelésének problémáját - ezt transznacionális szinten kell megoldani, ezért emeljük ki a politikai intézmények szerepét ezen a téren.

Az energiakérdés összeurópai szinten történő megoldásához fontos követelmény, hogy a társadalomban kifejlesszük a kockázatok felismeréséhez szükséges kulturált hozzáállást. Amennyiben a közvélemény nem megfelelő tájékoztatása miatt túlságosan későn fogunk hozzá az éghajlati problémák megoldásához, óriási társadalmi zavarok keletkezhetnek a jövőben.

Sir Arnold Wolfendale
az Európai Fizikai Társaság elnöke

______________________

Fordította Menczel György.