Co się wydarzyło w Czarnobylu

Aby zrozumieć, co właściwie zdarzyło się w Czarnobylu, przypomnijmy sobie schemat klasycznej elektrowni cieplnej. Składa się ona z kotła, w którym ciepło ze spalonego węgla przejmuje woda i zamienia się w wysokoenergetyczną parę przegrzaną o temperaturze ponad 500o C. Para ta pędzi do turbin, te zaś napędzają generatory prądu elektrycznego. W elektrowni jądrowej układ ten jest zachowany, z jednym wyjątkiem: zamiast kotła mamy reaktor jądrowy, w którym dochodzi do kontrolowanej reakcji łańcuchowej, co wiąże się z wydzielaniem olbrzymich ilości energii. 

Reaktor kanałowy wielkiej mocy typu RBMK, zastosowany w EJ w Czarnobylu, wyposażony był w moderator grafitowy. Moderator służy do spowalniania neutronów; przy wolniejszych neutronach, tzw. termicznych, reakcje jądrowe z ich udziałem zachodzą skuteczniej. Strefa aktywna reaktora czarnobylskiego to cylinder o wysokości 7 m i średnicy 14 m, wypełniony paliwem jądrowym i grafitem. Cylinder ten przecinają pionowe rury, w których przesuwają się pręty regulacyjne, silnie pochłaniające neutrony, tak że po pełnym wsunięciu ich do reaktora wszelkie reakcje ustają. Oczywiście przez rdzeń reaktora nieustannie przepływa woda, odbierając wytworzone ciepło. Gdyby przepływ tej wody został wstrzymany, doszłoby do podniesienia temperatury w rdzeniu, a następnie stopienia elementów paliwowych, co nazywane jest największą hipotetyczną katastrofą reaktora. Po wybuchu w Czarnobylu słowo „hipotetyczna” stało się w tym określeniu zbędne.

25 kwietnia 1986 r. w czarnobylskiej EJ miało dojść do zatrzymania czwartego bloku, który planowano oddać do remontu. Przy okazji zamierzano przeprowadzić próbę zasilania elektrowni prądem wytworzonym przez wirnik turbogeneratora, który przed wyhamowaniem obraca się z powodu inercji. Podczas normalnej pracy elektrowni taki wirnik wykonuje 3600 obr/min, jest więc w nim zmagazynowane sporo energii, którą można odzyskać w postaci prądu i w sytuacjach awaryjnych użyć na potrzeby EJ.

Podobne próby przeprowadzano wcześniej, zawsze jednak z włączonymi układami zabezpieczenia reaktora. Odcięcie elektrowni od prądu jest wtedy tylko założeniem teoretycznym. Tym razem jednak EJ miała być całkowicie odcięta od zasilania elektrycznego, a zabezpieczenia reaktora odłączone. Był to więc eksperyment ryzykowny i inne EJ odmawiały jego przeprowadzenia. Poprzednie tego typu eksperymenty kończyły się pomyślnie, dlatego że reaktor pracował w stabilnych warunkach, jego sterowanie było zapewnione, a zespół zabezpieczeń przez cały czas włączony.

W Czarnobylu ambitne kierownictwo postanowiło pójść dalej: na czas eksperymentu, czyli na cztery godziny, awaryjne chłodzenie reaktora miało być całkowicie odłączone, a żadnych innych zabezpieczeń „dla czystości eksperymentu” nie przewidziano. Ponadto operatorzy w sterowni nie zdawali sobie sprawy, że w reaktorze typu RBMK kilka czynników prowadzi do ponadnormatywnego wzrostu reaktywności (czyli zwiększania mocy neutronowej). W szczególności dotyczy to prętów sterowania. W pewnych warunkach zdolność reaktora do zwiększania mocy przekracza zdolność zabezpieczeń do jego wygaszania. Tak właśnie zdarzyło się w Czarnobylu.

O godzinie 1 w nocy 25 kwietnia 1986 zaczęto zatem zmniejszać moc reaktora w bloku numer 4. O godzinie 14 został popełniony kluczowy błąd: zgodnie z programem eksperymentu odłączono układ awaryjnego schładzania reaktora. O tej samej godzinie 14 wygaszanie bloku zostało zahamowane na polecenie dyspozytora z Kijowa. Dopiero o godzinie 23 zaczęto ponownie obniżać moc. O północy nastąpiło przekazanie sterowania reaktorem i kontynuowanie eksperymentu nowej zmianie.

Według programu prób bieg inercyjny wirnika generatora miał się odbywać przy mocy reaktora 700–1000 MW. Należało to uczynić przy wygaszaniu reaktora, a nie wtedy, gdy on pracuje. Na skutek błędu operatora moc reaktora spadła poniżej 30 MW i rozpoczęło się tzw. zatruwanie reaktora produktami rozpadu jądrowego, głównie ksenonem i jodem. Przywrócenie normalnych parametrów w takiej sytuacji jest bardzo trudne. Oznaczałoby to fiasko eksperymentu. Krzyk podniósł wtedy zastępca naczelnego inżyniera do spraw eksploatacji Diatłow, który wymusił na młodym i mało doświadczonym operatorze Toptunowie podniesienie mocy. O godzinie 1 następnego dnia, czyli 26 kwietnia 1986 udało się ustabilizować moc na poziomie 200 MW. Postanowiono kontynuować eksperyment.

Reaktor znalazł się jednak w niestabilnym stanie i groził wybuchem. O godzinie 1.22 Toptunow zorientował się, że poziom reaktywności wymaga natychmiastowego zatrzymania reaktora. Zamiast jednak ręcznie obniżać moc reaktora i zatrzymać eksperyment, postanowiono go kontynuować. O 1.23 zaczął się bieg inercyjny wirnika generatora. W tym samym momencie pompy główne zaczęły dławić się parą i przepływ wody przez strefę aktywną reaktora zmniejszył się. Groziło to stopieniem rdzenia i podjęto decyzję o natychmiastowym zrzuceniu prętów regulacyjnych.

Budowa takiego pręta w reaktorze RBMK wygląda następująco. Przy wysokości strefy aktywnej reaktora równej 7 m część pochłaniająca pręta miała długość 5 m, a pod nią i nad nią znajdowały się puste metrowe odcinki. Dolna końcówka pręta, również o długości 5 m, znajdująca się przy całkowitym opuszczeniu poniżej rdzenia, wypełniona była grafitem. Tak więc przy zrzucie prętów do strefy aktywnej wchodzą najpierw owe grafitowe końcówki, dając krótkotrwały przyrost reaktywności, potem ów pusty odcinek, i dopiero po nich część pochłaniająca. 

205 prętów regulacyjnych, a według innych danych 193, opadło na rdzeń, ale zamiast wejść na pełną długość, prawie natychmiast się zaklinowały. Kanały pod wpływem temperatury były już zdeformowane i pręty zostały zablokowane w pozycji takiej, że w strefie aktywnej znalazły się owe końcówki grafitowe, co wzmogło reaktywność. W trzy sekundy później moc reaktora osiągnęła 530 MW, temperatura w rdzeniu podskoczyła, zatrzasnęły się zawory głównych pomp, przepływ wody przez strefę aktywną ustał, wzmogło się wytwarzanie pary, a ciśnienie powiększało się w tempie 15 atmosfer na sekundę.

Następne sekundy to kaskada gwałtownych wydarzeń prowadzących do tragicznego końca. Piętnastometrowej średnicy tarcza osłaniająca od góry reaktor, składająca się z dwóch tysięcy klocków, nasadzonych na kanały z prętami paliwowymi, zachowywała się jak zwariowana. Klocki, każdy o wadze 350 kg, podskakiwały jak pokrywki na garnkach, w których wrze zupa. To w strefie aktywnej dochodziło do rozpadu osłon z cyrkonu w prętach paliwowych; gwałtowna reakcja parocyrkonowa i inne reakcje spowodowały wytwarzanie wodoru i tlenu, które tworzyły mieszaninę piorunującą. Doszło do potężnego wyrzutu pary, czego główne zawory bezpieczeństwa reaktora nie wytrzymały i uległy zniszczeniu. Ogromne ciśnienie zerwało też dolne wodne i górne parowe rurociągi. O godzinie 1.24 bez dwóch sekund reaktor i budynek bloku 4 zostały wysadzone przez eksplozje mieszaniny piorunującej. Ogień z reaktora sięgał do wysokości 170 metrów ponad ziemię.

Tuż przed wybuchem komputer monitorujący stan rdzenia pokazał, że w jego górnej części doszło do skruszenia, stopienia i odparowania paliwa jądrowego. Właśnie ta część, ważąca jakieś 50 ton, została wyrzucona przez wybuch do atmosfery i skierowana przez wiatr nad Białoruś, republiki bałtyckie i dalej nad Skandynawię. Ciężkie frakcje opadły blisko elektrowni, ale reszta, stanowiąca zawiesinę cząstek dwutlenku uranu, wysoce radioaktywnych izotopów jodu 131, plutonu 239, neptunu 139, cezu 137, strontu 90 i wielu innych, przemieszczała się nad Europą jeszcze do połowy maja. Dalsze 70 ton paliwa wybuchy boczne rozproszyły po ruinach bloku 4 i przyległych terenach elektrowni. Promieniowanie wyrzuconego paliwa sięgało od 15 do 20 tys. rentgenów na godzinę (dawka śmiertelna to 100 rentgenów na godzinę).

Pozostałe 50 ton paliwa jądrowego plus około 800 ton grafitu pozostało w reaktorze. Przez następne dni grafit ten kompletnie się wypalił, dokładając swój udział do emisji powybuchowej. Siłę wybuchu oszacowano na 10 bomb z Hiroszimy, nie licząc 70 ton paliwa i 700 ton radioaktywnego grafitu rozrzuconych wokół pobojowiska.  

Niefrasobliwość i niekompetencja kierownictwa i operatorów EJ w Czarnobylu często bywa przeciwstawiana bohaterstwu strażaków i pracowników EJ walczących natychmiast ze skutkami awarii. Udało się nie dopuścić do przerzutu pożaru na sąsiednie bloki, ale za cenę śmierci wielu ratowników. Nie zdawali sobie sprawy, że nie walczą ze zwykłym pożarem. W krótkim czasie zabiło ich olbrzymie promieniowanie, a ich skóra zrobiła się brunatna i czarna. Chowano ich w zalutowanych cynkowych trumnach.

Grigorij Miedwiediew, którego „Raport z Czarnobyla” dostarczył mi większej części informacji, uważa, że do zdarzenia przyłożyło się wiele czynników, zarówno bezpośrednio przed katastrofą, jak i wcześniejszych. Przede wszystkim dla EJ w Czarnobylu, oddalonej ledwo o 130 km od Kijowa, wybrano zły reaktor. Odpowiedniejszy byłby wodno-ciśnieniowy, charakteryzujący się mniejszą emisją radioaktywną, a więc bezpieczniejszy. Kierownictwo czarnobylskiej EJ nie było specjalistami od EJ, tworzyli je turbinowcy, elektrycy, w najlepszym przypadku fizycy jądrowi, ale bez praktyki reaktorowej. Także w trzech instytucjach sprawujących nadzór nad EJ dominowali hydroenergetycy, specjaliści od elektrowni węglowych itp. Wszyscy oni lgnęli do energetyki jądrowej, bo tam był prestiż, nowoczesność, otwarte drogi awansu. Szkolenie operatorów koncentrowało się na doraźnym radzeniu sobie w sterowni, bez zrozumienia istoty procesów zachodzących w reaktorze, który uważany był za rodzaj pieca. „Reaktory jądrowe to zwyczajne paleniska, a sterujący nimi operatorzy to palacze” – powiedział jeden z dygnitarzy partyjnych. Obowiązywało dodatkowo „rosyjskie” nastawienie do sprawy: na hurra, w użyciu była terminologia wojenna – pokonamy, opanujemy, przezwyciężymy. W takiej atmosferze prędzej czy później musiało dojść do katastrofy w wielkiej skali.

Skutków katastrofy w Czarnobylu doświadczyła także Polska. 28 kwietnia o godzinie 7 w Mikołajkach zarejestrowano aktywność promieniotwórczą w powietrzu ponad pół miliona razy większą niż normalnie. W ciągu następnych godzin wpłynęło wiele raportów, które wskazywały, że chmura radioaktywna przesuwa się nad Polską od wschodu i pokrywa jej północno-wschodni obszar.

29 kwietnia komisja rządowa podjęła decyzję o podaniu płynu Lugola dzieciom i młodzieży w jedenastu województwach północno-wschodnich, nad którymi przeszła radioaktywna chmura. Akcja rozpoczęła się tego samego dnia wieczorem. 29 kwietnia rozszerzono ją na cały kraj. W wyniku akcji jodowej 18,5 mln ludzi przyjęło płyn Lugola, w tym ponad 95 proc. dzieci i młodzieży. Był to jeden z przypadków w PRL, kiedy władze polskie mimo oficjalnych zaprzeczeń sowieckich podjęły działania w interesie własnych obywateli. Ewenementem było opublikowanie przez gazety komunikatu komisji rządowej wraz z tabelą skażeń. Z czasem badania skażenia napotykały trudności, a z końcem maja Centralne Laboratorium Ochrony Radiologicznej otrzymało nakaz zakończenia monitorowania ilości jodu 131 w tarczycy u dzieci.

Chmura radioaktywna znad Czarnobyla przewędrowała Europę z północy na południe i dopiero stamtąd zakręciła nad Polskę. Układ wiatrów był dla nas szczęśliwy. Sudety powstrzymały napływ skażeń nad nasze terytorium; lokalne maksimum skażenia wykryto na Opolszczyźnie między Nysą a Niemodlinem. Panuje przekonanie, że w wyniku działania czynników naturalnych uniknęliśmy wchłonięcia niebezpiecznych dawek.
                                        
Marek Oramus    

Źródło: MHP