Istnieje wiele definicji określających cywilny reaktor atomowy, większość z nich określała reaktor jako mechanizm samozabezpieczajacy się, niestety teoria nie zawsze jest zgodna z faktami
O wydarzeniach jakie rozegrały się owej fatalnej nocy w Czernobylskiej elektrowni najdobitniej świadczy komentarz Jerzego Kozieła, ojca chrzestnego pierwszego polskiego reaktora Maria uruchomionego w podwarszawskim Świerku ”Zastanawiałem się, czy tych kilkunastu ludzi po prostu naraz nie oszalało”
Jak działa reaktor
Założenie jest takie, by podczas reakcji rozszczepiania powstały neutrony zdolne do wywołania kolejnej reakcji rozszczepiania (start reakcji łańcuchowej ). Właściwości takie posiadają przede wszystkim tzw neutrony powolne, one mają odpowiedni współczynnik masy do energii, neutrony szybkie takich właściwości nie posiadają.
Z rozszczepienie jądra materiału rozszczepialnego powstają średnio 3 szybkie neutrony, te, by były pomocne w podtrzymywaniu reakcji , należy spowolnić- to zadanie moderatora czyli materiału posiadającego lekkie jądra sprężyście wytracające prędkość odbijanych neutronów. Im mniej moderatora tym reakcje rozszczepienia przebiegają wolniej( znajduje to szczególne zastosowanie w reaktorach gdzie moderatorem jest woda- wzrost energii cieplnej , parowanie wody , wyhamowanie reakcji rozszczepiania jąder ). Niestety w Czarnobylu moderatorem był grafit- nie tylko nie paruje, ale jest jeszcze łatwopalny. Kontrolę nad przebiegiem reakcji w Czarnobylu sprawował operator, posługując się metodą jaką posługiwali się twórcy PIERWSZEGO na świecie reaktora, złożonego z kupy cegieł grafitowych ułożonych w stos na boisku do squash`a Chicagowskiego uniwersytetu, Fermi i współpracownicy. Metoda owa polegała na blokowaniu reakcji, przez wprowadzanie prętów kontrolnych pochłaniających neutrony- czyli: im głębiej wprowadzone pręty, tym mniej neutronów i przebieg reakcji wygasa. Całość jest chłodzona, najczęściej wodą, ta nagrzana, wprowadzana jest w obieg, para wodna porusza turbinami, te kręcąc się produkują energię elektryczną, woda zaś ochłodzona wraca do reaktora.
RBMK 1000- ten typ reaktora został zastosowany w elektrowniach Leningradzkiej, Kurskiej, Czarnobylskiej, Smoleńskich, miał moc 1000 MW, Była to konstrukcja podlegająca dodatniemu sprzężeniu, czyli wzrostowi temperatury chłodziwa towarzyszy, wzrost temperatury paliwa, reakcja zaś nie ustaje, dodatkowo przy podwyższonych temperaturach spada nieco ilość neutronów, co teoretycznie powinno ułatwiać kontrolę nad reaktorem. Jednak spadek ilości neutronów jest charakterystyczny dla pracy przy pełnych mocach, przy pracy z obniżoną mocą (do około 700 megawatów ), dominuje zjawisko wzrostu ilości rozszczepień jądrowych, a reaktor staje się niestabilny. W tej sytuacji jedyna nadzieja w systemie chłodzenia, ten jednak w przypadku Czarnobyla był przedmiotem eksperymentu.
Należy jeszcze uzmysłowić sobie fakt, że by zwiększyć ilość pary wodnej do produkcji energii elektrycznej, para w układzie reaktora jest silnie nasycona, posiada 280 st C i jest pod ciśnieniem 6,5 MPa. Na całe szczęście trudno wyobrazić sobie zbieg wypadków mogących, w momencie awarii elektrowni, doprowadzić do osiągnięcia przez materiał rozszczepialny masy krytycznej i zainicjowania wybuchu atomowego. Łatwo natomiast uświadomić sobie konsekwencję eksplozji skondensowanej pary wodnej, wyrywającej wirniki do produkcji energii i rozrzucającej w koło silnie radioaktywny pył. Z tym drugim scenariuszem mieliśmy do czynienia w Czarnobylu.
Nawet ZSRR wydał zakaz produkcji reaktorów bez sprzężenia zwrotnego ujemnego, jednak po pewnym czasie ten zakaz uchylił, dlaczego ? Wydaje się że wpłynęły na to 2 aspekty: po pierwsze, konstrukcja elektrowni typu RBMK 1000 jest prosta i tania, po drugie, ten typ elektrowni nadaje się doskonale do pozyskiwania plutonu do celów wojskowych.
Jak doszło do katastrofy?
Kompleks elektrowni Czarnożylskiej sprawiał wrażenie chaotycznie wzniesionego osiedla gigantów, gdzie budynki rożnej wysokości i kubatury stały obok siebie, jakby zupełnie przypadkiem, nad wszystkim zaś górował ogromny komin. Płoty strzegły wstępu na teren kompleksu, zaś budki wartownicze pozwalały swobodnie obserwować otaczające elektrownie pola. Centralne budynki to tzw bloki mieszczące reaktory atomowe, w chwili katastrofy było ich cztery, dwa kolejne były w budowie. Pracująca elektrownia zapewniała dostawy prądu dla 95% powierzchni Ukrainy.
Już od kilku dni poprzedzających dzień katastrofy, dyrekcja elektrowni kompletowała ekipę remontową, mającą przeprowadzić remont bloku 4. Blok ten włączony do pracy 7 lat wcześniej, uruchamiany był w wielkim pośpiechu, wytyczne Moskwy nie pozwoliły na sprawdzenie systemów awaryjnych, w tym systemu awaryjnego zasilania elektrowni. Zaległości postanowiono nadrobić korzystając z remontu i wygaszenia reaktora. Dyrektor elektrowni Wiktor Burchanow wymyślił prosty w swym założeniu test, jego konsekwencje są dziś doskonale znane, natomiast brak wyobraźni i głupota przeprowadzających eksperyment techników, nie przestaje zastanawiać mimo upływu lat. Założenie testu było proste- w pewnej hipotetycznej sytuacji w elektrowni atomowej może zabraknąć prądu( jest to mało prawdopodobne, ale możliwe, weźmy na przykład zahamowanie dopływu pary do turbin )energia jest jednak stale potrzebna ( głównie by napędzać ciecz chłodzącą rdzeń atomowy) skąd ją pozyskać ? Istnieją alternatywne źródła zasilania w prąd elektrowni, generatory na paliwo ciekłe, dyrekcja jednak uznała ze czas ich rozruchu ( około 35 sekund ) jest za długi by zachować ciągłość chłodzenia rdzenia.
Wymyślili więc, że w tym czasie energię pozyskają z obracających się jeszcze siłą bezwładności wirników ( mimo braku napędzającej je pary wodnej ).
Dnia 25 kwietnia 1986 roku o godzinie 1 w nocy rozpoczyna się pierwsza faza eksperymentu, stopniowe wygaszenie reaktora tak by pracował w połowie mocy, technicy ten stan pracy na pół gwizdka utrzymują przez około 10 godzin, jednocześnie wyłączając awaryjny system chłodzenia rdzenia ( przejęcie kontroli nad chłodzeniem przez systemy awaryjne mogło by zakłócić ocenę eksperymentu ). Gdy o godzinie 14 ma dojść do krytycznego obniżenia mocy reaktora ( do około 800 megawatów) kierownictwo partii w Kijowie przesyła polecenie zwiększenie dostaw prądu do fabryk na Ukrainie, eksperyment przesunięto na godzinę 23.
Północ to czas gdy do pracy przychodzi nocna zmiana, gdy w sterowni pojawia się nowy operator Jurij Toptunow, nie może uwierzyć że będzie osobą bezpośrednio przeprowadzającą eksperyment. W zamieszaniu jakie wiąże się z przejęciem stanowisk przez nocną zmianę, Toptunow nie zauważył, że około godziny 0.30 moc reaktora spadła do 30 megawatów ( przy granicy stabilności 700), całkowite wygaszenie reaktora nie pozwoliło by na sfinalizowanie eksperymentu, jednak uchroniło by reaktor przed katastrofą. Zdecydowano się jednak podnieść moc i przeprowadzić eksperyment.
Gwałtowne wzbudzanie reaktora RBMK-1000 często wywołuje działanie efektu bezwładności ( związane jest to z niestabilna praca na niskich mocach) tak było i tym razem. Mimo prób operatora nie udało się zbliżyć do założonej granicy bezpieczeństwa (800 megawatów), nie osiągnięto nawet górnej granicy niestabilności(700 megawatów), mimo to postanowiono przeprowadzić eksperyment przy mocy poniżej 300 megawatów. Dalsze manipulacje operatora, doprowadzają do zupełnego rozchwiania pracy reaktora, zaś stale pulsujące czerwone światło ostrzegawcze skłania Toptunowa do wyłączenia automatycznych systemów bezpieczeństwa, reaktor nie ma już żadnych systemów zabezpieczających niezależnych od woli człowieka. Chwilowo ustabilizowana moc na poziomie 200 megawatów niesie za sobą gwałtowny wzrost temperatury chłodziwa, ponieważ, systemy awaryjnego chłodzenia są wyłączone, nikt nie zwraca uwagi na migające kontrolki ostrzegające przed przegrzaniem.
Operator zadowolony, że udało mu się ustabilizować moc bez pomocy systemów automatycznych, nie ma nawet pojęcia jakie reakcje zachodzą we wnętrzu reaktora. Toptunow daje sygnał do rozpoczęcia eksperymentu, dopływ pary do turbin zostaje przerwany, pompy wymuszające obieg chłodziwa nie mogą liczyć na energię z generatorów, te bowiem zostały wyłączone. Wzrost temperatury choćby o 1 stopień, niemal wrzącego już chłodziwa, to pewna katastrofa, i to właśnie się dzieje, chłodziwo paruje, podnosząc ciśnienie w reaktorze do poziomu krytycznego. Toptunow podejmuje pierwszą tej nocy rozsądną decyzje, zdezorientowany, naciska guzik kontrolny AZ-5, powoduje on zrzucenie między pręty paliwowe, prętów kontrolnych, wychwyt neutronów i zatrzymanie reakcji, jednak wysoka temperatura i ciśnienie wewnątrz reaktora deformują kanały dla prętów kontrolnych, te wsuwają się tylko częściowo, nic nie jest wstanie powstrzymać rozwoju katastrofy. W tym momencie stała się rzecz, jakiej nie przewidzieli nawet projektanci czarnobylskiego reaktora, jego moc przekroczyła kilkudziesięciokrotnie wartości dopuszczalne. Parujące chłodziwo wraz z oparami topiących się konstrukcji powoduje wzrost ciśnienia wewnątrz reaktora, które zdmuchuje żelbetonowa konstrukcje dachu reaktora, tak jak dziecko zdmuchuje domek z kart.
Bibliografia:
Focus luty / marzec 2006,
Discovery,
Prezentacja multimedialna Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej – „Reaktory jądrowe”
