25 lat po katastrofie w Czarnobylu - rekonstrukcja wypadku

fot. Ramona.Forcella/CC/Flickr

Katastrofa w elektrowni atomowej w Czarnobylu była najgroźniejszym wypadkiem nuklearnym w historii. Jak na ironię, zdarzyła się w trakcie testu, który miał służyć poprawie bezpieczeństwa. We wtorek mija 25 lat od tamtych wydarzeń, przypominamy więc ich przebieg.

W nocy z 25 na 26 kwietnia 1986 r. obsługa bloku energetycznego nr 4 w elektrowni jądrowej w Czarnobylu przeprowadzała opóźniony test funkcjonowania awaryjnego systemu zasilania dla pomp cyrkulacyjnych, dostarczających chłodziwo do reaktora. Według relacji zastępcy głównego inżyniera elektrowni Anatolija Diatłowa, który nadzorował eksperyment, wszystko wydawało się iść jak trzeba. Jak relacjonował inżynier, zgodnie z planem eksperymentu odłączono dopływ pary wodnej do turbogeneratora bloku energetycznego, a następnie, ok. pół minuty później, wykonano procedurę AZ-5, polegającą na jednoczesnym opuszczeniu do rdzenia reaktora wszystkich prętów kontrolnych. Procedurę tę stosuje się w celu natychmiastowego powstrzymania rekcji łańcuchowej i wygaszenia reaktora. 

"W sterowni było cicho, żadnych rozmów. Kiedy ktoś się odezwał, odwróciłem się i zobaczyłem, że jeden z operatorów mówi coś do kierownika zmiany. Znajdowałem się około 10 metrów od nich, więc nie dosłyszałem dokładnie co mówił operator. Kierownik zmiany polecił mu wyłączyć reaktor, pokazując palcem i mówiąc: +Wciśnij guzik+. (...) Obróciłem się, żeby obserwować instrumenty. System monitorujący zarejestrował wciśnięcie przycisku AZ-5 o 01:23:40. Nie uruchomiły się wtedy żadne sygnały ostrzegawcze. Pojawiły się one dopiero po kilku sekundach. O 01:23:43 otrzymaliśmy sygnały ostrzegające o zbyt wysokiej mocy reaktora oraz o przyspieszającym wzroście mocy. Główne pompy cyrkulacyjne podtrzymywały obieg chłodziwa do 01:23:46, kiedy (...) tempo przepływu wody spadło. Następnie wzrosło ciśnienie pary w obiegu chłodzącym. O 01:23:46 lub o 01:23:47 usłyszeliśmy potężną eksplozję. Sekundę lub dwie później nastąpiła następna, która w moim odczuciu była jeszcze większa. A potem zapadła cisza" - opisywał Diatłow w jednej ze swoich publikacji.

Pracownicy elektrowni, wysłani do hali, w której znajdował się rdzeń reaktora zobaczyli, że wybuch rozsadził rdzeń reaktora i zerwał przykrywającą go metalowa 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.

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.

JAK DZIAŁAŁA ELEKTROWNIA W CZARNOBYLU?

Żeby to wyjaśnić trzeba najpierw opowiedzieć o podstawowych zjawiskach fizycznych, wykorzystywanych w każdej elektrowni jądrowej. Pierwiastki promieniotwórcze (takie jak uran) inaczej nazywa się rozszczepialnymi, ponieważ jądra ich atomów ulegają z czasem rozszczepieniu, tworząc inne, lżejsze pierwiastki. Rozpadające się jądro atomu ciężkiego pierwiastka emituje neutrony i pewną porcję energii. Neutrony, jeśli uderzą w jądra kolejnych atomów doprowadzają do ich rozpadu i emisji kolejnych neutronów oraz dalszej energii i tak dalej. Taki proces nazywany jest reakcją łańcuchową. Im szybciej zachodzą kolejne reakcje rozpadu, w tym krótszym czasie wydzieli się ciepło, zatem tym większą temperaturę uda się osiągnąć. Właśnie dzięki tej energii, wytwarzanej przez rozpad jądrowy, energetyka jądrowa jest najwydajniejszym znanym źródłem energii. Teoretycznie jeden gram uranu (czyli kulka o średnicy ok. 0,5 cm) może dostarczyć ok. 20 gigadżuli energii w postaci ciepła (tyle co spalenie niemal tony węgla kamiennego).

Jednak naturalne złoża uranu w kopalniach nie gotują się. Nie gotują się nawet pierwiastki o wiele bardziej promieniotwórcze. Bryłka radu, jednego z najbardziej promieniotwórczych występujących w przyrodzie pierwiastków, może w ciągu godziny wytworzyć tyle ciepła, żeby stopić bryłkę lodu o tej samej masie. To nie jest imponujący wynik z punktu widzenia energetyki. Powodem jest fakt, że neutrony, emitowane podczas rozpadu promieniotwórczego poruszają się zbyt szybko, aby rozszczepić kolejne jądra - odbijają się od ich powierzchni. Żeby więc wywołać opisaną wyżej reakcję łańcuchową, trzeba znaleźć sposób na spowolnienie neutronów. Można to zrobić, umieszczając w sąsiedztwie materiału promieniotwórczego jakąś substancję składającą się lekkich pierwiastków. "Podobnie jak kula bilardowa tocząca się po stole zwalnia, uderzając w inne, znajdujące się na jej drodze kule, tak neutrony zwalniają w kontakcie z lekkimi atomami" - opisuje dr hab. Ludwik Pieńkowski z Uniwersytetu Warszawskiego. Substancja, powodująca spowolnienie neutronów nazywana jest moderatorem i jest niezbędnym elementem każdego reaktora jądrowego. Jak wyjaśnia Pieńkowski, moderatory są różne. Niektóre z nich dobrze spowalniają elektrony, ale mają tendencję do "pożerania ich" - np. z wody, która znakomicie spowalnia neutrony, wychodzi ich stosunkowo mało. Natomiast inny moderator - grafit nieco gorzej spowalnia neutrony, ale za to niemal wszystkie spowolnione wydostają się z niego. W reaktorze typu RBMK, takim jak ten czarnobylski, jako moderatora użyto właśnie grafitu.

Rdzeń reaktora w Czarnobylu był złożony z podłużnych grafitowych bloków o długości ok siedmiu metrów. 1661 takich bloków mieszczonych było jeden obok drugiego w betonowej studni. Dookoła obudowano je dodatkową warstwą grafitu. We wnętrzu każdego ze słupów znajdowało się paliwo jądrowe - uran oraz kanał, którym przepływała chłodząca reaktor woda. Woda ogrzewała się od ciepła wytwarzanego w reaktorze, a następnie płynęła do turbin napędzających generatory prądu elektrycznego. Woda, po przepłynięciu przez system chłodzący, wracała do reaktora i proces się powtarzał. Część z prądu, wytwarzanego w turbogeneratorach zużywały pompy, dzięki którym woda krążyła w obiegu.

EKSPERYMENT

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 moga posłużyć do napędzania pomp cyrkulacyjnych.

"Problemem jest jednak to, że silniki spalinowe potrzebują ok. minuty na osiągnięcie pełnej 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 po wyłączeniu reaktora przez jakiś czas obracają się siłą rozpędu" - tłumaczy 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 systemów kontrolnych reaktora do czasu, aż rozpędzą się silniki Diesla. Po niecałej minucie takiej pracy, reaktor miał został wyłączony.