Napomena urednika: Ova priča ažurirana je u ponedjeljak, 10. lipnja u 16:45. E.D.T.
U novoj mini miniseriji HBO-a "Černobil" ruski znanstvenici otkrivaju razlog eksplozije u reaktoru 4 u nuklearnoj elektrani u Černobilu, koja je izbacila radioaktivni materijal širom sjeverne Europe.
Otkriveno je da je ovaj reaktor, dizajn nazvan RBMK-1000, u osnovi pogrešan nakon nesreće u Černobilu. Pa ipak, u Rusiji još uvijek djeluje 10 istog tipa reaktora. Kako ćemo znati jesu li sigurni?
Kratak odgovor je, mi ne. Ti su reaktori modificirani kako bi umanjili rizik od nove katastrofe u stilu Černobila, kažu stručnjaci, ali još uvijek nisu tako sigurni kao većina reaktora zapadnog stila. I ne postoje međunarodne zaštitne mjere koje bi spriječile izgradnju novih postrojenja sa sličnim nedostacima.
"Postoji čitav niz različitih tipova reaktora koji se sada razmatraju u raznim državama i koji se značajno razlikuju od standardnih reaktora za laku vodu. Mnogi od njih imaju sigurnosne nedostatke koje projektanti zatajuju", rekao je Edwin Lyman, viši znanstvenik i vršilac dužnosti ravnatelja Projekta nuklearne sigurnosti u Uniji zabrinutih znanstvenika.
"Što se više stvari promijeni", rekao je Lyman za Live Science, "više će oni ostati isti."
Reaktor 4
U središtu katastrofe u Černobilu bio je reaktor RBMK-1000, dizajn koji se koristio samo u Sovjetskom Savezu. Reaktor se razlikovao od većine nuklearnih reaktora na svijetloj vodi, standardni dizajn koji se koristio u većini zapadnih zemalja. (Neki rani američki reaktori na nalazištu Hanford u državi Washington bili su sličnog dizajna sa sličnim nedostacima, ali popravljeni su sredinom 1960-ih.)
Reaktori s lakom vodom sastoje se od velike posude pod tlakom koja sadrži nuklearni materijal (jezgra), koji se hladi cirkulacijskim dovodom vode. U nuklearnoj fisiji atom (uran, u ovom slučaju) se odvaja, stvarajući toplinu i slobodne neutrone, koji zingiraju u druge atome, uzrokujući njihovo cijepanje i oslobađanje topline i više neutrona. Toplina pretvara cirkulirajuću vodu u paru, koja zatim pretvara turbinu, stvarajući električnu energiju.
U reaktorima sa svijetlom vodom voda djeluje i kao moderator za pomoć u kontroli nuklearne fisije koja je u tijeku. Moderator usporava slobodne neurone tako da je veća vjerojatnost da će nastaviti reakciju fisije, čineći reakciju učinkovitijom. Kada se reaktor zagrijava, više vode se pretvara u paru i manje je dostupno za igranje ove uloge moderatora. Kao rezultat, reakcija fisije se usporava. Ta negativna povratna petlja ključno je sigurnosno obilježje koje pomaže da se reaktori ne pregrijavaju.
RBMK-1000 je drugačiji. Vodu je koristila i kao rashladno sredstvo, ali s grafitnim blokovima kao moderator. Varijacije u dizajnu reaktora omogućile su mu da koristi gorivo koje je manje obogaćeno nego inače i da se puni tijekom rada. No, s odvojenim ulogama rashladne tekućine i moderatora, razbijena je petlja negativnih povratnih informacija "više pare, manje reaktivnosti". Umjesto toga, reaktori RBMK imaju ono što se naziva "koeficijentom pozitivne praznine".
Kada reaktor ima pozitivan koeficijent praznine, reakcija fisije se ubrzava kako se rashladna voda pretvara u paru, a ne usporava. To je zato što vrenje otvara mjehuriće ili praznine u vodi i olakšava put neutronima do grafitnog moderatora za povećanje fisije, rekao je Lars-Erik De Geer, nuklearni fizičar koji je u mirovini iz Švedske agencije za istraživanje obrane.
Odatle je, rekao je Live Scienceu, problem koji nastaje: Fisija postaje učinkovitija, reaktor se zagrijava, voda postaje parnija, fisija postaje još učinkovitija i proces se nastavlja.
Nalet do katastrofe
Kad je tvornica u Černobilu radila punom snagom, to nije bio veliki problem, rekao je Lyman. Na visokim temperaturama uranovo gorivo koje stvara reakciju fisije ima tendenciju da apsorbira više neutrona, čineći ga manje reaktivnim.
Međutim, s malom snagom, reaktori RBMK-1000 postaju vrlo nestabilni. U jeku nesreće u Černobilu, 26. travnja 1986., operatori su radili test kako bi vidjeli može li turbina elektrane pokretati hitnu opremu tijekom nestanka struje. Ovaj test je zahtijevao pokretanje postrojenja sa smanjenom snagom. Dok su se snage smanjivale, kijevske vlasti za napajanje operaterima su naredile da zaustave postupak. Uobičajena elektrana otišla je van mreže i bila je potrebna proizvodnja električne energije u Černobilu.
"To je bio uglavnom glavni razlog zašto se sve na kraju dogodilo", rekao je De Geer.
Biljka je radila s djelomičnom snagom 9 sati. Kad su operatori veći dio ostatka puta napustili energiju, došlo je do nakupljanja ksenona koji apsorbira neutron i nisu mogli održati odgovarajuću razinu fisije. Snaga je pala na gotovo ništa. Pokušavajući ga pojačati, operatori su uklonili većinu kontrolnih štapova, koji su izrađeni od borovog karbida koji apsorbira neutron i koji se koriste za usporavanje reakcije fisije. Operateri su također smanjili protok vode kroz reaktor. To je pogoršalo problem s koeficijentom pozitivne praznine, prema Agenciji za nuklearnu energiju. Odjednom je reakcija doista postala vrlo intenzivna. U roku od nekoliko sekundi, snaga je porasla do 100 puta više nego što je bio namijenjen reaktoru.
Bilo je i drugih nedostataka dizajna koji su otežavali vraćanje situacije pod kontrolu jednom kada se započela. Na primjer, upravljačke šipke bile su presvučene grafitom, kaže De Geer. Kada su operatori vidjeli da reaktor počinje ići kosom i pokušali spustiti kontrolne šipke, zaglavio se. Neposredni učinak nije bio usporavanje fisije, već lokalno pojačavanje jer je dodatni grafit na vrhovima u početku povećavao učinkovitost reakcije fisije u blizini. Brzo su uslijedile dvije eksplozije. Znanstvenici još uvijek raspravljaju točno što je uzrokovalo svaku eksploziju. Obje su mogle biti eksplozije pare uslijed brzog porasta tlaka u cirkulacijskom sustavu, ili je jedna mogla biti para, a druga eksplozija vodika uzrokovana kemijskim reakcijama u reaktoru koji nije uspio. Na temelju otkrivanja izotopa ksenona u Cherepovetsu, udaljenom 230 kilometara (370 kilometara) sjeverno od Moskve nakon eksplozije, De Geer vjeruje da je prva eksplozija zapravo bio mlaz nuklearnog plina koji je pucao nekoliko kilometara u atmosferu.
Promjene su učinjene
Neposredne posljedice nesreće bile su "vrlo uznemirujuće vrijeme" u Sovjetskom Savezu, rekao je Jonathan Coopersmith, povjesničar tehnologije na teksaškom sveučilištu A&M koje je bilo u Moskvi 1986. Isprva su sovjetske vlasti držale podatke blizu; državna štampa je zakopala priču, a mlin za glasine je preuzeo. No, daleko u Švedskoj, De Geer i njegovi kolege znanstvenici već su otkrivali neobične radioaktivne izotope. Međunarodna zajednica uskoro bi saznala istinu.
14. svibnja sovjetski vođa Mihail Gorbačov održao je televizijski govor u kojem je otvorio vijest o onome što se dogodilo. To je bila prekretnica u sovjetskoj povijesti, rekao je Coopersmith za Live Science.
"To je učinilo glasnost stvarnom", rekao je Coopersmith, pozivajući se na urođenu politiku transparentnosti u Sovjetskom Savezu.
Također je otvorena nova era u suradnji za nuklearnu sigurnost. U kolovozu 1986. Međunarodna agencija za atomsku energiju održala je samit u Beču nakon nesreće, a sovjetski znanstvenici su mu pristupili s neviđenim osjećajem otvorenosti, rekao je De Geer koji je prisustvovao.
"Bilo je nevjerojatno koliko su nam rekli", rekao je.
Među promjenama u odgovoru na Černobil bile su izmjene ostalih reaktora RBMK-1000 u radu, tada 17. Prema Svjetskom nuklearnom udruženju, koje promiče nuklearnu energiju, ove promjene uključuju dodavanje inhibitora u jezgru kako bi se spriječile bježanje reakcija s malom snagom, povećanje broja kontrolnih štapova koji se koriste u radu i povećanje obogaćivanja goriva. Kontrolne šipke također su naknadno opremljene kako se grafit ne bi premjestio u položaj koji bi povećao reaktivnost.
Ostala tri reaktora u Černobilu radila su do 2000. godine, ali od tada su se zatvorila, kao i još dva RBMK-a u Litvi, koji su zatvoreni kao uvjet ulaska te zemlje u Europsku uniju. U Kursku rade četiri reaktora RBMK, tri u Smolensku i tri u Sankt Peterburgu (četvrti je umirovljen u prosincu 2018.).
Ti reaktori "nisu dobri kao naši", rekao je De Geer, "ali bolji su nego što su bili nekada."
"Bilo je temeljnih aspekata dizajna koji se nisu mogli popraviti bez obzira na to što su učinili", rekao je Lyman. "Ne bih rekao da su uspjeli povećati sigurnost RBMK općenito na standard kakav biste očekivali od reaktora za laku vodu zapadnog stila."
Pored toga, istaknuo je De Geer, reaktori nisu izgrađeni sa sustavima sa punim zadržanjima kao što se to vidi u reaktorima zapadnog stila. Zaštitni sustavi su štitnici napravljeni od olova ili čelika koji u slučaju nesreće sadrže radioaktivni plin ili paru koji istječu u atmosferu.
Zanemarjen nadzor?
Unatoč potencijalno međunarodnim učincima nesreće u nuklearnoj elektrani, ne postoji obvezujući međunarodni dogovor o tome što je "sigurno" postrojenje, rekao je Lyman.
Konvencija o nuklearnoj sigurnosti zahtijeva da zemlje budu transparentne u pogledu svojih sigurnosnih mjera i omogućava uzajamni pregled postrojenja, rekao je, ali nema mehanizama za provedbu zakona niti sankcija. Pojedine zemlje imaju svoje regulatorne agencije, koje su samo toliko neovisne koliko im lokalne samouprave omogućavaju, rekao je Lyman.
"Kako u zemljama u kojima vlada snažna korupcija i nedostatak dobrog upravljanja možete očekivati da će svaka neovisna regulatorna agencija moći funkcionirati?" Rekao je Lyman.
Iako reaktore RBMK-1000 nitko osim Sovjetskog Saveza nije napravio, neki predloženi novi projekti reaktora uključuju pozitivan koeficijent praznine, rekao je Lyman. Na primjer, reaktor brzih uzgajivača, koji su reaktori koji stvaraju više cijepljivog materijala dok stvaraju snagu, imaju pozitivni koeficijent praznine. Rusija, Kina, Indija i Japan izgradili su takve reaktore, premda Japan ne djeluje i planira se razgradnja, a Indija zaostaje 10 godina za otvaranjem. (U Kanadi djeluju i reaktori s malim pozitivnim koeficijentom praznine.)
"Dizajneri tvrde da ako sve uzmete u obzir, u cjelini su sigurni, tako da to nije toliko važno", rekao je Lyman. No, dizajneri ne bi trebali biti previše uvjereni u svoje sustave, rekao je.
"Takvo razmišljanje dovelo je Sovjete u probleme", rekao je. "A to je ono što nas može uvaliti u probleme, ne poštujući ono što mi ne znamo."
Napomena urednika: Ova je priča ažurirana kako bi se primijetilo da je većina, ali ne svi, kontrolni štapovi uklonjeni iz reaktora, i da je napomenuto da su i neki rani reaktori u Sjedinjenim Državama imali pozitivan koeficijent praznine, iako su njihove greške u dizajnu bile ispravljene ,
