Położenie elektrowni atomowej w Czarnobylu

Katastrofa elektrowni jądrowej w Czarnobylu (także ogólniej: Katastrofa w Czarnobylu) – największy na świecie wypadek jądrowy mający miejsce 26 kwietnia 1986, do którego doszło w wyniku wybuchu wodoru z reaktora jądrowego bloku energetycznego nr 4 elektrowni atomowej w Czarnobylu.

Była to największa katastrofa w historii energetyki jądrowej i jedna z największych katastrof przemysłowych XX wieku. Razem z katastrofą w elektrowni jądrowej Fukushima I została zakwalifikowana do siódmego, najwyższego stopnia w skali INES.

W wyniku awarii skażeniu promieniotwórczemu uległ obszar od 125 000 do 146 000 km terenu na pograniczu Białorusi, Ukrainy i Rosji, a wyemitowana z uszkodzonego reaktora chmura radioaktywna rozprzestrzeniła się po całej Europie. W efekcie skażenia ewakuowano i przesiedlono ponad 350 000 osób.

Elektrownia w Czarnobylu

Elektrownia atomowa w Czarnobylu leży w pobliżu miasta Prypeć na Ukrainie, 18 km na północny zachód od miejscowości Czarnobyl, 16 km od granicy ukraińsko-białoruskiej i około 110 km od Kijowa. W jej skład wchodzą cztery reaktory typu RBMK-1000, każdy o maksymalnej mocy 1 GW. W momencie katastrofy wspólnie wytwarzały około 10% energii elektrycznej produkowanej na Ukrainie.

Budowa elektrowni rozpoczęła się w latach 70. XX wieku. Reaktor nr 1 uruchomiony został w roku 1977, po czym oddano do użytku reaktor nr 2 (1978), nr 3 (1981) i nr 4 (1983). W momencie wypadku trwała budowa kolejnych dwóch reaktorów nr 5 i nr 6, także o mocy 1 GW.

Główną przyczyną katastrofy były błędy konstrukcyjne reaktora skonstruowanego oryginalnie do celów wojskowych (produkcja plutonu) — reaktor był modularny (łatwość rozszczelnienia) a w razie awarii następował samoczynny wzrost mocy reaktora. Przyczyną wtórną były błędy proceduralne. Po katastrofie, z powodów politycznych, ZSRR eksponował głównie winę operatorów reaktora.

Sytuacja przed katastrofą

25 kwietnia 1986 personel obsługujący czwarty reaktor w elektrowni jądrowej w Czarnobylu prowadził przygotowania do testu, który miał zostać przeprowadzony następnego dnia.

Eksperyment powinien być przeprowadzony dwa lata wcześniej, przed oddaniem reaktora do eksploatacji. Jednak wówczas jego wykonanie zagrażało przedplanowemu oddaniu reaktora do eksploatacji i odłożono go na później, łamiąc jeden z przepisów eksploatacji reaktorów.

Przyczyny eksperymentu

Konieczność przeprowadzenia eksperymentu wynikła ze zmian w projekcie, które nie zostały wcześniej przetestowane.

Część prądu elektrycznego wytwarzanego przez każdy blok energetyczny była zużywana na potrzeby własne tego bloku (zasilanie pomp wody chłodzącej, systemów kontrolnych itp.). Gdyby doszło do konieczności wyłączenia reaktora, energia byłaby zapewniana początkowo przez awaryjne agregaty prądotwórcze, a potem z zewnątrz (inne bloki lub elektrownie). Podczas budowy elektrowni okazało się, że awaryjne agregaty prądotwórcze uzyskują wystarczającą moc dopiero po 60 sekundach od ich włączenia (i wyłączenia reaktora), a turbogenerator po wyłączeniu reaktora dzięki sile rozpędu jest w stanie zapewniać wystarczającą moc zaledwie przez 15 sekund (później napięcie spadało poniżej wartości minimalnej wymaganej przez zasilane systemy). Oznaczało to, że przez 45 sekund systemy kontrolne i bezpieczeństwa reaktora nie byłyby zasilane.

W związku z tym istniały dwie możliwości:

Wybrane zostało to drugie rozwiązanie – dołączono dodatkowy stabilizator napięcia, tak że turbogenerator miał dłużej (60 sekund) utrzymywać napięcie na minimalnym poziomie, ale nie sprawdzono wcześniej eksperymentalnie, czy wprowadzone przeróbki istotnie spełniają swoją funkcję. W czasie prób technicznych przed odbiorem wykonano podobny eksperyment, który wykrył problem z agregatami prądotwórczymi. Potem przerobiono turbogeneratory, ale zabrakło czasu (zbliżał się czas oficjalnego oddania reaktora do eksploatacji) na powtórzenie eksperymentu.

Cele i warunki eksperymentu

Test miał wykazać, jak długo w sytuacji awaryjnej, po ustaniu napędzania turbin generatorów parą z reaktora, energia kinetyczna ich ruchu obrotowego produkuje wystarczającą ilość energii elektrycznej dla potrzeb awaryjnego sterowania reaktorem. Czas ten potrzebny jest, by uruchomić system awaryjnego zasilania elektrycznego sterowania reaktorem – mały generator elektryczny napędzany przez silnik spalinowy.

Eksperyment miał polegać na znacznym zmniejszeniu mocy reaktora, następnie na zablokowaniu dopływu pary do turbin generatorów i mierzeniu czasu ich pracy po odcięciu w taki sposób zasilania.

Dla przeprowadzenia eksperymentu potrzebne było symulowanie sytuacji awaryjnej. W ramach przygotowań do testu technicy wyłączyli niektóre z systemów kontroli pracy reaktora, m.in. system automatycznego wyłączania reaktora w razie awarii. Wyłączenie tego systemu nie było konieczne dla sprawnego przeprowadzenia testu, ale zdecydowano się na to, aby w razie trudności z eksperymentem móc go powtórzyć.

Reaktory pracujące w czarnobylskiej elektrowni to reaktory typu RBMK-1000, które z powodu dodatniej reaktywności dla pary są niestabilne przy małej mocy. Wzrost ilości pary w rdzeniu powoduje zwiększanie wytwarzanej przez reaktor energii (mocy). Zwiększenie energii powoduje wzrost wytwarzania pary, co w konsekwencji powoduje dalszy wzrost wytwarzanej przez reaktor energii. Powoduje to niekontrolowany wzrost mocy reaktora.

Wynikało to z konstrukcji tych reaktorów. Mianowicie w typowym reaktorze wodno-ciśnieniowym woda pełni nie tylko funkcję chłodziwa, ale i moderatora (substancji zmniejszającej prędkość neutronów powstałych po rozpadzie jąder paliwa; konieczność stosowania moderatora wynika z tego, że neutrony o małej prędkości częściej niż powstające w wyniku rozszczepienia szybkie neutrony rozszczepiają następne jądra uranu). W takim reaktorze przyspieszenie reakcji łańcuchowej wywołuje wzrost temperatury, który powoduje wytworzenie większej ilości pary wodnej, która jest o wiele słabszym moderatorem od wody, co powoduje spadek liczby spowolnionych neutronów i zwiększoną ucieczkę neutronów poza rdzeń, i tym samym zmniejsza się liczba rozszczepianych jąder uranu, reakcja jądrowa słabnie. Natomiast w reaktorze RBMK-1000 moderatorem był głównie grafit, a niewielka ilość wody tylko chłodziwem. W tym reaktorze przyspieszenie reakcji łańcuchowej powodowało powstanie większej liczby wolnych neutronów, które były dalej w takim samym stopniu spowalniane przez grafit – neutrony te rozszczepiały więcej jąder uranu i tym samym reakcja jądrowa ulegała dalszemu przyspieszeniu.

Inną wadą reaktorów RBMK-1000 była konstrukcja prętów kontrolnych (prętów zawierających absorbujący neutrony bor), które miały oba końce wykonane z grafitu, po to by lepiej (mniejsze tarcie) przechodziły przez kanały w jądrze reaktora. Grafitowa końcówka wymagała stosunkowo powolnego ich opuszczania (do 20 sekund dla całej drogi), a ponadto w początkowej fazie dodatkowa ilość grafitu zawarta w prętach spowalniała jeszcze więcej neutronów, co przyspieszało reakcję łańcuchową.

Personel elektrowni nie był wystarczająco poinformowany o tych wadach reaktora i ich skutkach.

Przebieg awarii

Przygotowania do eksperymentu

Reaktor miał zostać odłączony od sieci 25 kwietnia 1986. Dzienna zmiana pracowników została uprzedzona o planowanym doświadczeniu i zapoznała się z odpowiednimi procedurami. Nad przebiegiem eksperymentu i działaniem nowego systemu regulacji napięcia czuwać miała specjalnie powołana grupa specjalistów w dziedzinie elektryczności pod nadzorem Anatolija Diatłowa (zastępcy naczelnego inżyniera elektrowni i jedynego atomisty w jej kierownictwie).

Zgodnie z planem eksperymentu od rana moc reaktora była stopniowo obniżana aż do poziomu 50%. Wtedy jedna z okolicznych elektrowni nieoczekiwanie przerwała produkcję energii. Aby zapobiec niedoborom elektryczności, dyspozytornia mocy w Kijowie zażądała opóźnienia wyłączenia reaktora do wieczora, kompensując popołudniowy wzrost zapotrzebowania na elektryczność.

O godzinie 23:04 z dyspozytorni nadeszła zgoda na wyłączenie reaktora. To opóźnienie było katastrofalne w skutkach. Dzienna zmiana, zaznajomiona z procedurami, dawno już zakończyła pracę. Zmiana popołudniowa szykowała się do odejścia, a nocna, która rozpoczynała pracę o godzinie 0:00, miała przejąć kontrolę reaktora już w trakcie eksperymentu. Zespół ekspertów również odczuwał zmęczenie bezczynnym oczekiwaniem od rana.

Według pierwotnego planu, eksperyment miał być przeprowadzony za dnia, a zadaniem nocnej zmiany byłoby jedynie czuwanie nad systemem chłodzenia wyłączonego już reaktora. Dlatego też pracownicy, którzy rozpoczęli pracę o północy, nie byli przygotowani na napotkane warunki, a przekazane im opisy procedur pełne były ręcznych poprawek i skreśleń. Szefem zmiany nocnej był Aleksander Akimow, a operatorem odpowiedzialnym za obsługę reaktora – Leonid Toptunow, młody inżynier z niewielkim stażem pracy (ok. 3 miesięcy).

Początkowo rozpoczęto redukcję mocy cieplnej reaktora z nominalnej 3,2 GW do założonej 0,7–1,0 GW. Jednakże niedoświadczony operator, Leonid Toptunow, za bardzo zredukował tę moc, która spadła do 10 MW. W tej sytuacji doszło do nadmiernego wydzielania się ksenonu-135, który silnie pochłania neutrony ("zatrucie ksenonowe"). Reaktor nie posiadał odpowiednich przyrządów kontrolnych, które pozwoliłyby to wykryć. W przypadku zatrucia ksenonowego należy wyłączyć reaktor i poczekać około 24 h do ponownego uruchomienia (ksenon-135 jest izotopem krótko żyjącym).

Przy tak małej mocy przeprowadzenie eksperymentu było niemożliwe. Operatorzy, nieświadomi zatrucia ksenonowego, prawdopodobnie sądzili, że spadek mocy spowodowany był usterką jednego z automatycznych regulatorów, aby zwiększyć moc reaktora, zaczęli usuwać kolejne pręty kontrolne, aż do momentu gdy konieczne było wyłączenie automatycznych mechanizmów i ręczne przesunięcie prętów do pozycji znacznie przekraczającej przyjęte normy.

Reaktor powoli zwiększył moc do 200 MW, czyli poziomu trzykrotnie niższego niż wymagany do eksperymentu. Mimo tego, nie przerwano go – na jego kontynuację nalegał Diatłow, który lekceważył zastrzeżenia operatorów (którzy nie dorównywali mu ani pozycją ani doświadczeniem zawodowym). Zgodnie z planem, 26 kwietnia o godzinie 1:05 zwiększono obieg wody chłodzącej. Przepływ chłodziwa przekroczył górny limit o godzinie 1:16. Zwiększone chłodzenie obniżyło temperaturę rdzenia reaktora, a co za tym idzie – ilość pary wodnej. Woda w stanie ciekłym pochłania więcej neutronów niż para, w efekcie czego moc reaktora ponownie spadła. Zrekompensowano to jeszcze dalszym wysunięciem prętów kontrolnych.

W wyniku tych działań reaktor został doprowadzony do skrajnie niestabilnego stanu i pozbawiony zupełnie kontroli za pomocą służących do tego prętów. Jedynym czynnikiem hamującym pracę reaktora był wysoki poziom ksenonu w paliwie jądrowym. W tej sytuacji automatyczny system bezpieczeństwa powinien całkowicie wygasić reaktor, jednakże operatorzy zadecydowali o wyłączeniu tego zabezpieczenia.

Pierwszy wybuch

O godzinie 01:23:04 rozpoczął się niedopracowany eksperyment. Załoga nie zdawała sobie sprawy z niestabilności reaktora i wyłączyła przepływ pary do turbin. Ponieważ zwalniająca turbina napędzała pompy, przepływ wody chłodzącej zaczął maleć, a produkcja pary wzrosła. Dodatnia reaktywność dla pary, jedna z charakterystycznych cech reaktorów typu RBMK, spowodowała wzrost ilości rozszczepień, a co za tym idzie – temperatury. To jeszcze bardziej zwiększyło parowanie wody. Szybko przekroczona została szybkość pracy reaktora, która mogła być zahamowana przez wydzielony ksenon. Wzrost mocy i temperatury reaktora nastąpił lawinowo.

O 01:23:40 Aleksander Akimow, kierownik zmiany bloku, próbował uruchomić procedurę AZ-5 (SCRAM), która natychmiastowo wygasza reaktor poprzez całkowite wsunięcie prętów kontrolnych, także tych wyjętych wcześniej ręcznie. Do dziś niejasne jest, czy było to działanie mające zapobiec katastrofie czy po prostu sposób na zrealizowanie planowego wyłączenia reaktora. Uruchomienie AZ-5 mogło być odpowiedzią na nagły wzrost mocy, jednakże Diatłow pisze:

"Przed godziną 01:23:40 centralny system kontrolny (...) nie zarejestrował żadnych zmian parametrów, które usprawiedliwiałyby AZ-5. Komisja (...) zebrała i przeanalizowała dużą ilość materiału i, jak oświadczyła w raporcie, nie ustaliła przyczyny rozpoczęcia AZ-5. Nie ma też powodu by szukać przyczyny. Reaktor po prostu miał być wyłączony na zakończenie eksperymentu."

Europejska Partia Zielonych (European Green Party) - europejska partia polityczna założona przez 32 partie członkowskie Europejskiej Federacji Partii Zielonych na kongresie 20-22 lutego 2004 roku w Rzymie. Reprezentuje ją dwoje rzeczników, aktualnie (od października 2009) są to: Monica Frassoni i Philippe Lamberts. Obecnie w skład EPZ wchodzi 36 partii członkowskich i 9 partii-obserwatorów.
Polska Agencja Prasowa Spółka Akcyjna – publiczna agencja prasowa, jedyna państwowa agencja informacyjna w Polsce. Zgodnie ze statutem do jej zadań należy uzyskiwanie i przekazywanie odbiorcom rzetelnych, obiektywnych i wszechstronnych informacji z kraju i z zagranicy. Agencja jest także zobowiązana do upowszechniania stanowiska Sejmu, Senatu, Prezydenta Rzeczypospolitej Polskiej i Rady Ministrów, w celu umożliwienia innym naczelnym organom państwa prezentowanie stanowisk w ważnych sprawach państwowych.

Mechanizm wprowadzający pręty kontrolne do rdzenia nie zadziałał. Powolne tempo wsuwania prętów (0,4 m/s, około 18-20 sekund na przebycie całej długości) było jedną z przyczyn. Jeszcze gorsze skutki wywołała wadliwa konstrukcja prętów. Ich końcówki wykonane były z grafitu. Podczas wsuwania wypychały chłodziwo, a same – będąc moderatorem – wbrew zamierzeniu przyspieszały reakcję łańcuchową. W efekcie tego AZ-5, zamiast wygasić reaktor, spowodował nagły wzrost mocy. Późniejsze badania symulacyjne wykazały, że w tej sytuacji należało poprzestać na samym wznowieniu przepływu wody, a dopiero po ochłodzeniu reaktora, wyłączyć go (wypowiedzi Diatłowa wskazują, że się tego domyślał i dlatego nie chciał włączyć AZ-5; jednakże po pierwsze Akimow postąpił zgodnie z obowiązującymi procedurami, a po drugie Diatłow nie miał w zwyczaju objaśniać motywów swoich działań, a tylko oczekiwał od podwładnych ślepego posłuszeństwa). Przegrzanie rdzenia sprawiło, że kanały paliwowe popękały, blokując pręty kontrolne. W ciągu trzech sekund moc reaktora wzrosła do 530 MW. O godzinie 01:23:47, w siedem sekund po rozpoczęciu AZ-5, moc cieplna osiągnęła 30 GW, niemal dziesięciokrotnie przekraczając normalny poziom. Gwałtowny wzrost ciśnienia zniszczył kanały paliwowe i rozerwał rury z wodą chłodzącą. Paliwo zaczęło się topić i wpadać do zalegającej na dnie wody.

O godzinie 01:24, 20 sekund po rozpoczęciu AZ-5, wzrost ciśnienia znajdującej się w reaktorze pary wodnej doprowadził do pierwszej eksplozji pary, która wysadziła ważącą 1200 ton osłonę biologiczną (antyradiacyjną) pokrywającą reaktor. Kompletnie zniszczony rdzeń reaktora wszedł w kontakt z chłodziwem, co spowodowało reakcję cyrkonowych wyściółek kanałów paliwowych z wodą, która zaczęła rozkładać się z wydzielaniem wodoru, a po zniszczeniu cyrkonowych osłon bezpośrednio zetknęła się z rozżarzonym grafitem o temperaturze 3000 °C i doszło do jej termolizy z wydzielaniem mieszaniny piorunującej (wodór i tlen w stosunku 2:1).

Drugi wybuch

Następnie doszło do drugiej, nieco większej eksplozji wodoru i tlenu, która zniszczyła budynek czwartego reaktora.

Eksplozja ta pozwoliła na wniknięcie powietrza do wnętrza reaktora. Spowodowało to zapłon kilku ton grafitowych bloków izolujących reaktor, które płonąc przez 9 dni, uwolniły do atmosfery najwięcej izotopów promieniotwórczych. Większość z 211 prętów kontrolujących pracę rdzenia reaktora stopiła się.

Do atmosfery dostał się radioaktywny pył. Radioaktywne cząstki wyrzucone do atmosfery wybuchem, jak i te emitowane nadal w wyniku trwającego pożaru grafitu, tworzyły pióropusz radioaktywnych drobin o wysokości 1030 m, który następnie przemieścił się w stronę miasta Prypeć. Wiatr utrzymywał jednak chmurę radioaktywnych cząstek z dala od miasta.