Czarnobyl 1986

KATASTROFA W CZARNOBYLU – 26 kwietnia 1986

Budynek czwartego reaktora po katastrofie.
(źródło: Dawna Kraina)

Katastrofa elektrowni atomowej w Czarnobylu, skrótowo katastrofa w Czarnobylu – wypadek jądrowy mający miejsce 26 kwietnia 1986 w reaktorze jądrowym bloku energetycznego nr 4 elektrowni jądrowej w Czarnobylu. W wyniku przegrzania reaktora doszło do wybuchu wodoru, pożaru oraz rozprzestrzenienia się substancji promieniotwórczych.

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 km² 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.

PRZEBIEG KATASTROFY

25 kwietnia 1986 personel obsługujący czwarty blok energetyczny w elektrowni jądrowej w Czarnobylu prowadził przygotowania do testu, który miał zostać przeprowadzony następnego dnia. Jego przeprowadzenie wiązałoby się z koniecznością odłączenia turbozespołów bloku od sieci, co przy mającej miejsce tego samego dnia awarii na smoleńskiej AEC uniemożliwiłoby systemowi elektroenergetycznemu zaspokojenie szczytu wieczornego. Dyspozycja mocy w Kijowie wydała więc nakaz przesunięcia testu na godziny nocne, aby blok energetyczny, w którym miał się odbyć test, wspomagał system jak najdłużej.

Eksperyment powinien był zostać przeprowadzony dwa lata wcześniej, jednak wówczas jego wykonanie zagrażało przedterminowemu oddaniu reaktora do eksploatacji, więc odłożono go na później, łamiąc jeden z przepisów eksploatacji reaktorów.

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

Część energii elektrycznej wytwarzanej 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:

• zastosowanie agregatów prądotwórczych o krótszym czasie rozruchu
• przerobienie turbogeneratorów.

Wybrane zostało to drugie rozwiązanie – dołączono dodatkowy stabilizator napięcia, tak że turbogenerator miał dłużej (przez 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.

Blok czwarty reaktora przykryty skarkofagiem 
(źródło: Wikipedia)

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, co podniosło temperaturę. 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 nie jest jasne, 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”.

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; jednak Akimow postąpił zgodnie z obowiązującymi procedurami, natomiast 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.

USUWANIE AWARII

Wkrótce po wybuchu pożaru na miejsce przybyła straż pożarna. Pierwsza stawiła się brygada pod komendą porucznika Władimira Prawika, który zmarł 11 maja 1986 w wyniku choroby popromiennej. Strażacy nie zostali poinformowani o niebezpieczeństwie kontaktu z radioaktywnym dymem i odpadami, a możliwe jest też, że w ogóle nie zdawali sobie sprawy, że wypadek to coś więcej niż zwykły pożar instalacji elektrycznych. „Nie wiedzieliśmy, że to reaktor. Nikt nam tego nie powiedział”.

 
Czerwony las, kwiecień 2014
(fot. materiały własne)

Ugaszenie płonącego grafitu było bardzo trudne. Potrzeba było do tego kilku tysięcy ton piasku, boru, dolomitu, gliny i ołowiu zrzucanych ze śmigłowców (głównie Mi-26 i mniejszych Mi-8 – ich załogi były tylko prowizorycznie zabezpieczone przed skutkami promieniowania). Zrzucane materiały pod wpływem żaru z reaktora stapiały się razem, tworząc zwartą masę. Jak się później okazało ołów, zastosowany w gaszeniu reaktora, pod postacią par wyrządził ogromne szkody osobom gaszącym ruiny reaktora.

Kiedy zakończono zrzucanie ładunków, nastąpił poważny kryzys. Reaktor był tak zbudowany, że pod jego podstawą, grubą na metr warstwą betonu, znajdowały się zbiorniki rozbryzgowe na wodę z ewentualnych wycieków. Po przedostaniu się stopionej masy do tych zbiorników mógł nastąpić kolejny wybuch, powodując jeszcze większe skażenie. Ponieważ prawdopodobieństwo takiego zdarzenia szacowano na 10-15%, przedsięwzięto akcję zapobiegawczą: ściągnięto setki wozów strażackich i beczkowozów do wypompowania wody. Mimo tej akcji w zbiorniku wciąż pozostawało kilka hektolitrów wody, więc trójka inżynierów zgłosiła się na ochotnika i dotarła do zbiornika, by otworzyć dwa zawory główne.

Po otwarciu zaworów przystąpiono do instalowania pod reaktorem agregatów chłodzących. Ponieważ w trakcie prac temperatura reaktora spadła (głównie w wyniku zasypywania go ołowiem), zamiast tego postanowiono wybudować w tym miejscu „poduszkę betonową”, aby w razie przepalenia się reaktora do wnętrza nie doszło do stopienia fundamentów i silnego skażenia terenu. Ponieważ grunt był miękki (Prypeć i Czarnobyl leżą w pobliżu mokradeł), użyto techniki stosowanej w podobnych sytuacjach do budowy metra – w ukośne odwierty wlewano ciekły azot (–196 °C) i doprowadzono do zamrożenia gruntu. 13 maja grupa 450 górników sprowadzonych specjalnie z Tuły (ze względu na podobne warunki gruntowe) rozpoczęła kopanie tunelu o długości 150 metrów. Ukończono go po 36 dniach pracy w trzygodzinnych szychtach (w celu ograniczenia napromieniowania). Górnicy w tym okresie otrzymali dawkę 40-80 rem, w ciągu kilku kolejnych lat 170 z nich zmarło.

Po 10 dniach pierwotna, betonowa podstawa reaktora przepaliła się i radioaktywne szczątki reaktora runęły do zabezpieczonego „betonową poduszką” zbiornika, gdzie pozostają do dziś. Ich wydobycie jest na chwilę obecną technicznie niemożliwe.

W grudniu 1986 roku, po 6 miesiącach dochodzenia, przeprowadzono badania wewnątrz betonowego sarkofagu, gdzie odkryto wysoce radioaktywną substancję w pomieszczeniach poniżej reaktora. Ważąca kilkaset ton bryła została nazwana „stopą słonia” z powodu swojej pomarszczonej powierzchni. Bryła ta jest spiekiem piasku, szkła i dużych ilości radioaktywnego paliwa, które wydostało się z reaktora. Przez betonowy sufit pomieszczeń pod reaktorem przedostała się lawa roztopionych szczątków oraz wcześniej nieznana substancja krystaliczna, która została nazwana czarnobylitem.

 Plac główny miasta Prypeć, kwiecień 2014
(fot. materiały własne)

CZARNOBYL OBECNIE 

Strefa wokół Czarnobyla do dziś jest zamknięta. Obowiązuje tam surowy zakaz przebywania. Pomimo to w domach w okolicznych wsiach można spotkać nielegalnych mieszkańców, utrzymujących się z rolnictwa, zaś wycieczki z całego świata zwiedzają swobodnie to miejsce. Elektrownia atomowa w Czarnobylu stała się atrakcją turystyczną – ukraińskie władze otworzyły strefę dotąd zamkniętą po katastrofie w 1986 roku.

W związku z bardzo złym stanem oraz zapadnięciem się fragmentu dachu w 2013 roku podjęto budowę nowej osłony, tak zwanej arki. Projekt ten został sfinansowany z pieniędzy pochodzących spoza Ukrainy: Europejski Bank Odbudowy i Rozwoju przeznaczył 190 mln euro, Unia Europejska 110 mln euro, Stany Zjednoczone 85,5 mln euro; Polska wyłożyła na ten cel 1,5 mln euro. Wykonawcą był francuski koncern Novarka. Arka została wzniesiona 250 metrów od uszkodzonego reaktora, a w listopadzie 2016 nasunięto ją nad miejsce katastrofy. Ma ona wymiary około 150 × 250 m, wysokość ponad 100 m i masę 29 tysięcy ton. Jest wyposażona w zdalnie sterowane urządzenia do demontażu pozostałości po reaktorze. Jej przewidywana trwałość wynosi co najmniej 100 lat.

Zdjęcie nowego “Sarkofagu”, kwiecień 2014
(fot. materiały własne)

Źródło: Wikipedia