Nasz polski oswojony reaktor jądrowy – Maria

Rdzeń reaktora Maria w NCBJ w Świerku. Źródło: © Narodowe Centrum Badań Jądrowych

O sprawach energetyki jądrowej Polacy zawzięcie dyskutują, obawiając się reaktorów za progiem. Tymczasem już od ponad 60 lat pod Warszawą nieprzerwanie działa co najmniej jeden taki reaktor. Zawdzięczamy mu m.in. leki ratujące życie pacjentom w szpitalach onkologicznych.  

Pierwszy z polskich reaktorów, EWA (akronim słów „Eksperymentalny, Wodny, Atomowy”), pojawił się w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku pod Warszawą w latach 50. Początkowo ZSRR chciał za niego aż 15 mln dol., ale nasi eksperci obniżyli cenę o niemal dwie trzecie, porównawszy ją do cen podobnych reaktorów na rynku. EWA została uruchomiona w 1958 roku. W 1974 roku dołączył do niej reaktor Maria, nazwany tak na cześć Marii Skłodowskiej-Curie. Został on zaprojektowany i zbudowany przez polskich specjalistów. W ten sposób Polska weszła w posiadanie dwóch jądrowych reaktorów badawczych: starszego o mocy cieplnej 2 MW, nowszego o mocy 30 MW (dla porównania: reaktory jądrowe w elektrowniach mają moc tysięcy megawatów). EWA została wyłączona w 1995 roku. W tym samym roku wyszedł z użycia banknot o nominale 20 000 zł, na którego rewersie utrwalono ten właśnie reaktor, zaś na awersie widniała podobizna Marii Skłodowskiej-Curie.

Remonty Marii

Reaktor Maria pracuje do dziś, nieustannie poprawiany i unowocześniany. Jedna z jego głównych modernizacji miała miejsce po awarii reaktora energetycznego w Czarnobylu, kiedy to na świecie zaczęto kłaść większy nacisk na bezpieczeństwo reaktorów. Marię wyposażono wówczas w układy eliminujące możliwość awarii lub minimalizujące jej skutki. Wymieniono m.in. system sterowania, unowocześniono systemy chłodzenia, wentylacji i kontroli temperatur. Dzięki tej obsesji na punkcie bezpieczeństwa przez ponad 40 lat reaktorowi nie przydarzyła się żadna awaria.

Kolejna gruntowna modernizacja nastąpiła w 2012 roku, kiedy to naukowcy w ramach programu Global Threat Reduction Initiative (ograniczającego ryzyko związane z wykorzystaniem wzbogaconego uranu w reaktorach) zmienili rodzaj zasilania Marii. Od tej pory działa ona w oparciu o niskowzbogacone paliwo jądrowe o zawartości izotopu uranu 235 mniejszej niż 20 proc. Po tych wszystkich ulepszeniach Maria jest obecnie jednym z najlepszych reaktorów badawczych w Europie: jest bezpieczna, dysponuje wysokim strumieniem neutronów w rdzeniu i możliwością dostosowania konfiguracji tego rdzenia do potrzeb naukowców.

O tym, że rzeczywiście jest w dobrej kondycji, świadczy fakt, iż w 2015 roku dostała od Państwowej Agencji Atomistyki kolejne 10-letnie pozwolenie na dalszą eksploatację. Specjaliści z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku oceniają, że po modernizacjach reaktor będzie mógł bezpiecznie działać nawet do 2060 roku.

Pomost reaktora Maria. Źródło: © Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Leki od Marii

To dobra wiadomość, bo Maria ma pełne ręce roboty, a zapotrzebowanie na jej pracę z roku na rok rośnie. W tym reaktorze powstają bowiem radiofarmaceutyki – leki wykorzystywane w leczeniu chorych na nowotwory, przede wszystkim jod 131, który służy do walki z rakiem tarczycy. Maria jest też ważnym ogniwem w łańcuchu dostaw molibdenu do szpitali w Europie, USA czy Kanadzie. Aby go otrzymać, naukowcy wewnątrz Marii napromieniowują tarcze uranowe. Tam, pod wpływem bombardowania neutronami powstaje molibden-99, a z niego wytwarzany jest niezwykle cenny technet-99, który jest wykorzystywany w 80 proc. wszystkich procedur medycyny nuklearnej w terapii onkologicznej. Używa się go m.in. w scyntygrafii, gdzie radioizotop znakuje substancję gromadzącą się w badanym narządzie. Sama Maria zapewnia aż 18 proc. światowych dostaw molibdenu-99! Polski reaktor jest jednym z kilku takich obiektów na świecie. Tylko przez jeden tydzień jego pracy powstają w nim leki dla 100 tys. pacjentów szpitali onkologicznych. Kiedy w 2010 roku holenderski reaktor wytwarzający molibden-99 miał awarię, to właśnie Maria uchroniła wiele krajów przed poważnymi brakami w dostawach tego cennego pierwiastka.

W Marii naukowcy z NCBJ wytwarzają też inne promieniotwórcze izotopy pierwiastków, które niszczą komórki rakowe. Należą do nich izotopy itru 90Y i lutetu 177Lu, nazywane ItraPol i LutaPol. Polscy specjaliści potrafią „poprowadzić” te leki bezpośrednio w zmienione chorobowo miejsce. W jaki sposób? Dołączają do izotopów z Marii białka, które są wychwytywane i przyciągane przez receptory komórek nowotworowych. W ten sposób lek dociera dokładnie tam, gdzie trzeba. Szczególnie ważne jest to w przypadku, kiedy komórki rakowe rozsiane są po całym ciele pacjenta. Pierwszym celem tej terapii stały się guzy neuroendokrynne, ale badacze już pracują nad kolejnymi lekami.  

Centrum Informatyczne Świerk. Źródło: © Narodowe Centrum Badań Jądrowych

Maria i fizycy

Ale Maria to również poligon doświadczalny dla polskich fizyków jądrowych.

– Wewnątrz Marii ciągle coś się dzieje: przeprowadzamy tam eksperymenty, wkładamy nowe elementy do środka, produkujemy radioizotopy – mówił Crazy Nauce prof. Grzegorz Wrochna z NCBJ. – To wymaga od nas kolejnych obliczeń, dzięki którym dowiadujemy się, czy to, co wkładamy do reaktora, nie osłabia jego bezpieczeństwa. To naprawdę doskonałe narzędzie do poszerzania wiedzy o reaktorach jądrowych.

Tę ogromną wiedzę NCBJ wykorzystał do wykształcenia zespołu specjalistów od analizy bezpieczeństwa związanego z reaktorami jądrowymi. To przede wszystkim wysokiej klasy informatycy, których wspiera nowo utworzone Centrum Informatyczne w Świerku i jego główny atut: najwydajniejszy w Polsce superkomputer przeznaczony do obliczeń związanych z energetyką jądrową.

Ale reaktor Maria jest przede wszystkim źródłem silnego strumienia neutronów. Z ich pomocą naukowcy modyfikują rozmaite materiały, w tym krzem, który dzięki temu zyskuje lepsze parametry w zakresie przewodnictwa elektrycznego. W reaktorze prowadzone są też zaawansowane badania fizyczne z wykorzystaniem wiązek neutronów. Dzięki doświadczeniu zdobytemu w Marii polscy specjaliści jeżdżą do Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN, która jest największym na świecie ośrodkiem fizyki cząstek. Tam uczestniczą w licznych badaniach i eksperymentach prowadzonych m.in. w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC), największym na świecie akceleratorze cząstek.

Promieniowanie Czerenkowa w reaktorze Maria. Fot. A. Rumińska/Wikimedia

Cuda w Marii

Wewnątrz reaktora Maria można dostrzec jedno z najbardziej niezwykłych zjawisk fizycznych: promieniowanie Czerenkowa. Powstaje ono wtedy, kiedy wysokoenergetyczne cząstki poruszają się z prędkością – uwaga! – większą od prędkości światła. Dzieje się to w wodzie będącej chłodziwem reaktora (a nie w próżni, w której światło, jak wiadomo, jest niepokonane), która dzięki temu w okolicach rdzenia świeci na niebiesko. Widok jest naprawdę niesamowity!

Można to zobaczyć na własne oczy, bo NCBJ w Świerku dla chętnych organizuje zwiedzanie reaktora. Informacje o zapisach znajdziecie tutaj: http://www.ncbj.gov.pl/pl/edukacja/wycieczki-do-reaktora

Polecamy też na naszym blogu:

5 mitów związanych z elektrowniami jądrowymi