Co się stało w Czarnobylu

26 kwietnia 1986 roku wydarzyła sie najpoważniejsza, jak dotąd, katastrofa reaktora jądrowego. W Elektrowni Jądrowej im. Lenina w Czarnobylu na Ukrainie, w trakcie rutynowego, okresowego wyłączania najnowszego wówczas, czwartego reaktora elektrowni przeprowadzano eksperyment służący, paradoksalnie, wzrostowi bezpieczeństwa pracy reaktora. Eksperyment powinien zostać przeprowadzony dwa lata wcześniej, przed oddaniem reaktora do eksploatacji, jednak wówczas jego przeprowadzenie zagrażało przedplanowemu oddaniu reaktora do użytku i odłożono go na później, łamiąc jeden z przepisów eksploatacji reaktorów. Należy jednak wyjaśnić, że w gospodarce komunistycznej swoistą rutyną (od której zależało wypłacanie premii) było oddanie inwestycji nie zgodnie z planem, lecz wcześniej.

Eksperyment polegał na sprawdzeniu jak długo w sytuacji awaryjnej, po ustaniu napędzania turbin generatorów parą z reaktora, energia kinetyczna ich ruchu obrotowego produkuje wystarczającą ilość energii elektrycznej dla potrzeb awaryjnego sterowania reaktorem. Czas ten potrzebny jest, by uruchomić system awaryjnego zasilania elektrycznego sterowania reaktorem – mały generator elektryczny napędzany przez silnik spalinowy. Dla przeprowadzenia eksperymentu potrzebne było symulowanie sytuacji awaryjnej. Praktycznie wszystkie automatyczne systemy bezpieczeństwa reaktora zostały wyłączone, aby nie przerwały eksperymentu.

Paliwo reaktora jądrowego w czasie jego eksploatacji staje się znacznie bardziej radioaktywne niż jest początkowo. Dzieje się tak, gdyż pojawiają się w nim produkty rozszczepienia uranu mające znacznie mniejszy czas połowicznego zaniku od samego uranu (przy tej samej masie oznacza to znacznie wyższą aktywność). Ponadto w wyniku reakcji jądrowych wywołanych przez obecne w reaktorze neutrony, w tzw. procesach aktywacji, wiele nieradioaktywnych pierwotnie materiałów staje się radioaktywnymi. Wielość substancji zawartych w wypalonym paliwie jądrowym bardzo komplikuje przebieg procesów zachodzących przy zmianach strumienia neutronów, a więc przy wszelkich próbach regulacji mocy reaktora. Właśnie dla uniknięcia zbytniej złożoności obsługi reaktora paliwo wymienia się po okresie około dwóch lat.

Reaktory w czarnobylskiej elektrowni jądrowej są reaktorami typu RBMK – 1000. Nazwa reaktora to skrót od rosyjskiej nazwy "reaktor kanałowy dużej mocy". Liczba 1000 odnosi się do rozwijanej mocy elektrycznej 1000 MW (moc cieplna wynosi 3000 MW). Na świecie istnieje tylko kilkanaście takich reaktorów, wszystkie na terenie byłego ZSRR. Mają szczególną konstrukcję. Ich cechą charakterystyczną jest wykorzystanie w charakterze tzw. moderatora (substancji służącej do spowalniania neutronów) grafitu. Mają też pewną szczególną cechę eksploatacyjną. W zakresie pracy przy małych mocach bywa niestabilny, a więc może zwiększyć moc w sposób niekontrolowany. W terminologii technicznej określa się to mianem możliwości wystąpienia dodatniej reaktywności przy pewnych warunkach pracy. Własność ta, będąca poważną wadą zagrażającą bezpieczeństwu eksploatacji, była znana już na etapie projektowym reaktora, jednak jego zaleta – możliwość stosunkowo łatwej produkcji plutonu dla potrzeb sektora wojskowego (wytwarzanie broni jądrowej) przeważyła i zdecydowano się wprowadzić ten typ reaktora do eksploatacji. Musiano w tym celu nawet zmienić obowiązujące w ZSRR prawo atomowe, gdyż poprzednie wymagało zagwarantowania stabilności pracy reaktora w każdych warunkach. Z drugiej strony właśnie ze względu na łatwą produkcję plutonu w tym typie reaktora, nie był on eksportowany poza granice ZSRR.

Eksperyment zaplanowano na godziny popołudniowe 25 kwietnia 1986 roku. Do jego przeprowadzenia wybrano lepszą część załogi i przeszkolono ją. Rozpoczęto go zgodnie z planem redukując moc reaktora we wczesnych godzinach popołudniowych, jednak główny dyspozytor mocy systemu energetycznego zażądał dalszej produkcji energii elektrycznej i zezwolił na wyłączenie reaktora dopiero w godzinach nocnych.

Wymienione powyżej czynniki (a więc konstrukcja dopuszczająca dodatnią reaktywność, eksploatacja w warunkach gospodarki niedoboru, wyłączenie systemów bezpieczeństwa) oraz ewidentne błędy operatora chcącego za każdą cenę doprowadzić do założonych parametrów wyjściowych eksperymentu (nawet z pogwałceniem zasad eksploatacji tego typu reaktorów) doprowadziły (o godzinie 1:23 czasu moskiewskiego) do utraty kontroli nad mocą reaktora, która w pewnej chwili wzrosła ponad stukrotnie. Tego nie mogła wytrzymać konstrukcja. Eksplodował najpierw układ chłodzenia, a potem wodór i tlen powstałe z rozkładu termicznego wody. Należy podkreślić, że był to wybuch chemiczny, nie jądrowy.

Wybuch zapoczątkował pożar grafitu (moderatora). Pożar trwał 10 dni, temperatura osiągała 2000 stopni. Wiele wysiłku włożono w próby ugaszania go, jednak próby te później okazały się praktycznie bezskuteczne. Aktualnie przyjmuje się, że pożar zakończył się samoistnie w chwili przepalenia betonowego stropu na którym znajdował się reaktor, gdy stopione paliwo spłynęło do pomieszczenia poniżej mającego służyć pierwotnie do przechowywania wykorzystanego paliwa.

W wyniku wybuchu, a następnie pożaru, do atmosfery przedostało się kilkadziesiąt izotopów promieniotwórczych o łącznej aktywności przekraczającej 1019 Bq. Uwolniona aktywność stanowiła jednak tylko ok. 4% całkowitej aktywności zawartej w reaktorze. Substancje nielotne (np. pluton, cyrkon, cer, niob itp.) zostały uwolnione w trzech procentach swej całkowitej aktywności w reaktorze, substancje lotne (np. jod, cez, tellur) odparowały w ilości od dwudziestu do sześćdziesięciu procent swej zawartości w reaktorze, a gazy szlachetne (np. ksenon i krypton) uwolnione zostały w stu procentach. Prądy termiczne wywołane pożarem i wybuchem wyniosły skażenia na początkową wysokość ok. 2 km, skąd rozchodziły się zgodnie z kierunkiem przepływu mas powietrza, przy czym duże aerozole opadały bliżej, a drobne, mikronowe lub mniejsze mogły unosić się tygodniami w powietrzu. Proporcje pomiędzy poszczególnymi izotopami promieniotwórczymi w opadzie radioaktywnym zmieniały się z odległością od reaktora, gdyż duże aerozole zawierały głównie substancje nielotne, a drobne były kondensatami substancji lotnych. Proporcje te zmieniały się też też w kolejnych dniach, co wynikało ze zmian temperatury pożaru. Łatwo mierzalne skażenia obserwowano w całej Europie, a ślady skażeń wykryto praktycznie na całej półkuli północnej.