Minęło 30 lat od katastrofy w Czarnobylu
Dlaczego doszło do awarii? Czy obecnie możemy czuć się bezpiecznie? Czy jesteśmy mądrzejsi? Dlaczego awaria w Czarnobylu nie może powtórzyć się w polskiej elektrowni jądrowej? Na te i inne pytania odpowiada dr inż. Andrzej Strupczewski, prof. nadzw. NCBJ
W budowanych na całym świecie reaktorach wodnych ciśnieniowych (PWR) i wrzących (BWR) woda jest potrzebna, bo neutrony jakie powstają w chwili rozszczepienia jądra uranu są bardzo szybkie i przelatują przez paliwo „nie widząc” innych jąder uranu. Do tego, by spowolniły i spowodowały nowe rozszczepienie, muszą one oddać swą energię jądrom wodoru w wodzie otaczającej pręty paliwowe i zmniejszyć swą szybkość miliony razy. Wobec tego, że podgrzanie wody powoduje zmniejszenie jej gęstości, a co za tym idzie gorsze spowalnianie neutronów, każda awaria powodująca podgrzew wody skutkuje natychmiastowym samoczynnym zmniejszeniem mocy reaktora. Jest to bardzo ważne zabezpieczenie, dane nam przez naturę, które zapewnia, że w przypadku wszelkich awarii moc reaktora spada i reaktor ulega wyłączeniu.
Niestety w Czarnobylu pracowały reaktory RBMK, których rozwiązanie oparto na projektach reaktorów wojskowych do produkcji plutonu, działających na innej zasadzie. Aby móc wykorzystać do celów militarnych pluton wytwarzany w czasie pracy reaktora, należy paliwo wyciągać z reaktora nie po trzech latach, jak w reaktorach PWR i BWR, ale po około miesiącu. Dlatego reaktory do celów militarnych mają inną budowę, pozwalającą na wyciąganie paliwa podczas pracy reaktora, a rolę spowalniacza neutronów pełni tam grafit, nie woda. Woda między prętami paliwowymi służy głównie do przenoszenia ciepła, do spowalniania nie jest potrzebna. Co więcej, wobec tego że pewna część neutronów ulega pochłanianiu w wodzie, zmniejszenie gęstości wody wskutek podgrzania, a tym bardziej jej częściowego odparowania, powoduje zmniejszenie liczby tych pochłonięć, a co za tym idzie – wzrost liczby neutronów, które wracają jako spowolnione do paliwa i powodują nowe rozszczepienie. Dlatego w reaktorze RBMK spadek przepływu chłodziwa prowadził do podgrzania wody, wzrostu gęstości rozszczepień, wzrostu mocy reaktora, dalszego podgrzewu wody i dalszego wzrostu mocy. To dodatnie sprzężenie zwrotne powoduje gwałtowny wzrost mocy reaktora, o ile nie zatrzyma go wprowadzenie do rdzenia prętów bezpieczeństwa.
Ale w Czarnobylu występowało dodatkowe niebezpieczeństwo, z którego nie zdawano sobie sprawy aż do czasu awarii, mianowicie wprowadzenie prętów bezpieczeństwa nie zawsze powodowało od razu wyłączenie reaktora. Przeciwnie, w momencie zrzutu pręta z górnego położenia ponad rdzeniem do rdzenia wsuwał się najpierw przedłużacz z wkładką grafitową, która usuwała wodę z kanału, a nie pochłaniała neutronów. Powodowało to przejściowy wzrost mocy reaktora, trwający kilkanaście sekund, zanim pręt bezpieczeństwa nie znalazł się całkowicie w rdzeniu. Był to błąd konstrukcyjny, ale konstruktorzy utrzymywali projekt w tajemnicy i operator nie zdawał sobie sprawy z tego błędu. Dopiero w chwili awarii ze zdumieniem przekonał się, że po uruchomieniu przycisku powodującego zrzut prętów bezpieczeństwa moc reaktora zamiast zmaleć, zaczęła rosnąć jeszcze szybciej!
To, że taki błąd nie został wcześniej wykryty, było skutkiem utrzymywania projektu reaktora RBMK w ścisłej tajemnicy. Obecne podejście do spraw bezpieczeństwa jądrowego oparte na pełnej jawności wyklucza taką sytuację – plany projektowe są publicznie dostępne i analizowane nie tylko przez dozór jądrowy, ale i przez ekspertów z firm konkurencyjnych, z ośrodków badawczych a także przez przeciwników energetyki jądrowej. Konstruktorzy radzieccy pytani o rozwiązania w reaktorze RBMK odpowiadali, że to tajemnica. Natomiast dziś, gdy cztery czołowe firmy reaktorowe zgłosiły oferty w przetargu na elektrownię jądrową w Wielkiej Brytanii, obszerne i dokładne opisy proponowanych reaktorów znalazły się w internecie, dostępne dla wszystkich zainteresowanych. Urząd dozoru jądrowego w Wielkiej Brytanii zachęcał wszystkich do zgłaszania uwag krytycznych. Taki sam proces realizowano w czasie publicznej dyskusji na temat budowy nowego reaktora EPR we Francji. Dzięki tej otwartości każdy projekt reaktora jest przeglądany i krytykowany przez specjalistów wysokiej klasy z różnych krajów i różnych organizacji. Każdy z tych krytyków stara się znaleźć jakiś błąd, bo takie spostrzeżenie podniesie jego status zawodowy, stworzy mu możliwości awansu i zapewni uznanie. I tak kilkanaście tysięcy specjalistów na całym świecie analizuje każdy nowy projekt i stara się wykryć jego usterki. Tego nie było, niestety, w przypadku reaktora RBMK zbudowanego w Czarnobylu.
Gdyby nie panująca permanentnie w Związku Radzieckim atmosfera tajności, przyczyny awarii czarnobylskiej zostałyby zapewne zidentyfikowane i usunięte, zanim doszłoby do awarii.
Sama awaria została wywołana błędnym działaniem operatora, który chciał przeprowadzić źle pomyślane i nie uzgodnione z dozorem jądrowym doświadczenie. Miało ono być przedstawiona na Pierwszego Maja jako sukces kadr partyjnych elektrowni w Czarnobylu. W toku przygotowań operatorzy popełnili szereg błędów, które wprowadziły reaktor w stan niestabilny, prowadzący właśnie do samoczynnego wzrostu mocy, gdy woda w reaktorze zawrzała i zamieniła się częściowo a w parę.
Moc reaktora gwałtownie wzrosła, dalsza część wody zamieniła się w parę, pochłanianie neutronów w wodzie zmalało a grafit nadal skutecznie neutrony spowalniał. Wskutek tego coraz więcej neutronów spowolnionych w graficie wracało do paliwa i powodowało rozszczepienia, coraz więcej i więcej. W ciągu 13 sekund moc reaktora wzrosła ponad sto razy. Paliwo stopiło się i wytrysnęło do wody, powodując jej odparowanie i gwałtowny wzrost ciśnienia, który rozsadził reaktor i wyrzucił zniszczone paliwo poza budynek reaktora.
W przeciwieństwie do reaktorów PWR i BWR zaopatrzonych w potężne obudowy bezpieczeństwa powstrzymujące ucieczkę radioaktywności do otoczenia, w reaktorze RBMK nie było takiej obudowy. Radioaktywne fragmenty paliwa i gazowe produkty rozszczepienia wydostały się do atmosfery. Była to najgorsza awaria, jaka może zdarzyć się w elektrowni jądrowej. W reaktorze, który będzie zbudowany w Polsce, taka awaria jest fizycznie niemożliwa. Gdyby nawet operatorzy popełnili w nim wszystkie błędy, jakie zrobiono w Czarnobylu, to ich skutkiem byłoby tylko samoczynne wyłączenie reaktora. W reaktorze PWR lub BWR zmniejszenie ilości wody w rdzeniu prowadzi zawsze do spadku mocy – nie do jej wzrostu.
Ponadto potężna obudowa bezpieczeństwa, otaczająca nowoczesny reaktor III Generacji podwójnym pierścieniem żelazobetonu, zabezpiecza przed ucieczką radioaktywności poza elektrownię, a jednocześnie stanowi ochronę wystarczającą, by nawet uderzenie samolotu nie zdołało zniszczyć reaktora. Rozwiązania techniczne są znane i sprawdzone przez ekspertów dozoru jądrowego USA, Wielkiej Brytanii, Francji, Finlandii i innych krajów. Ludność wokoło nowoczesnych elektrowni jądrowych III generacji – a takie będziemy budować w Polsce – może spać spokojnie, nic jej nie zagrozi.
Źródło: Materiały Narodowego Centrum Badań Jądrowych:
Czemu awaria w Czarnobylu nie może powtórzyć się w polskiej elektrowni jądrowej?
