Da en av jordas store tektoniske plater presset under en annen utenfor østkysten av Japan i mars 2011, genererte det et voldsomt jordskjelv og satte i gang en tsunami med bølger som nådde høyder på 20 fot eller mer. Denne ødeleggende kombinasjonen lot titusenvis av mennesker være døde og satte igang en atomkrise da sjøvann oversvømmet stedet for Fukushima Daiichi kjernekraftverk, kuttet kraft og deaktiverte sikkerhetskopieringsutstyr.
Mannskapene klarte ikke å holde reaktorene svale, noe som førte til smelting av drivstoff, hydrogeneksplosjoner og frigjøring av radioaktivt materiale. Mer enn ni måneder gikk før myndighetene kunngjorde at reaktorene hadde blitt brakt til en stabil tilstand med kald avstengning. Sikkerhetsmessige hensyn førte også til at nesten alle Japans andre atomkraftverk ble stengt.
Fukushima-hendelsen - den verste atomulykken siden Tsjernobyl i 1986 - har kastet en skygge over atomenergi og industriens voksende håp om en "atomrenessanse." Mer enn to år senere har Japan bare startet på nytt to av landets 54 reaktorer, og farene vedvarer på Fukushima når arbeidere sliter med å inneholde radioaktive avløpsvannslekkasjer. Tyskland og Sveits har bestemt seg for å fase ut kjernekraft, og mange andre nasjoner vurderer sine kjernefysiske ambisjoner. I juni 2011 avviste italienske velgere sitt lands atomprogram i en folkeavstemning.
For en stadig mer energi sulten verden er kjernekraft fortsatt en fristende pålitelig, karbonfri kraftkilde, og en attraktiv måte å diversifisere energiforsyninger og flytte bort fra kilder, inkludert kull som bidrar til klimaendringer. "Vi trenger en renessanse av noe teknologi som kan ta stedet for kull, " sier Per Peterson, professor i kjerneteknikk ved University of California, Berkeley. Både kull- og atomkraftverk er kostbare å bygge, men er i stand til å gi pålitelig kraft døgnet rundt med relativt lave drivstoffkostnader. Peterson sier: "Det er vanskelig å se hvordan du muligens kan fortrenge kull hvis du ikke inkluderer atomkraft.
Globalt ligger fremtiden for kjernefysisk stadig oftere i Kina og India. "Atomrenessansen er i gang, men først og fremst utenfor USA, " sier Dan Lipman, administrerende direktør for strategiske leverandørprogrammer for Nuclear Energy Institute, en industrikonsern. Syv av de 66 anleggene som nå er under bygging over hele verden, er i India. Og Kina koblet sin 17. atomreaktor til kraftnettet i februar.
Historien er mer blandet i USA, selv om landet leder verden innen produksjon av kjernekraft. Inntil nylig ga 104 reaktorer i 31 delstater omtrent 19 prosent av landets strøm. Den amerikanske energinformasjonsadministrasjonen forventer at nye reaktorer vil legge til rundt 5, 5 gigawatt - sammenlignbart med nesten tre Hoover Dams - med atomkapasitet innen 2025. I vår startet byggingen av to nye reaktorer for første gang på 30 år.
Men lave naturgasspriser har tatt en bit av inntektene for anleggseiere. Flåten falt ned til 102 reaktorer i vår på grunn av nedleggelser av anlegget, mens det siste eksemplet var Wisconsons Kewaunee atomstasjon, som fikk overskuddet spist av naturgassutløpet. Nedleggelsen har gitt anledning til spådommer om at flere nedleggelser kan være på vei når eldre atomkraftverk sliter med å konkurrere. Duke Energy droppet planene om to nye reaktorer i Nord-Carolina og trakk sin Crystal River-reaktor offisielt tilbake - offline i to år - i Florida etter tiår med drift, etter å ha valgt å stenge i stedet for å reparere. VVS-prognoser ser at naturgass og fornybar energi tar opp større skiver av en voksende amerikansk energipai, avhengig av priser og subsidier.
Atomulykken i 1979 på Three Mile Island i sentrum av Pennsylvania, i likhet med Fukushima, kom på et lignende tidspunkt med atomvekst. På tidspunktet for Tsjernobyl-katastrofen hadde imidlertid veksten begynt å avta. Det stagnerte ikke bare på grunn av økte sikkerhetsmessige bekymringer, men også på grunn av et fall i prisene på fossilt brensel i kombinasjon med de lange forsinkelsene, ballongbudsjettene og høye finansieringskostnader som var kjennetegnet ved bygging av nyanlegg på 1980- og 90-tallet. Da som nå, viste økonomien i kjernefysisk skremmende.
Etter hvert økte interessen for kjernefysisk igjen. Fra rundt 2005, sier Lipman, har en sammenflytning av faktorer fyrt opp byggingen. Økonomisk vekst økte etterspørselen etter strøm, og historisk ustabile priser på naturgass var i oppgang. Energipolitikkloven fra 2005 ga lånegarantier og andre insentiver til nye atomkraftverk, og etterspørsel etter boligstrøm i sørøstlige stater - særlig Florida - "vokste som gangbustere, " sier han. Pluss at det så ut som om det var mulig at klimaregulering kan gjøre kullkraften mer kostbar.
Tidspunktet var perfekt. "En yngre generasjon [hadde] glemt eller ikke levd gjennom Three Mile Island og Tsjernobyl, " sier Edwin Lyman, seniorforsker i Global Security Program ved Union of Concerned Scientists i Washington, DC
Mens noen amerikanere har varmet for ideen om å øke atomkraften, forblir allmennheten splittet om saken. Fem måneder før Fukushima-katastrofen favoriserte 47 prosent av amerikanerne som ble undersøkt av Pew Research Center, økt bruk av atomkraft. Umiddelbart etter krisen falt støtten til 39 prosent, men meningene har mildnet noe siden den gang.
Et mer mottakelig publikum kan åpne døren bare så langt for atomkraft. "De kunne ikke komme seg rundt økonomiske spørsmål om kjernekraft, selv før Fukushima skjedde, " sier Lyman. Krisen i Japan i 2011 "kastet en annen aapnøkkel i verkene."
Noen ganger er kjernekraft blitt fremmet som et viktig våpen i kampen mot klimaendringer, men "nivået på utplassering av kjernekraft du trenger i løpet av de neste tiårene for å få en bukse i utslippene til global oppvarming ville være så enormt, det er bare ikke mulig, Sier Lyman.
Og etter Fukushima er sikkerhet igjen en bekymring. Blant leksjonene som kommer fra katastrofen, er behovet for å forberede seg på usannsynlige hendelsesforløp, sier Berkeleys Peterson. Etter 9. september begynte den nukleære reguleringskommisjonen, som var ansvarlig for å regulere den amerikanske atomindustrien, å undersøke oversett, om ikke usannsynlig, trusler om utbredt skade - spørsmål, som "hva ville vi gjort hvis terrorister kapret et fly og bestemte seg for å fly den til et amerikansk kjernefysisk anlegg, "sier Peterson. Flyktninghjelpen så på skadene som vil skje på et anleggs sikkerhetssystemer i et slikt scenario, sier han, og krever nå at anlegg anskaffer bærbart nødutstyr som sikkerhetskopi.
Det som ikke ble redegjort for, var muligheten for en hendelse eller en kombinasjon av naturlige farer som fører ned flere reaktorer på et anlegg, der hver og en krever beredskap og innsatsen fra trent personell. Mer enn en tredjedel av atomkraftverk i USA har i dag to eller flere reaktorer. Og likevel tillot beredskapsplaner bare en feil. "I USA var forberedelsene våre alltid at det skulle skje med en av enhetene, " sier Joe Pollock, visepresident for kjernefysiske operasjoner for Nuclear Energy Institute. "Vi må kunne håndtere alle enhetene samtidig i alle planene og forberedelsene våre."
Pollock sier at atomkraftverk i USA nå er bedre rustet for nødhjelp, men kritikere sier at reformer ikke har gått langt nok. Union of Concerned Scientists har advart om at mange reaktorer i USA kunne ha klart langt dårligere enn Fukushima Daiichi i tilfelle svikt i kjølesystemet, fordi deres brukte drivstoffbassenger er tettere pakket og vanskeligere å holde kjølig i en nødsituasjon. Gruppen hevder at planter burde være i stand til å motstå en døgnåpen stasjonavbrudd uten å ty til bærbart utstyr, i stedet for de åtte timene som er anbefalt, men ikke påkrevd, av en NRC-arbeidsgruppe organisert som svar på Fukushima, og de bør være klar til å funksjon i en hel uke uten støtte fra stedet, i motsetning til bare tre dager.
Nyere reaktorer med passive kjølesystemer, som Westinghouse AP1000, viser skritt mot forbedret sikkerhet. I stedet for pumper og dieselgeneratorer bruker AP1000 naturlig konveksjon, tyngdekraft og vanndamp for å forhindre overoppheting og trykkoppbygging uten å trenge offsite-kraft eller til og med operatørhandlinger. Den er designet for å motstå 72 timer med full mørkestasjon. Fire AP1000-reaktorer er under bygging i Kina og to enheter er planlagt for VC Summer atomkraftverk i South Carolina.
Selv i denne avanserte modellen klarte Westinghouse å identifisere potensielle forbedringsområder etter Fukushima-ulykken. Lipman sier at selskapet "gikk tilbake og undersøkte designet veldig betydelig for å se hva slags endringer som måtte gjøres, " og diskuterte designendringer som å plassere batterier høyere opp eller installere vanntette dører for flommotstand. Ikke desto mindre har selskapet konkludert med at AP1000 kunne tåle en hendelse som ligner den som forkrøplet Fukushima Daiichi.
Fremtidige atomreaktorer kan omgå noen av kostnads- og sikkerhetsutfordringene knyttet til dagens 1000-pluss-megawatt-giganter ved å nedbemanne. Det amerikanske energidepartementet har et ambisiøst mål om å se teknologi for mindre, selvstendige og for det meste fabrikkbygde reaktorer som er utplassert i løpet av det neste tiåret. Disse mini-atomkraftverkene er kjent som små modulære reaktorer eller SMR-er, og har elektrisk kraft som tilsvarer mindre enn 300 megawatt og vil være kompakte nok til å transporteres med jernbane eller lastebil. Allerede jobber forskere med dusinvis av forskjellige konsepter over hele verden.
En lovende type er kjent som en integrert vannreaktor. Denne modellen fra kjernevirksomhetsfirmaet Babcock & Wilcox kalt mPower, krever et par 180 megawatt-ekvivalente moduler som kan kjøres i fire år uten tanking - dobbelt så lenge som dagens reaktorer. Og de er små nok til å potensielt bruke eksisterende infrastruktur ved aldrende kullanlegg, noe som øker muligheten for å gi nytt, kjernefysisk liv til kullverk fra 1950-tallet etter pensjonen. Estimerte kostnader for å distribuere SMR varierer fra $ 800 millioner til $ 2 milliarder dollar per enhet - omtrent en femtedel av kostnadene for store reaktorer.
"Det er virkelig mye lettere å designe trygge, små reaktorer, " sier Peterson. Med store reaktorer er det fare for å utvikle "hot spots" i drivstoffet. "Når brensel er skadet, blir det vanskeligere å avkjøle, og dermed kan skaden forplante seg, " forklarer Peterson. Veldesignede mindre reaktorer som kan unngå dette problemet og kanskje til og med redusere behovet for eksternt utstyr og fallbar menneskelig beslutning i en krisetid, kan være "i sikrere grad, " sier han. I hvilken grad små modulære reaktorer kan forbedre sikkerheten ved bruk i den virkelige verden er imidlertid fortsatt usikker.
Kostnadsfordelene er heller ikke garantert. "Historien om kjernekraft har drevet reaktorer til å bli større og større, " for å dra nytte av stordriftsfordeler, sier Lyman. "Hvis du skal gjøre små reaktorer konkurransedyktige med store reaktorer, må du redusere driftskostnadene, " sier han, "du må redusere arbeidskraftskostnadene på en måte som er uansvarlig. Det er uprovokert at det er trygt å redusere antall operatører [og] sikkerhetspersonell og opprettholder fortsatt sikkerhet. " Det er mulig å gjøre en liten reaktor tryggere enn en større reaktor, legger han til, "men det kommer ikke til å skje automatisk."
For all innovativ teknologi som kan erstatte eller lykkes med dagens reaktorer, ligger en lang vei foran. "Selv de best studerte plantene har mange mysterier, " sier Lyman. Post-Fukushima-stasjonen for å granske de ukjente og eliminere unødvendig risiko kan være altfor kort til å gi varige endringer. Lyman sier denne gangen, "Det ville være fint om det skulle skje forandring før katastrofen rammer. "
