Poznaj atom

28 rocznica awarii reaktora w Czarnobylu – podsumowanie

Piątek 25 kwietnia 2014

26 kwietnia 1986 r., o godzinie 1:23 czasu moskiewskiego, (a więc o 23:23 25 kwietnia w Polsce) doszło w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej im. Lenina na Ukrainie do najpoważniejszej w dziejach awarii w reaktorze jądrowym. Wydarzyła się ona na skutek splotu wielu okoliczności – począwszy od problemów wynikających z nietypowej konstrukcji reaktora, poprzez błędy operatorów, na realiach systemu komunistycznego kończąc.

Reaktor RBMK - 1000 to konstrukcja powstała w latach 70. XX wieku w Związku Radzieckim i powielona tam w kilkunastu egzemplarzach. Jej podstawowym założeniem konstrukcyjnym było stworzenie reaktora energetycznego dużej mocy, pracującego na tanim, niskowzbogaconym paliwie, zdolnego jednocześnie do wytwarzania w razie potrzeb plutonu nadającego się do konstruowania bomb jądrowych. Pluton taki (czyli głównie zawierający izotop 239Pu) otrzymuje się wypalając paliwo jądrowe w cyklu nie dłuższym niż 3 miesiące, podczas gdy typowy cykl wypalania paliwa jądrowego trwa ok. dwóch lat. W reaktorach energetycznych, zarówno wodno-wrzących (BWR) jak i wodno-ciśnieniowych (PWR) wymiana paliwa to skomplikowana operacja przeprowadzana co kilka lat na wyłączonym reaktorze. W przypadku reaktorów RBMK, dzięki specjalnej konstrukcji i zastosowaniu moderatora grafitowego możliwe jest wydobycie wytwarzanego plutonu w dowolnym momencie, bez wyłączania reaktora. O ile wiadomo, opcja ta nie była wykorzystywana w praktyce, jednak stanowiła rezerwę strategiczną państwa.

W konstrukcji reaktora najbardziej niebezpiecznym czynnikiem był grafitowy moderator. Kontakt wody z rozgrzanym grafitem (temperatura moderatora w czasie normalnej pracy to 750 ºC) prowadzi do powstawania wodoru. W odróżnieniu od reaktorów PWR i BWR, gdzie w roli moderatora i chłodziwa występuje woda, reaktor RBMK ma dodatnie sprzężenie zwrotne dla wzrostu mocy. Przy znaczącym wzroście mocy woda zamienia się w parę zmniejszając pochłanianie neutronów (własności moderacyjne grafitu nie ulegają zmianie) przez co moc reaktora dalej wzrasta. Jest to dokładnie przeciwnie jak w przypadku typowych reaktorów energetycznych PWR i BWR powszechnie wykorzystywanych obecnie na świecie. W reaktorach wodnych zmiana wody w parę zmniejsza jednocześnie wydajność moderacji, obniżając strumień neutronów, w czego efekcie moc spada. To dodatnie sprzężenie zwrotne prowadzi do niestabilności reaktora przy małych mocach. Cecha ta była doskonale znana konstruktorom, a dopuszczenie do eksploatacji reaktorów RBMK wymagało zmiany prawa atomowego w ZSRR.

Bezpośrednią przyczyną awarii było przeprowadzenie eksperymentu służącego – paradoksalnie! – wzrostowi bezpieczeństwa eksploatacji reaktora. Każdy reaktor wyposażony jest w awaryjne generatory elektryczne napędzane silnikami diesla, zapewniające dostawę energii na potrzeby własne elektrowni w przypadku poważnej awarii (za taką uważa się utratę ciśnienia w układzie chłodzenia prowadzącą do utraty napędu turbiny głównego generatora). Generator awaryjny napędzany silnikiem diesla potrzebuje około minuty na rozruch do pełnej mocy. Zanim to nastąpi, przez pewien czas pozyskuje się energię na potrzeby własne z energii kinetycznej rozpędzonego generatora głównego. Właśnie czas,
w jakim można pozyskiwać w ten sposób energię wystarczającą do chłodzenia wyłączonego już automatycznie reaktora, był przedmiotem eksperymentu. Eksperyment ten nie udał się przy uruchamianiu reaktora w 1984 roku i został przesunięty na moment wyłączania reaktora. Przeprowadzenie go wymagało bowiem wyłączenia wszystkich automatycznych systemów bezpieczeństwa. Po rozpoczęciu procedury eksperymentu po południu 25 kwietnia, pojawiło się niespodziewanie zapotrzebowanie na dostawę energii do sieci. Eksperyment przesunięto na godziny nocne, a prowadziła go rezerwowa zmiana załogi, nienajlepiej do niego przygotowana. Operator próbując ustabilizować moc reaktora na poziomie zaprojektowanym dla warunków początkowych eksperymentu, doprowadził reaktor do stanu, w którym liczba prętów kontrolujących reakcje jądrową zanurzonych w reaktorze była prawie czterokrotnie mniejsza niż dopuszczała to instrukcja użytkowania. Eksperyment przeprowadzono, ale tuż po jego zakończeniu doszło do gwałtownego wzrostu mocy i dwóch wybuchów: para wodna rozsadziła układ chłodzenia, a następnie wybuchł wodór powstały w wyniku reakcji wody z rozgrzanym grafitem. Doszło do trwającego 10 dni pożaru i znaczącej emisji substancji radioaktywnych do otoczenia. Skażenia rozchodziły się drogą powietrzną opadając na terytorium głownie trzech republik ZSRR (ocenia się, że 60% opadu wystąpiło na terytorium obecnej Białorusi, ponadto Rosji i Ukrainy), obejmując swoim zasięgiem większość krajów europejskich. Dzięki wyrafinowanym technikom pomiarowym ślady opadu zaobserwowano też w kilku pozaeuropejskich krajach Półkuli Północnej (USA, Kanada, Japonia).

Podjęto zakrojone na szeroką skalę działania mające zminimalizować skutki awarii. Po 10 dniach zakończył się pożar reaktora. Łącznie w 1986 i 1987 ewakuowano ok. 350 tys. ludzi z terenów 30-km strefy wokół elektrowni i z terenów bardziej oddalonych (rejon Homla), na których wystąpił znaczący opad. W akcji likwidacji szkód wzięło udział ponad 200 tys. osób, głównie żołnierzy.

Opad czarnobylski miał w całej Europie silne zróżnicowanie geograficzne - był większy w miejscach wystąpienia deszczu (lub śniegu). Maksymalne skażenia w Polsce były 20 krotnie wyższe od wartości średnich i występowały na małym obszarze Śląska (zaczynając się na północ od Opola, ciągnąc się poprzez Nysę do kotliny Kłodzkiej). Plama podobnych skażeń sięgała poprzez Czechy, Niemcy, Austrię i Szwajcarię aż pod Mediolan. Podobne skażenia zaobserwowano w kilku miejscach w Skandynawii. Jednak nigdzie w Polsce opad radioaktywny obecny w środowisku po awarii reaktora w Czarnobylu nie skutkował znaczącym podniesieniem tła promieniowania. Nawet na wyżej skażonych obszarach z trudem można obecnie stwierdzić wzrost dawki względem naturalnej radioaktywności. Wymagane jest stosowanie zaawansowanych układów pomiarowych, przede wszystkim układów spektrometrycznych, by jednoznacznie stwierdzić obecność sztucznej radioaktywności. Średnia dawka otrzymana w ciągu całego życia dla mieszkańca Polski w wyniku tej awarii jest blisko 200 razy mniejsza od dawki, jaką otrzymujemy od naturalnej radioaktywności.

Awaria reaktora w Czarnobylu miała ogromny wpływ na opinię publiczną. Spowodowała gwałtowną utratę poparcia dla energetyki jądrowej. Zmniejszyła liczbę uruchamianych nowych elektrowni jądrowych. W jej wyniku tempo budowania elektrowni spadło z poziomu wzrostu mocy zainstalowanej o ok. 20 GW rocznie, do 3 GW rocznie w kolejnych 20 latach. Między innymi Polska zrezygnowała z dalszej budowy i uruchomienia EJ w Żarnowcu. Awaria miała też wielki aspekt polityczny - przyczyniła się do wymuszania przemian w Związku Radzieckim, prowadzących w końcu do jego upadku. Była to niesłychanie istotna przesłanka dla nagłośnienia awarii w międzynarodowych mediach. Jej obecność w zbiorowej świadomości opinii publicznej jest znacznie poważniejsza niż np. testów broni jądrowej, pomimo, że to one wprowadziły do środowiska 30 krotnie więcej substancji radioaktywnych a opad radioaktywny objął swoim zasięgiem całą kulę ziemską.

Skutki ekologiczne awarii są przedmiotem wielu badań. Strefa, z której wysiedlono mieszkańców została przekształcona w rezerwat. Początkowo zaobserwowano zmiany np. obumarcia lasu w pobliżu reaktora na skutek otrzymanych dawek od wbudowanych w rośliny radionuklidów, spadki w populacjach ptaków śpiewających prawdopodobnie na skutek wykorzystania poważnie skażonego mchu do wyścielania gniazd. Populacje zwierząt uległy wymianie i po latach obserwuje się ich wzrost na skutek zmniejszenia się bezpośredniej antropopresji.

Do dziś trwają kontrowersje wokół rzeczywistych zdrowotnych skutków awarii. Istnieją przekonania o powszechnym wzroście zachorowań na nowotwory, mutacjach, tysiącach, a nawet setkach tysięcy ofiar. Przekonania te nie znajdują udokumentowania w sensie naukowym. Dowiedziona skala śmiertelnych ofiar awarii, jest znacznie mniejsza - to blisko 50 osób, przede wszystkim chorzy na chorobę popromienną strażacy i pracownicy elektrowni oraz 9 przypadków zgonów na nowotwory tarczycy zaobserwowane w grupie prawie 10000 przypadków zaindukowanych wśród dzieci na Białorusi, Ukrainie i w Rosji na skutek wchłonięcia radioaktywnego jodu. Pomimo prowadzenie wielu badań jak dotąd nie zaobserwowano istotnego wzrostu zachorowalności na inne nowotwory jak i istotnego wzrostu częstości mutacji. Prace w tym zakresie są ciągle prowadzone i zagadnienie jest przedmiotem troski środowiska naukowego. Trzeba sobie uświadomić, jak trudne jest stwierdzenie takiego wzrostu. Na przykładzie Polski – w kraju tej wielkości, przy 38 milionach mieszkańców w ciągu 26 lat zmarło blisko 10 milionów ludzi. Choroby nowotworowe są powodem co czwartego zgonu w całej Europie. Czyli były powodem zgonu ponad dwóch milionów ludzi w Polsce. Oceny oparte na liniowym modelu wzrostu prawdopodobieństwa zachorowania na choroby nowotworowe (a więc jeszcze nie śmierci) dają maksymalnie kilka tysięcy możliwych przypadków w Polsce. Byłby to wzrost na poziomie jednego promila. Nie można wykryć tak nikłego wzrostu, gdyż niknie on w niepewności ocen. Trzeba tu nadmienić, że model liniowy wielu specjalistów uważa za przeceniający ryzyko. Podobny wzrost nie został też wykryty nawet na terenach silniej skażonych, czyli na Białorusi, Ukrainie i w Rosji. Nie wykryto też istotnego statystycznie wzrostu zachorowalności wśród osób pracujących przy zabezpieczaniu terenu na którym wystąpiło skażenie.

Awaria czarnobylska jak i wcześniejszy (1979) poważny wypadek w elektrowni Three Mile Island, gdzie też doszło do stopienia rdzenia reaktora, ale bez poważniejszych konsekwencji dla ludzi i środowiska, stały się ważną lekcją dla konstruktorów reaktorów jądrowych. W obu przypadkach bardzo duże znaczenie miał czynnik ludzki i niedoskonałości konstrukcji. Powstała koncepcja reaktorów tzw. trzeciej generacji, czyli reaktorów zawierających szereg ewolucyjnych udoskonaleń konstrukcji zwiększających bezpieczeństwo i efektywność pracy. Obecnie eksploatowane reaktory należą do drugiej generacji. Reaktory trzeciej generacji zawierają rozwiązania stanowiące o tzw. biernym bezpieczeństwie reaktora – czyli bezpieczeństwie zapewnionym przez same rozwiązania konstrukcyjne uwzględniające nawet sytuacje całkowitej utraty kontroli prowadzące do stopienia się rdzenia reaktora. Wcześniejszej konstruktorzy nie dopuszczali nawet do siebie myśli o możliwości dojścia do takiej sytuacji. W obecnie projektowanych reaktorach nawet w przypadku całkowitej utraty kontroli nad reaktorem, a nawet stopienia się rdzenia, substancje radioaktywne pozostaną izolowane wewnątrz osłony bezpieczeństwa. Warto podkreślić, że tylko takie konstrukcje są rozpatrywane jako potencjalne rozwiązania dla przyszłej polskiej elektrowni jądrowej.

dr hab. Jerzy Mietelski
http://poznajatom.pl/ambasadorzy/dr_hab_jerzy_w_mietelski,49/


FOT: IAEA

Facebook