Wizyta w Narodowym Centrum Badań Jądrowych - Reaktor

Każdego ranka na stołecznych przystankach jak co dzień warszawiacy oczekują na autobusy, które zabiorą ich do pracy. Niektórzy z nich jednak nie opuszczają ich zwykłymi autobusami. Nie jadą też do zwykłej pracy. Te niezwykłe pojazdy zgarniają spory tłumek (w sumie ponad tysiąc osób) i wywożą poza stolicę, do Świerku, dzielnicy Otwocka. Oficjalnie w mieście, w praktyce jednak jest to ogrodzony teren, jakiś kilometr od jakichkolwiek zabudowań. Wewnątrz znajduje się kompleks Narodowego Centrum Badań Jądrowych.


Reaktor Maria

Serce ośrodka jest otoczone kolejnym, podwójnym ogrodzeniem. Za bramką przepuszczającą jedynie posiadaczy zbliżeniowych kart magnetycznych należy nałożyć biały fartuch i obuwie ochronne. Chyba w każdym odwiedzającym budzi się dziecko i poczucie “jestem naukowcem!”, później jednak odwiedzający nabiera powagi. By wejść do otulonej ponad dwoma metrami betonu hali reaktora trzeba pokonać śluzę o dwojgu wielotonowych drzwi, gdzie każdy wchodzący i wychodzący staje przez kilka sekund w bramce sprawdzającej stopień napromieniowania.

Mimo pochłoniętej literatury, bez względu na ilość obejrzanych filmów dokumentalnych, przekraczając wrota reaktora Maria trudno nie poczuć, że wkroczyło się do świata Half-Life. Ogromna hala, beton i metal, więcej ludzi w białych kitlach. Nad głową wielki podświetlony napis informujący, że reaktor pracuje. Uwagę jednak zwraca światło dobiegające z pod nóg stojących nad samą Marią. Pod grubą warstwą szkła i kilkoma metrami wody bije błękitna poświata - promieniowanie Czerenkowa. To światło które emituje woda wzbudzona przez wysokoenergetyczne elektrony uwalniane w procesie radioaktywnego rozpadu uranu.

Obok zbiornika z paliwem jądrowym znajdują się komory odgrodzone kolejnymi metrami betonu i równie grubymi warstwami szkła, zza których - z pomocą zdalnych manipulatorów - specjaliści operują materiałami, których bezpośrednie dotknięcie prawdopodobnie wiązałoby się z bardzo nieprzyjemną śmiercią. Gdzieniegdzie w reaktorze znajdują się kubły na śmieci oznaczone ikonicznym, żółto-czarnym symbolem radioaktywności. Jak się można dowiedzieć są tam na wypadek “jakby się komuś coś skaziło”.

Jako że mówimy o materiale radioaktywnym, to jego transport musi również spełniać szereg norm. Pojemniki ważące siedem i pół tony skrywają skromną, około 40-gramową porcję U-235. Pojemniki muszą być wystarczająco wytrzymałe by znieść upadek na twardą powierzchnię z 9 metrów, pół godziny w płomieniach o temperaturze 804’C i godzinę pełnego zanurzenia w wodzie, bez uwolnienia radioaktywnej zawartości.

Dla mnie wizyta w NCBJ rozpoczęła się wczesnym poniedziałkowym rankiem i skończyła przed zmierzchem. Paliwo przebywa w reaktorze około roku. Jego historia rozpoczyna się miliardy lat temu, w eksplozji gwiazdy znacznie większej niż nasze Słońce. Ciśnienie i temperatura w sercach gwiazd pozwala “jedynie” by z lekkich pierwiastków (głównie wodoru i helu) wyprodukować kolejne elementy aż do liczącego 56 nukleonów w jądrze żelaza. Tylko energie towarzyszące eksplozji wielkich gwiazd wystarczają by wyprodukować cięższe atomy. To właśnie liczące 235 nukleonów jądra uranu, ciśnięte przez supernowe w kosmos miliardy lat temu, oddają teraz okruszki tej prehistorycznej energii w sercu reaktora Maria.

Jak wyjaśnia dyrektor Departamentu Energii Jądrowej, Grzegorz Krzysztoszek, Maria miała trzy rodzaje zadań i dziś w pełni realizuje dwa z nich; trzeci, niegdyś priorytetowy, jest dyskusyjny. Po pierwsze reaktor miał służyć do badań w dziedzinie energetyki w związku z budową elektrowni jądrowej Żarnowiec. Jak wiadomo historia nie potoczyła się zgodnie z planem. Jednak nie jest tak, że Maria nie ma nic do powiedzenia kwestii energetyki. Obecnie umożliwia on badania niezbędne dla rozwoju przyszłościowych reaktorów IV generacji.


Współczesna alchemia

Maria znalazła szersze zastosowanie niźli tylko energetyka. Drugim są badania naukowe nad wiązkami neutronów. Obojętne elektrycznie podlegają wszystkim podstawowym oddziaływaniom fizycznym, co sprawia, że są wdzięcznym obiektem badań. Jednocześnie trudno o swobodne neutrony w przyrodzie, gdyż są one niestabilne (więcej na ten temat w tej notce) i mają czas połowicznego rozpadu wynoszący około dziesięciu minut.

Trzecim i obecnie bodaj najistotniejszym zastosowaniem Marii jest produkcja radioizotopów. Można powiedzieć, że w centrum Polski znajduje się prawdziwe laboratorium alchemiczne. Współcześni alchemicy nie zmieniają ołowiu w złoto. Zamiast tego dodają neutrony do jąder innych atomów. Koronnym przykładem jest bombardowane neutronami termicznymi tarcz uranowych, by uzyskać molibden-99, który z kolei rozpada się tworząc technet-99, podstawowy radioizotop używany w onkologii. 80% terapii radiacyjnych używa tego właśnie pierwiastka, a Maria zaspokaja niemal jedną piątą światowego zapotrzebowania na ten izotop. Szacuje się, że polski reaktor pomógł siedemdziesięciu pięciu milionom pacjentów na całym świecie.

Produkcja materiałów radioaktywnych wiąże się z szeregiem wyzwań i ograniczeń. Niestabilny Molibden-99 cechuje się 66-godzinnym czasem połowicznego rozpadu; to krótko, ale wystarczająco by był przydatny przez mniej więcej tydzień. To pozwala na dostarczenie go do placówek medycznych w różnych punktach planety. Do procedur medycznych wykorzystywany jest technet-99, którego czas połowicznego rozpadu to zaledwie 6 godzin. Radioizotopy nie czekają z rozpadem na odpowiedni moment. Dlatego nie można ich produkować na zapas. Produkcja musi być prowadzona ciągle.

Wszystko to sprawia, że Maria jest miejscem wyjątkowym na skalę światową.


To pierwsza część relacji z mojej wizyty w Narodowym Centrum Badań Jądrowych. Dziękuję dyrektorowi Departamentu Energii Jądrowej Grzegorzowi Krzysztoszkowi, rzecznikowi ds Energetyki Jądrowej Andrzejowi Strupczewskiemu, kierownikowi działu Infrastruktury Obliczeniowej Adamowi Padée, Pracownikom Centrum Informatycznego Świerk Sylwestrowi Koziołowi i Piotrowi Wasiukowi, Dyrektorowi Zakładu Aparatury Jądrowej Pawłowi Krawczykowi, oraz w szczególności pani Katarzynie Żuchowicz, która poświęciła mi najwięcej czasu i w ogóle umożliwiła powstanie tej relacji otwierając przede mną koleje drzwi NCBJ. Dodatkowo Robertowi Wołkiewiczowi, za pierwszą linię wsparcia i Hani Sienkiewicz za pchnięcie w kierunku Świerku.

Jak Ty uczcisz stulecie dziwności?

Każdy rok wypełnia cała masa rocznic. W tym roku przypada jedna naprawdę wyjątkowa. To stulecie narodzin dziwności. Mija sto lat od kiedy nauka roześmiała się w twarz naszej intuicji. W 1915 roku Einstein opublikował teorię względności a nauka sięgnęła dalej niż zdrowy rozsądek.

Jak w przypadku wielu ważnych koncepcji w nauce punkt wyjścia był dość prosty - prędkość światła jest stała, niezależnie od punktu odniesienia. Konsekwencje tego założenia są niezwykle dziwne, ale od stu lat potwierdzają je rozmaite eksperymenty. Jeśli w naszym kierunku wysłany zostanie promień światła, to nieważne czy będziemy na niego czekać w miejscu, czy ruszymy w jego kierunku z jakąś prędkością. W obu przypadkach będzie zmierzał w naszym kierunku z prędkością c. Jest to możliwe tylko dlatego, że czas i przestrzeń nie są stałe i niezmienne. Istnieją zjawiska kontrakcji długości oraz dylatacji czasu. Pręt poruszający się w kierunku obserwatora jest krótszy niż w stanie spoczynku. Zegary znajdujące się w ruchu działają wolniej.

To nie wszystko. Zegary działają też wolniej, gdy znajdują się bliżej silnego pola grawitacyjnego. Więcej - masa również jest zmienna i jest większa, jeśli dany obiekt się porusza. Gdy Einstein chciał pogodzić to z drugą zasadą dynamiki Newtona sformułował najsłynniejsze równanie na świecie, czyli E=mc². Wszystko to może wydawać się abstrakcyjne, ale jest prawdziwe i wielokrotnie przetestowane.

Wszechświat nie przejmuje się naszym zdrowym rozsądkiem, dlatego jeśli odpowiednio się rozpędzimy, możemy wbiec z 1,5 metrową drabiną do jednometrowej szopy i zmieścić się w środku. Ale to temat na osobną notkę… Na co dzień prawdziwość teorii Einsteina testujemy częściej niż byśmy się spodziewali. System GPS nie działałby tak precyzyjnie gdyby nie teoria względności. Satelity poruszają się tak szybko, że ich zegary poruszają się wolniej od naszych o 7 mikrosekund dziennie. Jednocześnie są na tyle oddalone od Ziemi, że działa na nie słabsze przyciąganie grawitacyjne, dlatego ich zegary poruszają się o szybciej o 48 mikrosekund dziennie. W sumie 41 us na dobę (w rzeczywistości jednak dochodzi jeszcze kilka poprawek z innych źródeł, które muszą brać pod uwagę systemy GPS).

Teoria względności jest też istotna w działaniu elektromagnesów - choć elektronów jest tyle samo co protonów, ruch tych pierwszych sprawia, że wydają się ciaśniej upakowane i pojawia się różnica ładunków. Prędkości poruszania się elektronów wpływają też na właściwości pierwiastków takie jak kolor złota czy konsystencja rtęci.

To tylko nieliczne z niesamowitych konsekwencji teorii względności. Niektóre są tak szokujące, że sam Einstein uznawał je za matematyczne ciekawostki. O nich z pewnością będzie można usłyszeć 26 listopada w Centrum Nauki Kopernik.

Jądro Ciemności - taki tytuł nosi wieczór w ramach którego profesor Kip Thorne wygłosi specjalny wykład z okazji stulecia teorii względności. Nie wiem jak Wy, ale ja nie wyobrażam sobie lepszego sposobu na uczczenie tej rocznicy.

Thorne opowie o rzeczach, które Einsteinowi wydawały się zbyt dziwne, by istniały naprawdę, choć przewidywały je równania, które sam skreślił. Dziś wiemy, że czarne dziury nie tylko istnieją, ale są wręcz bardzo ważną składową Wszechświata. Nie znaczy to jednak, że je rozumiemy. Cały czas są wielką zagadką, nie wiemy co w nich drzemie. Ściany ognia? Tunele do innych zakątków naszego wszechświata? Wrota do innych? Z pewnością nie są przejściem do szafy w pokoju małej dziewczynki.

Mimo mojej chłodnej oceny filmu Interstellar nie mogę się doczekać na spotkanie z jednym z bardziej uznanych naukowców naszych czasów. Kip Thorne z pewnością będzie mówił o czarnych dziurach oraz o falach grawitacyjnych - jednej z ostatnich rzeczy, które przewiduje teoria względności, której jeszcze nie udało się nam bezpośrednio zaobserwować. Z pewnością będzie ciekawie. Jeśli wybieracie się ze mną na wykład profesora Kipa Thorne pamiętajcie, żeby zdrowy rozsądek zostawić przed drzwiami sali.


Kip Thorne - Jądro Ciemności

Nie panikuj - prawda o populacji

Tym razem krótka polecanka. Świetne wystąpienie na temat populacji świata. Dlaczego warto poświęcić na to godzinę czasu? Bo Hans Rosling jest fantastycznym, zabawnym mówcą. Bo te statystyki rozprawią się z pewnymi błędnymi przekonaniami o ludności świata, które ma niemal każdy z nas. Bo to information porn w czystej postaci. Bo choć nie pozbawiony gorzkich akcentów, to dość pozytywny i optymistyczny materiał.