Elektrownia atomowa w Czarnobylu na zdjęciu z 1 października 1986 r. Fot. PAP/EPA
Katastrofa w elektrowni atomowej w Czarnobylu, do której doszło 26 kwietnia 1986 r., była najgroźniejszym wypadkiem nuklearnym historii. Jak na ironię, zdarzyła się w trakcie testu, który miał służyć poprawie bezpieczeństwa. We wtorek mija 30 lat od tamtych wydarzeń.
Test, który zaowocował tragedią, miał na celu sprawdzenie pomysłu, który mógł zapewnić ciągłość funkcjonowania systemu kontrolnego i chłodzenia reaktora w sytuacji awaryjnej. Takie sytuacje to np. konieczność awaryjnego wyłączenia reaktora lub spowodowana jakąś usterką przerwa w zasilaniu pomp cyrkulacyjnych, zapewniających dopływ wody chłodzącej rdzeń. Normalnie w takiej sytuacji korzysta się z zewnętrznego zasilania, np. z prądu wytwarzanego przez inny blok energetyczny lub inną elektrownię. Niemniej nie zawsze jest to możliwe. Wobec tego każda elektrownia jądrowa jest wyposażona w silniki spalinowe, które w razie takiej awarii mogą posłużyć do napędzania pomp cyrkulacyjnych.
"Silniki spalinowe potrzebują ok. minuty na osiągnięcie wystarczającej mocy. Chodzi więc o to, aby na te 60 sekund znaleźć skądś energię potrzebną do zasilania pomp. Inżynierowie wpadli na prosty pomysł, żeby energię tę pozyskiwać z turbin, które nawet kiedy nie dochodzi do nich para wodna przez jakiś czas obracają się siłą rozpędu" - mówił dr hab. Ludwik Pieńkowski ze Środowiskowego Laboratorium Ciężkich Jonów Uniwersytetu Warszawskiego. Jego zdaniem, eksperyment był pożyteczny i potrzebny.
Test zakładał stopniowe obniżenie mocy reaktora o ok. dwie trzecie, w stosunku do mocy, z którą normalnie pracował. Następnie miał zostać odcięty dopływ wody do turbin. Wtedy naukowcy mieli obserwować, czy energia generowana przez obracające się siłą rozpędu turbiny wystarczy, aby podtrzymać zasilanie pomp do czasu, aż rozpędzą się silniki Diesla. Po niecałej minucie takiej pracy, reaktor miał zostać wyłączony.
25 kwietnia 1986 r. moc reaktora została w trakcie przygotowań do testów obniżona o połowę do ok. 1600 MW przez opuszczenie części prętów kontrolnych, wykonanych z pochłaniającego neutrony węgliku boru. Później, test został odroczony o kilka godzin. W nocy z 25 na 26 kwietnia operatorzy rozpoczęli dalsze obniżanie mocy reaktora, która miała w trakcie testu wynosić ok. 700-1000 MW. Okazało się jednak, że moc spadła o wiele bardziej i wyniosła 30-40 MW. Ten efekt wywołało tzw. zatrucie ksenonowe. W reakcji jądrowej uran rozpada się na lżejsze pierwiastki. One z kolei na jeszcze lżejsze itd. W tym procesie pojawia się też izotop ksenonu 135, który pochłania neutrony. Jak wyjaśniał Pieńkowski, w takiej sytuacji opuszczenie prętów kontrolnych powoduje większy spadek mocy, niż gdyby reaktor pracował wcześniej stabilnie, bo wywołane prętami spowolnienie reakcji spowoduje redukcję emisji neutronów. Skutkiem tego będzie spadek tempa "spalania" ksenonu i wzrost jego stężenia czyli dalsze spowolnienie reakcji łańcuchowej.
W tej sytuacji operatorzy zdecydowali się podnieść znaczną część prętów sterujących, aby z powrotem podwyższyć moc reaktora. Ten ruch był, zdaniem większości specjalistów, błędem i przyczynił się do katastrofy. Operatorzy bowiem wyjęli z rdzenia więcej prętów, niż zalecane to było w instrukcji obsługi. Obsługa reaktora miała trudności z utrzymaniem mocy na zaplanowanym poziomie. Podnoszono kolejne pręty sterujące.
Operatorzy mieli też kłopoty z monitorowaniem stanu reaktora, bo instrumenty pomiarowe nie były precyzyjne, a obsługa ich zajmowała mnóstwo czasu. O godz. 1.22 nastąpił kolejny gwałtowny spadek mocy reaktora. Zanotowały to przyrządy. Nie wiadomo jednak czy obsługa o tym wiedziała.
W każdym razie eksperyment rozpoczął się o godz. 01:23. Po odłączeniu dopływu pary do pomp moc reaktora zaczęła rosnąć. Procesu tego nie przerwało wykonane o godz. 01:23:40 awaryjne opuszczenie prętów sterujących. Moc wzrosła bardzo gwałtownie. W ciągu kilku sekund kilkadziesiąt razy przekroczyła pełną moc reaktora.
Błyskawicznie rosnące ciśnienie wrzącej w kanałach chłodzących wody spowodowało wybuch, którego skutkiem było rozerwanie grafitowych elementów rdzenia reaktora i uszkodzenie prętów paliwowych. Znajdujący się w prętach, osłaniający uran cyrkon, wszedł z wodą w reakcję, której jednym z produktów był wodór. Również sama woda pod wpływem bardzo wysokiej temperatury rozkładała się na wodór i tlen. Nastąpiła eksplozja wodoru.
Pracownicy elektrowni, wysłani do hali, w której znajdował się rdzeń reaktora zobaczyli, że wybuch rozsadził rdzeń reaktora i zerwał przykrywającą go stalową płytę, ważącą 2 tys. ton. W rdzeniu, składającym się z grafitu, wybuchł pożar. Ze zniszczonego wybuchem budynku wystrzeliły w powietrze rozgrzane fragmenty rdzenia, zawierające paliwo jądrowe, wybuchły więc pożary, zagrażające sąsiednim budynkom.
Z powodu odniesionych ran oraz w wyniku napromieniowania zginęło 31 osób, byli to obecni na miejscu pracownicy elektrowni oraz strażacy, próbujący zapobiec rozprzestrzenianiu się pożaru. Ok. tysiąca osób, głównie ratowników i pracowników elektrowni otrzymało duże dawki promieniowania (ok. 1 siwerta), co mogło przyczynić się do poważnych chorób. Po katastrofie wysiedlono ok. 300 tys. osób, mieszkających w promieniu 100 km od elektrowni.
Bezpośrednią przyczyną katastrofy była wadliwa konstrukcja prętów sterujących. Pokrycie rdzenia było wykonane z grafitu, który był moderatorem. Pręty sterujące wpuszczano przez otwory w górnej pokrywie. W pozycji podniesionej, znajdujące się w otworach pręty byłyby "hamulcami", które pochłaniałyby neutrony. Wobec tego ich końcówki wykonano z grafitu. Opuszczanie prętów trwało stosunkowo długo, więc przez kilka pierwszych sekund tej operacji do rdzenia reaktora dostawała się jedynie znaczna ilość dodatkowego grafitu. To spowodowało skokowy wzrost mocy. Większość prętów została wcześniej uniesiona, a w obrębie rdzenia pozostało ich prawdopodobnie zaledwie 15 lub mniej. Wynika z tego, że opuszczono nagle niemal 200 prętów.
Ponadto w reaktorze czarnobylskim występowało zjawisko tzw. dodatniej reaktywności temperaturowej. Było one związane z działaniem wody chłodzącej jako drugiego, obok grafitu moderatora. Jak wyjaśnia Kubowski, gęsta, czyli stosunkowo chłodna woda mieszana z parą wodną jest dobrym moderatorem, czyli przyspiesza reakcję. Kiedy jednak rośnie jej temperatura, para traci właściwości moderujące i reakcja powinna zwalniać. W RBMK jednak tak się nie działo.
Jedyną oficjalną przyczyną katastrofy, podaną przez radzieckich ekspertów jądrowych i uznaną przez sąd były rażące naruszenia zasad bezpieczeństwa przez obsługę reaktora. Kierownictwo elektrowni oraz nadzorujący eksperyment Anatolij Diatłow zostali uznani za winnych doprowadzenia do eksplozji. Diatłow, który jako jeden z nielicznych uczestników zdarzenia dożył do końca procesu, został skazany na 10 lat więzienia. Został przedterminowo zwolniony, ponieważ w czasie wypadku otrzymał śmiertelną dawkę promieniowania (ok. 5,5 siwerta) i cierpiał na chorobę popromienną. Zmarł po 10 latach od katastrofy. Przez cały czas twierdził, że obsługa nie ponosi winy za wypadek, a jego jedyną przyczyną były wady konstrukcyjne reaktora, który nigdy nie powinien zostać dopuszczony do eksploatacji. (PAP)
Urszula Rybicka (PAP)
tot/
