Opomba urednika: Ta zgodba je bila posodobljena v ponedeljek, 10. junija ob 16:45. EDT.
Ruski znanstveniki v novi rudniški napravi HBO "Černobil" odkrivajo razlog za eksplozijo v reaktorju 4 v Černobilski jedrski elektrarni, ki je v severno Evropo širila radioaktivne snovi.
Ta reaktor, zasnovan z imenom RBMK-1000, je bil po nesreči v Černobilu bistveno napačen. Kljub temu pa v Rusiji še vedno deluje 10 istovrstnih reaktorjev. Kako vemo, ali so varni?
Kratek odgovor je, da ne. Strokovnjaki pravijo, da so ti reaktorji spremenjeni, da bi zmanjšali tveganje še ene nesreče v černobilskem slogu, vendar še vedno niso tako varne kot večina reaktorjev zahodnega tipa. In ni mednarodnih zaščitnih ukrepov, ki bi preprečili gradnjo novih obratov s podobnimi napakami.
"Obstaja veliko različnih reaktorjev, ki jih zdaj preučujemo v različnih državah, ki se bistveno razlikujejo od običajnega reaktorja za lahke vode, in mnogi od njih imajo varnostne pomanjkljivosti, ki jih projektanti zaničujejo," je povedal Edwin Lyman, višji znanstvenik in vršilec dolžnosti direktorja projekta Jedrska varnost pri Zvezi zaskrbljenih znanstvenikov.
"Bolj ko se stvari spreminjajo," je Lyman povedal Live Science, "bolj ostajajo enaki."
Reaktor 4
V središču nesreče v Černobilu je bil reaktor RBMK-1000, ki je bil zasnovan samo v Sovjetski zvezi. Reaktor je bil drugačen od večine jedrskih reaktorjev lahke vode, kar je bila standardna zasnova v večini zahodnih držav. (Nekateri zgodnji ameriški reaktorji na lokaciji Hanford v državi Washington so bili podobne zasnove s podobnimi napakami, vendar so bili popravljeni sredi šestdesetih let.)
Svetlovodni reaktorji so sestavljeni iz velike tlačne posode, ki vsebuje jedrski material (jedro), ki se hladi s kroženjem dovoda vode. V jedrski cepitvi se atom (uran, v tem primeru) razcepi, kar ustvarja toploto in proste nevtrone, ki zingirajo v druge atome, zaradi česar se cepijo in sproščajo toploto in več nevtronov. Vročina pretvori krožno vodo v paro, ki nato vrti turbino in proizvaja električno energijo.
V reaktorjih na lahki vodi voda deluje tudi kot moderator, ki pomaga nadzorovati tekočo jedrsko cepitev v jedru. Moderator upočasni proste nevrone, tako da je večja verjetnost, da bodo nadaljevali reakcijo cepitve, zaradi česar je reakcija učinkovitejša. Ko se reaktor segreje, se več vode pretvori v paro in manj je na voljo za igranje te vloge moderatorja. Posledično se reakcija cepitve upočasni. Ta negativna povratna zanka je ključna varnostna funkcija, ki pomaga preprečiti pregrevanje reaktorjev.
RBMK-1000 je drugačen. Vodo je uporabljala tudi kot hladilno tekočino, vendar z grafitnimi bloki kot moderatorjem. Različice v zasnovi reaktorja so mu omogočale, da uporablja manj obogateno gorivo kot običajno in da se med delovanjem napolni. Toda z ločenima vlogama hladilne tekočine in moderatorja je bila lomljena negativna povratna zanka "več pare, manj reaktivnosti". Namesto tega imajo reaktorji RBMK tako imenovani "koeficient pozitivne praznine".
Če ima reaktor pozitiven koeficient praznine, se reakcija cepljenja pospeši, ko se hladilna voda pretvori v paro in ne upočasni. To je zato, ker vretje v vodi odpira mehurčke ali praznine, zaradi česar nevtroni lažje potujejo desno do grafitnega moderatorja, ki povečuje fisijo, je dejal Lars-Erik De Geer, jedrski fizik, ki je upokojen s švedske agencije za obrambno raziskovanje.
Od tam je za Live Science povedal, da nastaja težava: Fisija postane bolj učinkovita, reaktor se segreje, voda postane bolj parna, cepitev je še vedno bolj učinkovita in proces se nadaljuje.
Nalet do katastrofe
Ko je Černobil obratoval s polno močjo, to ni bil velik problem, je dejal Lyman. Pri visokih temperaturah uranovo gorivo, ki poganja reakcijo cepitve, ponavadi absorbira več nevtronov, zaradi česar je manj reaktivno.
Čeprav so reaktorji RBMK-1000 z majhno močjo postali zelo nestabilni. Pred pričetkom nesreče v Černobilu 26. aprila 1986 so operaterji opravili test, da bi ugotovili, ali lahko turbina elektrarne med izpadom električne energije obratuje v sili. Ta test je zahteval delovanje naprave z zmanjšano močjo. Medtem ko so se moči nižale, so operaterji oblasti v Kijevu naročili, naj ustavijo postopek. Običajna elektrarna je bila brez povezave in potrebna je bila proizvodnja električne energije v Černobilu.
"To je bil glavni razlog, da se je na koncu vse zgodilo," je dejal De Geer.
Rastlina je delovala z delno močjo 9 ur. Ko so operaterji večino preostale poti spustili naprej, je v reaktorju nastal ksenon, ki absorbira nevtrone, in niso mogli vzdrževati ustrezne stopnje cepitve. Moč je padla na skoraj nič. Poskušali so ga povečati, so operaterji odstranili večino krmilnih palic, ki so izdelane iz borovega karbida, ki absorbira nevtrone, in se uporabljajo za upočasnitev cepitvene reakcije. Operaterji so tudi zmanjšali pretok vode skozi reaktor. Po podatkih Agencije za jedrsko energijo je to poslabšalo težavo s koeficientom pozitivne praznine. Nenadoma je reakcija postala zelo intenzivna. V nekaj sekundah je moč narasla za 100-krat večjo, kot je bil reaktor zasnovan.
Obstajale so tudi druge pomanjkljivosti v oblikovanju, ki so otežile vrnitev situacije pod nadzor, ko se je začela. De Geer pravi, da so bile na primer krmilne palice končane z grafitom. Ko so operaterji videli, da reaktor začne senati in so skušali spustiti krmilne palice, so se zataknili. Takojšnji učinek ni bil upočasniti cepitev, ampak lokalno okrepiti, ker je dodatni grafit na konicah sprva povečal učinkovitost reakcije cepitve v bližini. Hitro sta sledili dve eksploziji. Znanstveniki še vedno razpravljajo, kaj točno je povzročilo vsako eksplozijo. Oba sta lahko bila eksplozija pare zaradi hitrega povečanja tlaka v obtočnem sistemu ali pa je bila ena para ali druga, eksplozija vodika pa je povzročila kemične reakcije v odpovedanem reaktorju. De Geer temelji na odkritju izotopov ksenona v Cherepovetsu, ki je po eksploziji 230 milj (370 kilometrov) severno od Moskve, dejansko, da je bila prva eksplozija pravzaprav curek jedrskega plina, ki je streljal nekaj kilometrov v ozračje.
Izvedene spremembe
Jonathan Coopersmith, zgodovinar tehnologije na teksaški univerzi A&M, ki je bila v Moskvi leta 1986., je takoj po nesreči "bil zelo vznemirjajoč čas" v Sovjetski zvezi; državni tisk je zgodbo pokopal, govorico pa je prevzel mlin. Toda daleč na Švedskem so De Geer in njegovi kolegi znanstveniki že odkrivali nenavadne radioaktivne izotope. Mednarodna skupnost bi kmalu izvedela resnico.
14. maja je sovjetski voditelj Mihail Gorbačov govoril po televizijskem govoru, v katerem je odprl o tem, kaj se je zgodilo. Coopersmith je za Live Science povedal prelomno točko v sovjetski zgodovini.
"Glasnost je postala resnična," je dejal Coopersmith in se skliceval na novonastalo politiko preglednosti v Sovjetski zvezi.
Odprlo se je tudi novo obdobje v sodelovanju na področju jedrske varnosti. Mednarodna agencija za atomsko energijo je avgusta 1986 na Dunaju imela vrh po nesreči, sovjetski znanstveniki pa so k njemu pristopili z neprimerljivim občutkom odprtosti, je dejal De Geer, ki se je udeležil.
"Neverjetno je bilo, koliko so nam povedali," je dejal.
Med spremembami v odzivu na Černobil so bile tudi spremembe drugih reaktorjev RBMK-1000, ki delujejo, takrat 17. Po podatkih Svetovne jedrske zveze, ki spodbuja jedrsko energijo, so te spremembe vključevale dodajanje zaviralcev v jedro za preprečevanje bežnih reakcij pri majhni moči, povečanje števila krmilnih palic, ki se uporabljajo v obratovanju, in povečanje obogatitve goriva. Krmilne palice so bile tudi naknadno opremljene, da se grafit ne bi premaknil v položaj, ki bi povečal reaktivnost.
Ostali trije reaktorji v Černobilu so obratovali do leta 2000, vendar so se od takrat zaprli, kot tudi dve RBMK v Litvi, ki sta bili zaprti kot zahteva, da država v Evropsko unijo. V Kursk delujejo štirje reaktorji RBMK, tri v Smolensku in tri v Sankt Peterburgu (četrti je bil upokojen decembra 2018).
Ti reaktorji "niso tako dobri kot naši," je dejal De Geer, "vendar so boljši, kot so bili nekoč."
"Obstajali so temeljni vidiki zasnove, ki jih ni bilo mogoče popraviti, ne glede na to, kaj so storili," je dejal Lyman. "Ne bi rekel, da jim je uspelo povečati varnost RBMK na splošno na standard, ki bi ga pričakovali od reaktorja lahke vode zahodnega tipa."
Poleg tega, je poudaril De Geer, reaktorji niso bili zgrajeni s polnimi zadrževalnimi sistemi, kot je videti v reaktorjih zahodnega tipa. Zaporni sistemi so ščiti iz svinca ali jekla, namenjeni zadrževanju radioaktivnega plina ali pare pred uhajanjem v ozračje v primeru nesreče.
Nadzor spregledan?
Kljub potencialnim mednarodnim vplivom nesreče na jedrski elektrarni ni zavezujočega mednarodnega dogovora o tem, kaj pomeni "varna" rastlina, je dejal Lyman.
Konvencija o jedrski varnosti od držav zahteva, da so pregledne glede svojih varnostnih ukrepov in omogočajo medsebojni pregled nad rastlinami, vendar ni mehanizmov za izvrševanje ali sankcij. Posamezne države imajo svoje regulativne agencije, ki so samo toliko neodvisne, kolikor jim lokalne samouprave omogočajo, je dejal Lyman.
"Kako lahko pričakujete, da bo v neodvisnih regulativnih agencijah delovala katera koli neodvisna regulativna agencija?" Je rekel Lyman.
Čeprav ni nihče razen Sovjetske zveze izdelal reaktorjev RBMK-1000, nekateri predlagani novi načini reaktorjev vsebujejo pozitiven koeficient praznine, je dejal Lyman. Na primer, reaktorji za hitro rejo, ki so reaktorji, ki ustvarjajo več cepljivega materiala, ko ustvarjajo moč, imajo pozitiven koeficient praznine. Rusija, Kitajska, Indija in Japonska so zgradile tovrstne reaktorje, čeprav Japonska ne deluje in jo načrtujejo za razgradnjo, Indija pa zaostaja 10 let po načrtih za odprtje. (V Kanadi delujejo tudi reaktorji z majhnimi pozitivnimi koeficienti praznine.)
"Oblikovalci trdijo, da če upoštevate vse, so na splošno varne, tako da to ni toliko pomembno," je dejal Lyman. Toda oblikovalci ne bi smeli biti preveč samozavestni v svojih sistemih, je dejal.
"Takšno razmišljanje je tisto, kar je sovjete povzročilo težave," je dejal. "In to je tisto, kar nas lahko spravi v težave, če ne spoštujemo tistega, česar ne vemo."
Opomba urednika: Ta zgodba je bila posodobljena tako, da je bila večina reaktorjev, vendar ne vseh, odstranjena iz reaktorja, in da so nekateri zgodnji reaktorji v Združenih državah Amerike imeli tudi pozitiven koeficient praznine, čeprav so bile njihove pomanjkljivosti v načrtovanju odpravljene .
