Poznámka editora: Tento příběh byl aktualizován v pondělí 10. června v 16:45. E.D.T.
V nových minisérii HBO „Černobylu“ objevují ruští vědci důvod výbuchu v reaktoru 4 v jaderné elektrárně Černobylu, který šíří radioaktivní materiál v severní Evropě.
Tento reaktor, který se nazýval RBMK-1000, byl po havárii v Černobylu zásadně vadný. Přesto v Rusku stále funguje 10 reaktorů stejného typu. Jak víme, jestli jsou v bezpečí?
Krátká odpověď zní, že ne. Tyto reaktory byly upraveny tak, aby se snížilo riziko další katastrofy v černobylském stylu, říkají odborníci, ale stále nejsou tak bezpečné jako většina reaktorů západního typu. A neexistují žádné mezinárodní záruky, které by zabránily výstavbě nových závodů s podobnými nedostatky.
„Existuje celá řada různých typů reaktorů, o nichž se nyní uvažuje v různých zemích, které se výrazně liší od standardního lehkovodního reaktoru, a mnoho z nich má bezpečnostní nedostatky, které konstruktéři snižují,“ řekl Edwin Lyman, vedoucí vědecký pracovník a úřadující ředitel projektu jaderné bezpečnosti v Unii dotčených vědců.
"Čím více věcí se mění," řekl Lyman Live Science, "čím více zůstávají stejné."
Reaktor 4
Uprostřed katastrofy v Černobylu byl reaktor RBMK-1000, konstrukce používaná pouze v Sovětském svazu. Reaktor byl odlišný od většiny lehkých vodních jaderných reaktorů, standardní konstrukce používaná ve většině západních zemí. (Některé rané americké reaktory v Hanford Site ve státě Washington byly podobné konstrukce s podobnými nedostatky, ale byly opraveny v polovině šedesátých let.)
Lehké vodní reaktory se skládají z velké tlakové nádoby obsahující jaderný materiál (jádro), která je chlazena cirkulačním přívodem vody. Při jaderném štěpení se atom (v tomto případě uran) štěpí a vytváří teplo a volné neutrony, které se rozpadají na jiné atomy, což způsobuje, že se rozdělí a uvolní teplo a více neutronů. Teplo přeměňuje cirkulující vodu na páru, která potom mění turbínu a vyrábí elektřinu.
V reaktorech s lehkou vodou působí voda také jako moderátor, který pomáhá řídit probíhající jaderné štěpení v jádru. Moderátor zpomaluje volné neurony tak, aby s větší pravděpodobností pokračovaly ve štěpné reakci, čímž je reakce efektivnější. Když se reaktor zahřeje, více vody se přemění na páru a méně je k dispozici pro tuto roli moderátora. V důsledku toho se štěpná reakce zpomalí. Tato smyčka negativní zpětné vazby je klíčovou bezpečnostní funkcí, která pomáhá zabránit přehřátí reaktorů.
RBMK-1000 je jiný. Také používala vodu jako chladivo, ale s moderátorem s grafitovými bloky. Změny v konstrukci reaktoru umožňovaly použití méně obohaceného paliva než obvykle a doplňování paliva za provozu. Ale s oddělením rolí chladicího média a moderátoru byla přerušena smyčka negativní zpětné vazby „více páry, méně reaktivity“. Místo toho mají reaktory RBMK tzv. „Pozitivní koeficient prázdnoty“.
Když má reaktor kladný koeficient prázdnoty, štěpná reakce se zrychluje, když se chladicí voda mění spíše na páru, než na zpomalení. Je to proto, že vroucí voda ve vodě otevírá bubliny nebo dutiny, což usnadňuje neutronům cestovat přímo k grafitovému moderátorovi štěpícímu štěpení, řekl Lars-Erik De Geer, jaderný fyzik, který je ve výslužbě Švédské agentury pro výzkum obrany.
Odtud řekl Live Science, problém se staví: Štěpení se stává účinnějším, reaktor se zahřeje, voda se zahřeje, štěpení se stává stále účinnějším a proces pokračuje.
Běh do katastrofy
Když elektrárna v Černobylu běžela na plný výkon, nebyl to velký problém, řekl Lyman. Při vysokých teplotách má uranové palivo, které pohání štěpnou reakci, tendenci absorbovat více neutronů, takže je méně reaktivní.
Při nízkém výkonu se však reaktory RBMK-1000 stávají velmi nestabilními. V době, kdy došlo k havárii v Černobylu dne 26. dubna 1986, operátoři prováděli test, aby zjistili, zda by turbína elektrárny mohla během výpadku proudu spustit nouzové vybavení. Tento test vyžadoval provoz zařízení při sníženém výkonu. Zatímco se síla snížila, orgány Kyjevské energetické moci nařídily operátorům, aby tento proces pozastavili. Konvenční závod byl odpojen do režimu offline a potřebovala se výroba energie v Černobylu.
„To byl hlavní důvod, proč se to nakonec nakonec stalo,“ řekl De Geer.
Závod pracoval na částečný výkon po dobu 9 hodin. Když operátoři dostali většinu cesty dolů, aby poháněli energii, došlo v reaktoru k hromadění neutron absorbujícího xenonu a nedokázali udržet odpovídající úroveň štěpení. Síla klesla téměř na nic. Při pokusu o její posílení odstranili operátoři většinu regulačních tyčí, které jsou vyrobeny z neutronu absorbujícího karbidu boru a používají se ke zpomalení štěpné reakce. Operátoři také snížili průtok vody reaktorem. Podle agentury pro jadernou energii to zhoršilo pozitivní koeficient koeficientu prázdnoty. Náhle se reakce stala velmi intenzivní. Během několika vteřin se výkon stonásobil tak, aby vydržel reaktor.
Existovaly i další konstrukční nedostatky, které ztěžovaly dostat situaci zpět pod kontrolu, jakmile to začalo. Například, řídicí tyče byly zakončeny grafitem, říká De Geer. Když provozovatelé viděli, že se reaktor začal haywire a pokusili se spustit ovládací tyče, uvízli. Okamžitým účinkem nebylo zpomalit štěpení, ale lokálně ho zlepšit, protože další grafit na špičkách zpočátku zvyšoval účinnost štěpné reakce v okolí. Rychle následovaly dvě exploze. Vědci stále diskutují přesně o tom, co způsobilo každou explozi. Mohly se jednat o exploze páry způsobené rychlým zvýšením tlaku v cirkulačním systému, nebo jedna mohla být pára a druhá výbuch vodíku způsobený chemickými reakcemi v selhávajícím reaktoru. Na základě detekce izotopů xenonu v Cherepovetech, 230 kilometrů severně od Moskvy po explozi, De Geer věří, že první explozí byl ve skutečnosti proud jaderného plynu, který vystřelil několik kilometrů do atmosféry.
Byly provedeny změny
Okamžité následky nehody byly v Sovětském svazu „velmi nervózním obdobím“, uvedl Jonathan Coopersmith, historik technologie na Texas A&M University, který byl v Moskvě v roce 1986. Nejprve sovětské úřady udržovaly informace blízko; státní příběh pohřbil příběh a pověst mlýn převzal. Ale daleko ve Švédsku De Geer a jeho kolegové vědci už detekovali neobvyklé radioaktivní izotopy. Mezinárodní společenství brzy pozná pravdu.
14. května přednesl sovětský vůdce Michail Gorbačov televizní projev, ve kterém otevřel informace o tom, co se stalo. Byl to zlom v sovětské historii, řekl Coopersmith Live Science.
„Učinilo to glasnost skutečností,“ řekl Coopersmith s odkazem na vznikající politiku transparentnosti v Sovětském svazu.
Ve spolupráci s jadernou bezpečností také otevřela novou éru. V srpnu 1986 uspořádala Mezinárodní agentura pro atomovou energii ve Vídni summit po nehodě a sovětští vědci k ní přistoupili s bezprecedentním pocitem otevřenosti, uvedl De Geer, který se zúčastnil.
„Bylo úžasné, jak nám to řekli,“ řekl.
Mezi změny v reakci na Černobylu patřily modifikace dalších reaktorů RBMK-1000 v provozu, v té době 17. Podle Světové jaderné asociace, která podporuje jadernou energii, tyto změny zahrnovaly přidání inhibitorů do jádra, aby se zabránilo únikovým reakcím při nízkém výkonu, zvýšení počtu regulačních tyčí používaných v provozu a zvýšení obohacení paliva. Řídicí tyče byly také dodatečně vybaveny tak, aby se grafit neposunul do polohy, která by zvýšila reaktivitu.
Další tři reaktory v Černobylu fungovaly do roku 2000, ale od té doby byly uzavřeny, stejně jako další dva reaktory RBMK v Litvě, které byly uzavřeny jako požadavek vstupu této země do Evropské unie. V Kursku pracují čtyři reaktory RBMK, tři v Smolensku a tři v Petrohradě (čtvrtý byl v důchodu v prosinci 2018).
Tyto reaktory „nejsou tak dobré jako naše,“ řekl De Geer, „ale jsou lepší než dříve.“
„Existovaly základní aspekty designu, které nebylo možné opravit bez ohledu na to, co udělali,“ řekl Lyman. "Neřekl bych, že byli schopni zvýšit bezpečnost RBMK celkově na úroveň, jakou byste očekávali od lehkého vodního reaktoru západního stylu."
De Geer navíc poukázal na to, že reaktory nebyly postaveny s plně uzavřenými systémy, jak je vidět v reaktorech západního stylu. Zadržovací systémy jsou štíty vyrobené z olova nebo oceli určené k tomu, aby v případě nehody unikly do atmosféry radioaktivní plyn nebo pára.
Dohlédnutí přehlíženo?
Navzdory potenciálním mezinárodním dopadům havárie v jaderné elektrárně neexistuje žádná závazná mezinárodní dohoda o tom, co představuje „bezpečnou“ elektrárnu, řekl Lyman.
Úmluva o jaderné bezpečnosti vyžaduje, aby země byly transparentní, pokud jde o jejich bezpečnostní opatření, a umožňuje vzájemné přezkoumání elektráren, řekl, ale neexistují žádné donucovací mechanismy ani sankce. Jednotlivé země mají své vlastní regulační agentury, které jsou pouze tak nezávislé, jak jim umožňují místní vlády, řekl Lyman.
„Jak můžete očekávat, že v zemích, kde dochází k nekontrolovatelné korupci a nedostatečné správě věcí veřejných, bude fungovat jakákoli nezávislá regulační agentura?“ Řekl Lyman.
Přestože kromě reaktorů RBMK-1000 nikoho kromě Sovětského svazu nikdo neprovedl, některé navrhované nové návrhy reaktorů nezahrnují pozitivní koeficient prázdnoty, řekl Lyman. Například, rychle-chovatelské reaktory, které jsou reaktory, které generují více štěpného materiálu, když vytvářejí energii, mají kladný koeficient prázdnoty. Rusko, Čína, Indie a Japonsko postavily takové reaktory, ačkoli Japonsko není v provozu a je plánováno na vyřazení z provozu a Indie je o 10 let opožděnější než plán otevření. (V Kanadě fungují také reaktory s malými kladnými koeficienty prázdnoty.)
"Designéři tvrdí, že pokud vezmete v úvahu všechno, celkově jsou v bezpečí, takže na tom moc nezáleží," řekl Lyman. Ale návrháři by neměli být příliš sebevědomí ve svých systémech, řekl.
„Tento druh myšlení způsobil problémy Sověti,“ řekl. "A to je to, co nás může dostat do potíží tím, že nerespektujeme to, co nevíme."
Poznámka editora: Tento příběh byl aktualizován, aby se zjistilo, že většina, ale ne všechny, regulačních tyčí byla odstraněna z reaktoru, a poznamenat, že některé rané reaktory ve Spojených státech také měly kladný koeficient prázdnoty, ačkoli jejich konstrukční nedostatky byly opraveny .
