K havárii jaderné elektrárny v Černobylu došlo 26. dubna 1986 v 1:24 hodin ráno. Černobyl leží na území Ukrajiny, která byla v době havárie součástí Sovětského svazu.
Reaktor typu RBMK
V Černobylu byl používán reaktor typu RBMK, který se používá výhradně na území bývalého Sovětského svazu. Každý palivový článek je umístěn v palivovém chladícím kanálku. Do kanálku se zespoda čerpá „studená“ voda, která se cestou kanálkem nahoru ohřívá až vaří. Tím odvádí z reaktoru teplo. Nahoře odchází pára do separačního bubnu. Odtud jde pára do turbíny a voda se vrací zpátky do reaktoru, přichází sem i směs vody a páry z turbín.
Elektrárna je jednookruhová. Kvůli únikům radiace je třeba odstínit i turbínu. Moderátorem je grafit. Moderátor neutronů je látka sloužící k intenzivnímu zpomalování rychlých neutronů za účelem udržení štěpné jaderné reakce. K regulování chodu reaktoru typu RBMK je využíváno celkem 211 regulačních tyčí.
Závažný nedostatek reaktoru typu RBMK
Nedostatkem reaktoru je kladný teplotní koeficient reaktivity. V reaktoru se při zvýšení množství páry snižuje množství vodou pohlcovaných neutronů. Počet pomalých neutronů, které jsou schopné štěpit uran se tím pádem zvyšuje, protože hlavním moderátorem je grafit, jehož množství v aktivní zóně je fixní.
Xenonová otrava
Při černobylské havárii sehrál důležitou úlohu také fyzikální jev, který se nazývá xenonová otrava. Xenonová otrava je redukce reaktivity reaktoru v důsledku velmi vysokého pohlcování neutronů v štěpném produktu Xe-135.
Jedním z vedlejších produktů, který vzniká při štěpení jader uranu U-235 nebo Plutonia-239 je tvorba jódu I-135. Jód 135 je běžný štěpný produkt, kteří tvoří přibližně 6 % v reaktoru vzniklých štěpných produktů. Jód-135 má poločas rozpadu 6,7 hodiny a přeměňuje se postupně v xenon XE-135, který má poločas rozpadu 9,2 hodiny. Xenon-135 je téměř dokonalým absorbátorem neutronů.
Při normálním provozu reaktoru štěpná reakce neustále produkuje nový jód-135, který se mění v xenon-135. Ten se buď přirozeně rozkládá na stabilní cesium-135 a nebo (častěji) pohlcuje neutrony a přeměňuje se na stabilní xenon-136.
Pokud však výrazně snížíme výkon reaktoru nebo reaktor odstavíme, je rovnováha narušena. V reaktoru se začne hromadit xenon-135, protože už vytvořený jód-135 se stále přeměňuje na xenon-135. Ten však vlivem výrazně menšího počtu neutronů v aktivní zóně zůstává v reaktoru a „nevyhoří“. Nejvyšší koncentrace xenonu-135 nastává přibližně po 12 hodinách od odstavení reaktoru. Proto není možné krátce po odstavení opět spustit reaktor.
Experiment – ověření funkce havarijního chlazení
Dne 25. dubna 1986 krátce po půlnoci začala směna operátorů provádět experiment. Cílem bylo ověření dodávek elektřiny pro čerpadla primárního okruhu po odstavení turbín bloku.
Předpokládalo se, že setrvačný doběh turbíny by měl udržet čerpadla v chodu po dobu 50 sekund. Reaktor byl sice vybaven dieselovými agregáty, ty však potřebovaly 45 až 50 sekund k rozběhu na plný výkon.
Snižování výkonu reaktoru
Obsluha tedy začala s postupným snižováním výkonu reaktoru až na 1600 MWt. Následně odpojila jednu ze dvou turbín. Potom byl však test na žádost energetického dispečinku na 9 hodin přesušen. Důvodem přerušení experimentu bylo, že se blížil významný svátek (1.máj) a továrny potřebovaly dohnat plán.
Jak vyplynulo z pozdějšího vyšetřování, nová obsluha bloku nebyla kvalitně proškolena. Nedostatečně chápala fyzikální principy činnosti reaktoru, neměla například dostatečné znalosti o principu xenonové otravy, která se kvůli odkladu testu stala aktuální.
Nový tým měl snížit tepelný výkon reaktoru snížit zhruba na 1000 MWt. Obsluha však přitom postupovala chybně. Výkon klesl až pod hranici oblasti bezpečného provozu , která se pohybovala kolem 700 MWt. Při nízkém výkonu se reaktor typu RBMK chová nestabilně, proto bezpečnostní automatika začala okamžitě odstavovat reaktor. Operátoři ji však odpojili a přešli na ruční ovládání. Pokusili se znovu reaktor oživit a dokončit tak pokus.
Zvyšování výkonu reaktoru
Výkon však dále klesal až na 30 MWt. Obsluha se snažila zvýšit výkon tím, že postupně vytahovala z aktivní zóny reaktoru regulační tyče, které slouží k regulaci výkonu reaktoru.
Protože výkon reaktoru je přímo závislý na počtu reakcí štěpení vyvolaných v palivu neutrony, je možné říct, že regulace výkonu reaktoru se rovná regulaci neutronového toku. Z tohoto důvodu jsou regulační tyče z materiálů s vysokými absorpčními schopnostmi (obsahují bór nebo kadmium). Zasouváním regulačních tyčí do aktivní zóny dochází k zpomalování řetězové štěpné reakce. Vytahování regulačních tyčí z reaktoru se výkon naopak zvyšuje.
Chod reaktoru v oblastí malého výkonu trval však už příliš dlouho, a proto na úbytek tyčí v aktivní zóně reaktor nereagoval. Obsluha tedy vytáhla z aktivní zóny téměř všechny regulační a havarijní tyče až nad přístupné limity. To bylo přísně zakázané. Aby to bylo možné udělat, musela obsluha vypnout havarijní ochranu reaktoru.
V aktivní zóně zůstalo pouze 8 z 211 regulačních a havarijních tyčí. To znamenalo značný úbytek absorpčních látek v aktivní zóně a reakce se začala pozvolna rozbíhat. Výkon reaktoru se podařilo zvýšit až na 500 MWt.
Pokračování experimentu
Operátoři tedy pokračovali s plánovaným experimentem. Uzavřeli druhou turbínu a odpojili 4 z 8 cirkulačních čerpadel primárního okruhu. Reaktor ovšem pracoval dál, protože havarijní ochrana, která ho měla odstavit, byla odpojena.
Po uzavření přívodu k turbínám začal výběh rotoru. Kvůli zmenšení průtoku páry ze separačního bubnu rostl tlak páry v aktivní zóně. Celkový průtok chladiva reaktorem se začal snižovat, protože pohony cirkulačních čerpadel byly napájeny z brzdícího generátoru.
Nárůst teploty v reaktoru
Došlo k nárůstu teploty v reaktoru. V reaktoru se začala rychle tvořit a hromadit pára. Nyní se projevil kladný teplotní koeficient reaktoru RBMK. Nárůst páry vedl ke značnému zvýšení reaktivnosti.
Rozšíření štěpné reakce
Když se začala rozšiřovat štěpná reakce, zvyšoval se i počet moderovaných neutronů, které mohly štěpit xenon-135. Xenon-135 ubýval a během několika málo vteřin došlo k jeho vyhoření. Tím reaktor přišel o prakticky jediný absorbátor neutronů, který v aktivní zóně byl.
To způsobilo obrovské rozšíření řetězové reakce a zároveň prudký nárůst teploty aktivní zóny. Vedoucí směny vydal pokyn k havarijnímu zasunutí regulačních tyčí a k nouzovému odstavení reaktoru.
Bylo však příliš pozdě, protože vlivem vysoké teploty se již některé kanálky reaktoru zdeformovaly tak, že do nich nešlo zasunout havarijní tyče. Další problém byl, že řídící tyče byly vysunuty nad maximální povolenou mez. Jelikož tyto tyče byly vybaveny na svých koncích grafitovým dílem, při zasouvání do aktivní zóny minimálně v první části reakci netlumily, ale podpořily. Výkon reaktoru tak dále stoupal.
Exploze
Jaderný reaktor byl přetlakován takovým způsobem, že pára při prvním explozi odsunula horní betonovou desku, která má hmotnost 1000 tun. Druhá exploze následovala do pěti sekund. Příčinou druhé exploze bylo pravděpodobně vniknutí vzduchu do reaktoru a reakce vodní páry s rozžhaveným grafitem.
Exploze rozmetaly část aktivní zóny jaderného reaktoru, včetně paliva a hořícího grafitu. Horní část budovy reaktoru 4. bloku elektrárny byla zničena. Vznikl požár. Z rozbitého a rozžhaveného reaktoru začala unikat radioaktivita. Jejím důsledkem bylo masivní radioaktivní zamoření, které se z největší části týkalo Běloruska, Ukrajiny a Ruska (více než 70%).
Po nehodě byl celý havarovaný blok uzavřen v mohutném železobetonovém sarkofágu. Uvnitř byl vybudován speciální chladící systém na odvádění zbytkového tepla, které bude v aktivním zóně reaktoru vznikat ještě po dobu několika set let.
Počet obětí
Havárie si vyžádali bezprostředně tři oběti. Jednalo se o pracovníky elektrárny, kteří zemřeli ihned v důsledku výbuchu reaktoru. Dále zemřelo 47 osob z řad záchranářů a pracovníků elektrárny na akutním nemoc z ozáření. Dalších 9 osob zemřelo na rakovinu štítné žlázy.
Celkový počet mrtvých se odhaduje na 4000 osob. Předpokládá se, že nějakým způsobem bylo havárií zasaženo přibližně 600 tisíc lidí.
Použité zdroje:
http://www.greenpeace.org/czech/cz/Kampan/klima_a_energetika/jaderna-energetika/jaderne-havarie/
https://www.pozary.cz/clanek/6299-1986-tragicka-havarie-v-jaderne-elektrarne-cernobyl/
http://www.stoplusjednicka.cz/dedictvi-cernobylu-havarie-ktera-jednou-provzdy-zmenila-svet
2024 ©