26 kwietnia 1986 roku wydarzyła się największa katastrofa w historii rozwoju energetyki nuklearnej. Około stu osób nie przeżyło, wielokrotnie więcej zostało skazanych na kalectwo i przewlekłe choroby. Równo 30 lat temu wybuchł reaktor numer 4 w elektrowni atomowej im. Lenina w Czarnobylu.
Nuklearne światło socjalizmu
Czarnobylska elektrownia jądrowa im. W.I. Lenina (CzAES) jest położona 18 kilometrów od samego miasta Czarnobyl, a 110 od stolicy ówczesnej Ukraińskiej Socjalistycznej Republiki Radzieckiej – Kijowa. U stóp potężnych zabudowań leży średniej wielkości miasteczko – Prypeć, które w czasach swojej świetności, zamieszkiwało około pięćdziesiąt tysięcy ludzi – wielu z nich pracowało właśnie w samej elektrowni atomowej. Była ona dumą Związku Radzieckiego. Cztery reaktory, każdy o mocy elektrycznej 1000MW (3200MW mocy cieplnej), piąty i szósty w budowie.
Gdyby nie wypadek, Czarnobylska elektrownia byłaby największym dostawcą energii nuklearnej w Europie, a trzecim na świecie. Co ciekawe, to samo miejsce zajmuje kolejna, oparta na bezpieczniejszej technologii, poradziecka placówka znajdująca się na Ukrainie – Zaporoska Elektrownia Atomowa. Dlaczego budynek z tak świetlistą przyszłością skończył jako największa katastrofa przemysłowa na świecie?
Czynników była kilka. Przede wszystkim, rozwój energetyki opartej o rozszczepialny atom był sprawą prestiżową dla władz radzieckich. Mimo kolejnych nieprawidłowości i pośpiechu, oddawano do użytku kolejne bloki, ignorując wszelkie ostrzeżenia dotyczące budowy, nawet te, idące bezpośrednio od KGB. Dlaczego tak się spieszono? Chciwość! Szybko wybudowany blok gwarantował premię, szczególnie dla dyrektora elektrowni, Wiktora Bruchanowa. Często podnoszony jest fakt, iż strop budynku mieszczącego reaktor numer 4, został wykonany ze zwykłych materiałów budowlanych choć projekt przewidywał zastosowanie budulca ogniotrwałego. Ostatecznie, nie miało to znaczenia dla samej katastrofy lecz daje wgląd w warunki, jakie panowały wokół samej elektrowni.
RBMK-1000 – główny bohater dramatu
Sama technologia reaktora RBMK także wzbudzała zastrzeżenia. Jego rdzeń stanowiło 1661 grafitowych bloków, o szerokości 25 centymetrów, które służyły jako moderator. Każdy z nich posiadał pionowy kanał na pojemniki z paliwem. Do zapanowania nad procesem reakcji łańcuchowej użyto 211 prętów kontrolnych, wykonanych głównie z węglika boru, a zakończonych grafitem. Od tego, jak bardzo technicy wpuszczali je pomiędzy pręty paliwowe, zależała moc uzyskiwana z reaktora.
Za chłodzenie i przekazywanie energii odpowiadał jeden obieg technologiczny, w którym użyto wody lekkiej, tłoczonej pod ciśnieniem do kanałów paliwowych. Tak uzyskiwaną parę nasyconą, o temperaturze 284 stopni Celsjusza, przesyłano do separatorów, gdzie oddzielano resztę wody, a następnie do dwóch generatorów o mocy 500MW każdy. Obieg zamykały kondensatory schładzające skąd, po skropleniu, wędrowała z powrotem do reaktora. W przypadku awarii oryginalnego systemu chłodzenia istniał jeszcze zapasowy.
Pierwszą z wad takiej konstrukcji była konieczność izolowania, rozgrzanego do 750 stopni Celsjusza grafitu od powietrza. Jakikolwiek kontakt groził zapłonem, więc cały reaktor musiał być szczelny szczelny. Dodatkowo, grafit nie mógł mieć jakiegokolwiek kontaktu z wodą, gdyż w takim wypadku wytwarzał łatwopalny gaz wodny.
Pręty kontrolne reaktora poruszały się z niewielką prędkością 0,4 metra na sekundę, co znacząco spowalniało reakcję załogi na niebezpieczeństwo. Dodatkowo, większość miała zakończenie grafitowe, oddzielone małą przerwą od trzonu wykonanego z węglika boru. Oznaczało to, że pręt kontrolny, wkraczając do kanału wypychał część wody, będącej naturalnym spowalniaczem reakcji. Taka konstrukcja, w połączeniu z niewielką prędkością, powodowała, iż procedura zatrzymania reakcji w reaktorze, w początkowej fazie, tylko ją napędzała. Niezwykłe działanie prętów kontrolnych wykryto już wcześniej, ale na normalnie działający reaktor nie miało to większego wpływu.
Ze względu na duże rozmiary, sterowanie reaktorem RBMK-1000 było bardzo skomplikowane. Rdzeń w Czarnobylu podzielony był na 12 sekcji, a każda z nich posiadała własny system sterowania. Dodatkowo, rodzaj zastosowanych zaworów, uniemożliwiał awaryjnemu systemowi chłodzącemu, na automatyczne zastąpienie obiegu pierwotnego w przypadku awarii.
Jednak, największym problemem reaktorów RMBK, był tak zwany dodatni współczynnik reaktywności przestrzeni parowych. Oznacza to, iż im więcej wody zamieni się w parę tym większa będzie moc reaktora. Jest to też kolejna wada wynikająca z użycia grafitu jako moderatora, co ciekawe z podobnym problemem zmagają się także kanadyjskie reaktory CANDU, oparte o ciężką wodę.
Nieśmiertelny RBMK?
Część spośród tych wad przyczyniła się do katastrofy w Czarnobylu. Czy Związek Radziecki nie posiadał bezpieczniejszych projektów? Bynajmniej. Istniały, między innymi reaktory typu WWER (miały napędzać elektrownię w Żarnowcu oraz obsługują, wspomnianą już, Zaporoską Elektrownię Atomową), które nie posiadały żadnych wad RBMK. Był tylko jeden wypadek takiej jednostki – stopienie reaktora w elektrowni Three Mile Island, Stany Zjednoczone. RBMK posiadał jednak szereg zalet:
- duża niezawodność pracy,
- niskie koszty eksploatacji, związane z brakiem konieczności wykorzystania bardzo drogich składników jak ciężka woda lub wzbogacony uran,
- dzięki braku zbiornika ciśnieniowego (wykorzystywanego w WWER), rozmiar reaktora mógł być praktycznie nieograniczony,
- możliwość wymiany paliwa bez wyłączania reaktora,
- duża podatność na modernizacje,
- elastyczność eksploatacji – przykładowo, w różnych kanałach mogło znajdować się różne paliwo,
- początkowo były uznawane za bardzo bezpieczne, więc zrezygnowano z osłony, która ograniczyłaby efekty skażenia.
Dlatego też, do dzisiaj istnieje 11 jednostek RBMK, produkujących łącznie 10175MW. Są wprawdzie zmodernizowane i prowadzone pod dużo ostrzejszym nadzorem, lecz to ciągle ten sam typ co reaktor numer 4 w Czarnobylu. Ze względu na sytuację ekonomiczną Ukrainy, sama Czarnobylska elektrowni jądrowa działała aż do roku 2000.
Ten szczególny test
25 kwietnia 1986 roku planowano przeprowadzić test, który przeszedł do historii. Polegał on na tym, iż technicy mieli zredukować moc cieplną reaktora do 700-1000MW, a następnie wyłączyć przepływ pary do turbin, które generowały energię. Planowano zaobserwować jak długo prąd, z coraz wolniej obracającego się mechanizmu, jest w stanie zasilać pompy tłoczące wodę do reaktora, zanim generatory zapasowe osiągną pełną moc.
Zazwyczaj trwało to 60-75 sekund, co według naukowców, stwarzało duże zagrożenie dla rdzenia. Niebezpieczeństwo uszkodzenia może powstać najczęściej, podczas procedury awaryjnego wygaszenia łańcuchowej reakcji rozszczepiania (w terminologii zachodniej – SCRAM), ponieważ nawet wtedy ciągle wytwarzane są duże ilości ciepła powyłączeniowego, emitowanego przez produkty rozszczepialne wytworzone do momentu wyłączenia.
Całe to działanie uważano, niemalże za rutynowe. Nie skontaktowano się ani z projektantem reaktora ani z kierownikiem naukowym. Wprawdzie nie był to pierwszy test tego typu, ale został zaaprobowany tylko i wyłącznie przez dyrektora elektrowni, który w żaden sposób nie był zdolny do jego naukowej oceny. Eksperyment miała przeprowadzić zmiana dzienna, zawczasu zaznajomiona z odpowiednimi procedurami. Zanim przybyli na miejsca pracy, rdzeń już pracował z wydajnością cieplną obniżoną do 1600MW. Niestety, okazało się iż jedna z lokalnych elektrowni zaprzestała pracy więc zwrócono się z prośbą, aby reaktor numer 4 pracował dalej, co dyrektor Wiktor Bruchanow zaaprobował.
Pozwolenie na test przybyło dopiero o godzinie 23:04, co spowodowało, iż ciężar jego przeprowadzenia leżał na barkach, zaskoczonej, nocnej zmiany, która na dodatek składała się z młodszych pracowników. Oryginalnie, ich zadaniem miała być kontrola systemów chłodzących reaktora, który do tego momentu powinien być wyłączony w oczekiwaniu na przegląd.Mimo wszystko nikt nie uważał, aby to zadanie w jakiś sposób ich przerastało.
Kierownikiem zmiany był Aleksander Akimow, a nad kontrolą reaktora czuwał młody inżynier – Leonid Toptunow. Nad nimi wszystkimi górował, zarówno autorytetem jak i wpływami, Anatolij Djatlow, zastępca głównego inżyniera oraz jedyny atomista w elektrowni. Jego zadaniem było nadzorowanie testu. Na miejscu znajdował się też Jurij Tregub, kierownik poprzedniej zmiany.
Odliczanie rozpoczęte
Pięć minut po północy osiągnięto 700MW energii cieplnej, lecz obecność dużej ilości, hamującego reakcję, ksenonu-135 (wytworzonego głównie przez szybkie obniżanie mocy) oraz błąd Toptunowa, który wprowadził pręty kontrolne zbyt głęboko w reaktor, doprowadziły do praktycznego wygaszania rdzenia. Procedura nakazywała, aby w takim przypadku poczekać dwadzieścia cztery godziny. Po takim czasie efekty zatrucia ksenonowego ustąpiłyby, a reaktor powróciłby do pracy w dużo stabilniejszym stanie.
Wycofanie się z eksperymentu zaproponował młodszy inżynier Toptunow, a wsparł go w tym Akimow. Wywołało to tylko gwałtowną reakcję Djatlowa, zmęczonego oraz wściekłego na podległych mu ludzi. Niestety, żaden z nich nie dorównywał mu siłą charakteru oraz wykształceniem.
Djatlow wymusił na załodze, aby podnieść pręty kontrolne, co spowodowało wysoce niestabilną sytuację, gdzie coraz bardziej przyspieszająca reakcja niszczyła nagromadzony ksenon-135. Moc powoli wzrastała, lecz ciągle była na zbyt niskim poziomie aby przeprowadzić bezpieczny test. Dlatego zdecydowano się odłączyć automatyczny system sterowania prętami kontrolnymi i całkowicie wyciągnąć większość z nich z rdzenia.
Po kilku minutach moc wzrosła do około 160MW, lecz ciągle zmagano się z zatruciem reaktora. Wyciągnięto więc kolejne pręty kontrolne. Operowanie reaktorem o tak niskiej mocy spowodowało problemy z systemem przepływu wody, lecz, liczne alarmy postanowiono zignorować. Zresztą, dla operatora sterującego systemem chłodniczym, Borysa Stolarczuka, radzenie sobie z nieprawidłowościami nie było niczym nowym.
Po jakimś czasie osiągnięto 200MW i mimo, iż jest to znacznie mniejsza wartość niż wymagane 700MW, Djatlow postanowił rozpocząć eksperyment, ponownie, nie licząc się ze sprzeciwem podwładnych. Pięć minut po godzinie pierwszej włączono dodatkowe pompy, aby zwiększyć przepływ wody. Spowodowało to spadek temperatury rdzenia, a co za tym idzie, zmniejszono produkcję pary i moc. Aby przeciwdziałać tej sytuacji wyłączono dwie pompy, oraz wyciągnięto kolejne pręty kontrolne.
Warto zaznaczyć, iż ze względów bezpieczeństwa, w reaktorze powinno cały czas znajdować się dwadzieścia osiem, w pełni wsuniętych, jednostek kontrolnych. Zostawiono tylko osiemnaście. Aby doprowadzić rdzeń do takiego stanu ominięto sporo automatycznych i pasywnych systemów zabezpieczających.
Początek końca
Eksperyment rozpoczął się dokładnie o 1:23:04 nad ranem. Przy połowie działających pomp (z ośmiu dostępnych i sześciu działających podczas normalnej pracy), odcięto dopływ pary do turbin. Gdyby nie ominięcie automatycznych systemów bezpieczeństwa, reaktor w tym momencie wyłączył by się automatycznie. Zanim generatory uzyskały pełną moc, spowolniony przepływ wody zaczął generować duże ilości pary, a co za tym idzie, do głosu doszła największa wada projektu – w przypadku odparowania chłodziwa wzrastała moc. Automatyczny system kontrolny, który jak dotąd przeciwdziałał temu problemowi, zaczął zawodzić. I jakby mogło być inaczej, skoro ze wszystkich dostępnych prętów kontrolnych, zostało ich zaledwie kilkanaście?
Ludzie zgromadzeni w pomieszczeniu kontrolnym reaktora numer 4, z niedowierzaniem oglądali ciągle wzrastający wskaźnik mocy. Według niektórych, późniejszych, obliczeń, jej wartość mogła wynosić nawet 30000MW. W ostatniej, desperackiej, próbie uniknięcia katastrofy wciśnięto przycisk AZ-5, rozpoczynający procedurę awaryjnego wyłączenia reaktora, poprzez opuszczenie wszystkich prętów kontrolnych.
Niestety, wspomniana już, grafitowa końcówka wypchnęła jakąkolwiek pozostałą wodę z kanałów, podczas gdy borowy trzon nie miał nawet okazji zareagować. Wiemy, że pręty nie zostały wsunięte nawet do połowy, najprawdopodobniej z powodu uszkodzenia kanałów przez parę pod dużym ciśnieniem. Ta sama para rozerwała reaktor, wyrzucają jego, ważącą ponad 2000 ton, pokrywę wysoko w górę, przebijając jednocześnie dach elektrowni. Potem doszło do drugiej, dużo większej, eksplozji. Jest kilka teorii o tym co ją spowodowało, większość całkiem prawdopodobna. Odpowiedzialny może być na przykład wodór, który wytworzył się z zetknięcia rozgrzanego grafitu i wody.
Palące się szczątki dachu elektrowni groziły ciągle działającemu reaktorowi numer 3. Mimo sprzeciwu głównego inżyniera Nikołaja Fomina, kierownik tamtejszej zmiany stłumił reakcję łańcuchową i ewakuował całą załogę, poza tymi inżynierami, którzy musieli czuwać nad systemem chłodzenia.
Natychmiastowo zareagowała miejscowa jednostka straży pożarnej, ale drużyny były przekonane, że mają do czynienia ze zwykłym pożarem. Po przybyciu na miejsce, w swej nieświadomości strażacy podnosili nawet, silnie radioaktywne, fragmenty grafitowej osłony. Akimow oraz Dietłow próbowali kontrolować sytuację będąc przekonanymi, iż za eksplozję odpowiada nagromadzenie wodoru w jednym ze zbiorników pomocniczych. Ich wyobrażenia na temat rzeczywistości nie zburzył ani widok porozrzucanych fragmentów reaktora ani relacje współpracowników, że reaktora po prostu już nie ma.
Syndrom wyparcia udzielił się także, głównemu inżynierowi oraz dyrektorowi, którzy raportowali do Moskwy, że wszystko jest pod kontrolą, a promieniowanie jest na poziomie 3,6 roentgenów. Tyle, że skala wskaźnika miała maksymalną wartość 3,6, a wskazania wychodziły poza skalę. Zignorowano zupełnie dodatkowe odczyty choć, w rzeczywistości, poziom promieniowania był ponad cztery tysiące razy wyższy. Ten fakt zaraportowali później na Kreml… Szwedzi.
Bitwa o Czarnobyl miała się dopiero zacząć.
