Poznámka editora: Tento príbeh bol aktualizovaný v pondelok 10. júna o 16:45 hod. E.D.T.
V nových minisériách HBO „Černobyľ“ ruskí vedci odhalili dôvod výbuchu v reaktore 4 v jadrovej elektrárni v Černobyle, ktorý šíril rádioaktívny materiál v celej severnej Európe.
Po reaktore v Černobyle sa zistilo, že tento reaktor, ktorého konštrukcia sa volá RBMK-1000, je zásadne chybný. V Rusku je stále v prevádzke 10 reaktorov rovnakého typu. Ako vieme, či sú bezpečné?
Krátka odpoveď je, že nie. Odborníci tvrdia, že tieto reaktory boli upravené tak, aby sa znížilo riziko ďalšej černobyľskej katastrofy, ale stále nie sú také bezpečné ako väčšina reaktorov západného typu. A neexistujú žiadne medzinárodné záruky, ktoré by zabránili výstavbe nových zariadení s podobnými nedostatkami.
„Existuje celý rad rôznych typov reaktorov, o ktorých sa v súčasnosti uvažuje v rôznych krajinách, ktoré sa výrazne líšia od štandardného ľahkovodného reaktora, a mnohé z nich majú bezpečnostné nedostatky, ktoré konštruktéri znižujú,“ uviedol Edwin Lyman, vedecký pracovník a úradujúci riaditeľ projektu jadrovej bezpečnosti v Únii zainteresovaných vedcov.
„Čím viac vecí sa zmení,“ povedal Lyman Live Science, „čím viac zostávajú rovnaké.“
Reaktor 4
V centre černobyľskej katastrofy bol reaktor RBMK-1000, ktorý sa používa iba v Sovietskom zväze. Reaktor bol odlišný od väčšiny ľahkých vodných jadrových reaktorov, štandardný dizajn používaný vo väčšine západných krajín. (Niektoré skoré americké reaktory v lokalite Hanford v štáte Washington boli podobné konštrukcie s podobnými nedostatkami, ale boli opravené v polovici 60. rokov.)
Ľahkovodné reaktory pozostávajú z veľkej tlakovej nádoby obsahujúcej jadrový materiál (jadro), ktorý je chladený cirkulujúcim prívodom vody. Pri jadrovom štiepení sa atóm (v tomto prípade urán) štiepi a vytvára teplo a voľné neutróny, ktoré sa živia na iné atómy, čo spôsobuje, že sa rozdeľujú a uvoľňujú teplo a viac neutrónov. Teplo premieňa cirkulujúcu vodu na paru, ktorá potom premieňa turbínu a vytvára elektrinu.
V reaktoroch s ľahkou vodou táto voda tiež pôsobí ako moderátor, ktorý pomáha kontrolovať prebiehajúce jadrové štiepenie v jadre. Moderátor spomaľuje voľné neuróny tak, aby s väčšou pravdepodobnosťou pokračovali v štiepnej reakcii, čím sa reakcia zefektívni. Keď sa reaktor zohreje, viac vody sa premení na paru a menej je k dispozícii na hranie tejto moderátorskej úlohy. V dôsledku toho sa štiepna reakcia spomaľuje. Táto slučka negatívnej spätnej väzby je kľúčovou bezpečnostnou funkciou, ktorá pomáha zabrániť prehriatiu reaktorov.
RBMK-1000 je iný. Ako chladivo sa používala aj voda, ale ako moderátor sa používali grafitové bloky. Zmeny v konštrukcii reaktora umožňovali používať menej obohatené palivo ako obvykle a tankovanie počas prevádzky. Ale s oddelenými úlohami chladiacej kvapaliny a moderátora bola prerušená slučka negatívnej spätnej väzby „viac pary, menej reaktivity“. Namiesto toho majú reaktory RBMK tzv. Koeficient kladnej pórovitosti.
Ak má reaktor kladný koeficient pórovitosti, štiepna reakcia sa zrýchľuje, keď sa chladiaca voda mení na paru, a nie spomaľuje. Je to preto, že varom sa vo vode otvárajú bubliny alebo dutiny, čo uľahčuje neutrónom cestovať sa priamo k grafitovému moderátorovi zvyšujúcemu štiepenie, uviedol Lars-Erik De Geer, jadrový fyzik, ktorý je vo výslužbe od Švédskej agentúry pre výskum obrany.
Odtiaľ povedal pre Live Science, problém sa vytvára: Štiepenie sa stáva efektívnejším, reaktor sa zahreje, voda sa ustáli, štiepenie sa stáva ešte účinnejšie a proces pokračuje.
Príbeh do katastrofy
Keď elektráreň v Černobyle bežala na plný výkon, nebol to veľký problém, povedal Lyman. Pri vysokých teplotách má uránové palivo, ktoré poháňa štiepnu reakciu, tendenciu absorbovať viac neutrónov, takže je menej reaktívne.
Pri nízkom príkone sa však reaktory RBMK-1000 stávajú veľmi nestabilnými. V období pred haváriou v Černobyle, 26. apríla 1986, prevádzkovatelia robili test, aby zistili, či turbína elektrárne môže počas výpadku energie spustiť núdzové vybavenie. Tento test si vyžadoval prevádzku zariadenia pri zníženom príkone. Kým sa výkon znížil, orgány Kyjeva nariadili prevádzkovateľom, aby prerušili tento proces. Konvenčná elektráreň bola v režime offline a bola potrebná výroba energie v Černobyle.
„To bol hlavný dôvod, prečo sa to nakoniec stalo,“ povedal De Geer.
Závod pracoval s čiastočným výkonom 9 hodín. Keď sa operátori dostali po väčšinu zvyšku dolu k tomu, aby poháňali energiu, v reaktore sa nahromadil neutrón absorbujúci xenón a nedokázali si udržať primeranú úroveň štiepenia. Sila klesla takmer na nič. Pri snahe o jej zvýšenie operátori odstránili väčšinu regulačných tyčí, ktoré sú vyrobené z karbidu bóru absorbujúceho neutróny a používajú sa na spomalenie štiepnej reakcie. Operátori tiež znížili prietok vody reaktorom. Podľa agentúry pre jadrovú energiu sa tým zhoršil problém s koeficientom kladnej hodnoty pórov. Zrazu sa reakcia stala veľmi intenzívnou. Počas niekoľkých sekúnd výkon stúpol na stonásobok výkonu reaktora.
Existovali aj iné nedostatky v dizajne, ktoré sťažili, aby sa situácia hneď, ako sa začala, dostala späť pod kontrolu. Napríklad, regulačné tyče boli zakončené grafitom, hovorí De Geer. Keď operátori videli, že reaktor začal jazdiť na seno a pokúsil sa spustiť ovládacie tyče, uviazli. Okamžitým účinkom nebolo spomaliť štiepenie, ale lokálne ho vylepšiť, pretože ďalší grafit na špičkách spočiatku zvýšil účinnosť štiepnej reakcie v okolí. Rýchlo nasledovali dve explózie. Vedci stále diskutujú presne o tom, čo spôsobilo každú explóziu. Mohli to byť výbuchy pary spôsobené rýchlym zvýšením tlaku v cirkulačnom systéme, alebo jedna mohla byť para a druhá výbuch vodíka spôsobený chemickými reakciami v zlyhávajúcom reaktore. Na základe detekcie izotopov xenónu v Cherepovetoch, vzdialených 370 kilometrov severne od Moskvy po explózii, De Geer verí, že prvou explóziou bol v skutočnosti prúd jadrového plynu, ktorý zastrelil niekoľko kilometrov do atmosféry.
Vykonané zmeny
Okamžité následky nehody boli „veľmi znepokojujúcim obdobím“ v Sovietskom zväze, povedal Jonathan Coopersmith, historik technológie na Texaskej univerzite v A&M, ktorý bol v Moskve v roku 1986. Sovietske úrady najprv udržiavali informácie blízko; príbeh bol pochovaný štátnou tlačou a prevzal ho mlyn na povesti. De Geer a jeho vedci však už vo Švédsku ďaleko odhaľovali neobvyklé rádioaktívne izotopy. Medzinárodné spoločenstvo by čoskoro poznalo pravdu.
14. mája predniesol sovietsky vodca Michail Gorbačov televízny prejav, v ktorom otvoril informácie o tom, čo sa stalo. Je to zlom v sovietskej histórii, povedal Coopersmith pre Live Science.
„Uskutočnil sa glasnost,“ uviedol Coopersmith s odkazom na rodiacu sa politiku transparentnosti v Sovietskom zväze.
Takisto sa otvorila nová éra v spolupráci v oblasti jadrovej bezpečnosti. V auguste 1986 zorganizovala Medzinárodná agentúra pre atómovú energiu vo Viedni samit po nehode a sovietski vedci sa k nemu priblížili s bezprecedentným pocitom otvorenosti, uviedol De Geer, ktorý sa zúčastnil.
„Bolo úžasné, koľko nám povedali,“ povedal.
Medzi zmeny v reakcii na Černobyľ patrili modifikácie ďalších reaktorov RBMK-1000, ktoré boli v prevádzke, 17 v tom čase. Podľa Svetovej asociácie jadrových elektrární, ktorá podporuje jadrovú energiu, tieto zmeny zahŕňali pridanie inhibítorov do jadra, aby sa zabránilo únikovým reakciám pri nízkom príkone, zvýšenie počtu regulačných tyčí používaných v prevádzke a zvýšenie obohatenia paliva. Kontrolné tyče boli tiež dovybavené tak, aby sa grafit neposunul do polohy, ktorá by zvýšila reaktivitu.
Ďalšie tri reaktory v Černobyle boli v prevádzke do roku 2000, odvtedy sa však zatvorili, rovnako ako v Litve dva ďalšie reaktory typu RBMK, ktoré boli podľa požiadavky vstupu tejto krajiny do Európskej únie odstavené. V Kursku pôsobia štyri reaktory RBMK, tri v Smolensku a tri v Petrohrade (štvrtý bol v dôchodku v decembri 2018).
Tieto reaktory „nie sú také dobré ako naše,“ povedal De Geer, „ale sú lepšie ako predtým.“
„Existovali základné aspekty dizajnu, ktoré nebolo možné opraviť bez ohľadu na to, čo urobili,“ povedal Lyman. „Nepovedal by som, že boli schopní celkovo zvýšiť bezpečnosť RBMK na úroveň, akú by ste očakávali od ľahkého vodného reaktora západného štýlu.“
De Geer okrem toho zdôraznil, že reaktory neboli vybudované s úplnými zadržiavacími systémami, ako je to vidieť v reaktoroch západného typu. Záchytné systémy sú štíty vyrobené z olova alebo ocele určené na zabránenie úniku rádioaktívneho plynu alebo pary do atmosféry v prípade nehody.
Dohľad bol prehliadnutý?
Napriek potenciálne medzinárodným následkom havárie v jadrových elektrárňach neexistuje záväzná medzinárodná dohoda o tom, čo predstavuje „bezpečnú“ elektráreň, uviedol Lyman.
Dohovor o jadrovej bezpečnosti vyžaduje, aby krajiny boli transparentné, pokiaľ ide o ich bezpečnostné opatrenia, a umožňuje vzájomné preskúmanie zariadení, uviedol, ale neexistujú žiadne mechanizmy na vymáhanie alebo sankcie. Jednotlivé krajiny majú svoje vlastné regulačné agentúry, ktoré sú len také nezávislé, ako im umožňujú miestne samosprávy, uviedol Lyman.
„Ako môžete očakávať, že v krajinách, kde existuje nekontrolovateľná korupcia a nedostatočná správa vecí verejných, bude fungovať akákoľvek nezávislá regulačná agentúra?“ Povedal Lyman.
Hoci nikto okrem Sovietskeho zväzu nevyrábal reaktory RBMK-1000, niektoré navrhované nové návrhy reaktorov nezahŕňajú pozitívny koeficient prázdnoty, uviedol Lyman. Napríklad reaktory s rýchlym chovom, ktoré sú reaktormi, ktoré generujú viac štiepneho materiálu, keď generujú energiu, majú kladný koeficient pórovitosti. Rusko, Čína, India a Japonsko postavili také reaktory, aj keď Japonsko nie je v prevádzke a plánuje sa vyradenie z prevádzky a India má o 10 rokov oneskorený termín otvorenia. (V Kanade pôsobia aj reaktory s malými kladnými koeficientmi pórovitosti.)
„Dizajnéri tvrdia, že ak vezmete do úvahy všetko, celkovo sú v bezpečí, takže na tom nezáleží,“ povedal Lyman. Dizajnéri by však vo svojich systémoch nemali byť príliš presvedčení.
„Takýto spôsob myslenia priviedol sovietov do problémov,“ povedal. „A to nás môže dostať do problémov tým, že nerešpektujeme to, čo nevieme.“
Poznámka editora: Tento príbeh bol aktualizovaný, aby sa zistilo, že väčšina, ale nie všetky, regulačných tyčí boli odstránené z reaktora, a aby sa poznamenalo, že niektoré skoré reaktory v Spojených štátoch mali pozitívny koeficient pórovitosti, aj keď ich konštrukčné nedostatky boli pevné ,
