STRONA GŁÓWNA

NAPISZ DO AUTORÓW CO MYŚLISZ O STRONIE !  PYTANIA ?  SUGESTIE...

AWARIA ELEKTROWNI W CZARNOBYLU - PRZYKŁAD ZASIEGU SKAŻENIA PROMIENIOTWÓRCZEGO

ZNISZCZONY REAKTOR W CZARNOBYLU
Zniszczony reaktor IV bloku elektrowni w Czarnobylu.

· Przyczyny awarii · / Przebieg awarii · / Skutki - skażenie

Celem tej strony jest przybliżenie skutków awarii reaktora jądrowego w Czarnobylu. Dość szczegółowo wytłumaczono jej przyczyny, ale dla poznania ewentualnego efektu ataku terrorystycznego na elektrownie lub zakład przetwarzający paliwo jądrowe nie jest konieczne przeglądanie przyczyn awarii. Należy się skupić na przebiegu awarii i jej skutkach.

PRZYCZYNY AWARII

Przyczyny awarii w elektrowni jądrowej w Czarnobylu ( ZSRR / obecnie - Ukraina ) w dniu 26 IV 1986 roku można podzielić na dwie grupy :
Pierwszą ( I. ) - czynniki związane z konstrukcją reaktora i zachodzącymi w nim procesami fizycznymi i chemicznymi.
Druga ( II. ) - czynnik ludzki, czyli błędy popełnione przez operatorów elektrowni.

I. Czwarty blok elektrowni jądrowej w Czarnobylu został oddany do użytku w 1983 roku, nie był więc urządzeniem starym. Jego cechą charakterystyczną był typ używanego reaktora ( RBMK - nazwa skrócona - pojecie ß ), który ogólnie określany jest jako konstrukcja z wadami technicznymi i małym poziomem bezpieczeństwa. Reaktory tego typu funkcjonowały tylko i wyłącznie w ZSRR, a ich projektanci zdając sobie sprawę z wad, wprowadzili specjalne procedury mające podnieść bezpieczeństwo jego eksploatacji.

I. 1. Czynniki chemiczne mające wpływ na bezpieczeństwo reaktora.

Reaktor RBMK - wykorzystywał jako spowalniacz neutronów ( moderator ) grafit, a do chłodzenia rdzenia reaktora wykorzystywano wrzącą wodę. Nie było to dobre rozwiązanie. Zetknięcie silnie nagrzanego grafitu z powietrzem powoduje powstanie gwałtownej reakcji chemicznej ( utleniania ) mogącej wywołać pożar. By zabezpieczyć grafit przed kontaktem z powietrzem, szczeliny wokół niego uzupełniono zobojętniającą mieszaniną azotu i helu. W kanałach paliwowych reaktora, które wykonane są w bloku grafitu znajduje się woda pod wysokim ciśnieniem odbierająca nadmiar ciepła. Jeśli kanał paliwowy pęknie lub się uszkodzi rozgrzana para wodna reaguje z grafitem i powstają duże ilości CO ( tlenku węgla ) i wodoru ( H ). Znaczne ciśnienie, które wtedy powstaje może spowodować brak szczelności reaktora, co prowadzi do tego, iż wodór przedostaje się na zewnątrz i łączy z powietrzem. Efektem tego jest powstanie mieszaniny, która może łatwo wybuchnąć.
I. 2. Drugim problemem oprócz ewentualnej reakcji grafitu z parą wodną, było niebezpieczeństwo zajścia reakcji miedzy cyrkonem, z którego wykonano kanały paliwowe ( znajdujące się w bloku grafitu ) a parą wodną. Przy wysokiej temperaturze ( około 900 stopni Celsjusza ), gdy cyrkon zetknie się z wodą zaczyna wytwarzać się wodór i pojawia się kolejna możliwość połączenia wodoru z powietrzem. Powstaje wtedy wybuchowa mieszanina.

I. 3. Czynnik natury fizycznej mający wpływ na bezpieczeństwo reaktora.

Reaktor RBMK miał właściwość niespotykaną w innych reaktorach pracujących na podobnych zasadach, ale używanych poza ZSRR. W chwili gdy dochodziło do odparowania wody w kanałach chłodzących ( na skutek opisanych wyżej reakcji chemicznych ), gwałtownie zwiększała się liczba neutronów. Działo się tak dlatego, że para wodna pochłania mniej neutronów niż woda, stąd też ich emisja w rdzeniu rośnie. Wraz ze wzrostem ilości neutronów zwiększeniu ulega skala reakcji rozszczepiania zachodzącej w reaktorze. Efektem tego może być przegrzanie się rdzenia. Dodatkowo, gdy powstaje para wodna podnosi się temperatura we wnętrzu reaktora . Jest to zjawisko zrozumiałe, gdyż para wodna słabiej niż woda odbiera nagromadzone ciepło. Przyczynia się to do wzrostu temperatury paliwa a więc pojawia się możliwość jego przegrzania. W takim wypadku objawiała się specyficzna - wspomniana powyżej - cecha charakterystyczna reaktora RBMK polegająca na tym, że wraz ze wzrostem temperatury paliwa dochodziło do zwiększenia mocy reaktora ( wzrostu reaktywności - czyli przebiegu reakcji rozszczepiania ). Reaktor RBMK zachowywał się zupełnie odmiennie od innych używanych reaktorów lekko wodnych na świecie, gdyż w nich wraz ze wzrostem temperatury paliwa następuje utrata mocy cieplnej reaktora.

II. Czynnik ludzki mający wpływ na bezpieczeństwo reaktora.

Oprócz wspomnianych wyżej czynników konstrukcyjnych, które przyczyniły się do awarii reaktora w Czarnobylu jej bezpośrednią przyczyną był błąd ludzki popełniony przez operatorów. 26 IV 1986 roku zaplanowano przeprowadzenie ryzykownego eksperymentu, który miał polegać na sprawdzeniu ile czasu będą pracować pompy wodne zasilające wodą reaktor po odłączeniu od nich zasilania. Chodziło o ustalenie przez jaki czas energia kinetyczna wirników zapewni działanie systemu. Pompy te stanowiły część systemu awaryjnego chłodzenia reaktora. Dodatkowo wyłączono mechanizm automatycznego włączania się mechanizmów awaryjnego chłodzenia reaktora.

PRZEBIEG AWARII REAKTORA

O godzinie 01 : 00 w nocy 26 kwietnia 1986 roku rozpoczęła się realizacja eksperymentu badawczego. Popełniono przy tym szereg zaniedbań i błędów. Przede wszystkim wyłączono automatyczny układ chłodzenia awaryjnego rdzenia. Doszło do zakłócenia pracy reaktora, ponieważ spadła ilość chłodziwa w reaktorze, a zwiększyła się ilość pary wodnej. Spowodowało to wzrost mocy reaktora, który zbliżył się do stanu krytycznego. Obsługa uruchomiła system awaryjnego wyłączania reaktora - polegający na wsunięciu prętów bezpieczeństwa z materiału silnie pochłaniającego neutrony do wnętrza rdzenia. Pręty te jednak nie zadziałały, ponieważ zbyt wolno opuszczały się do wnętrza. Reaktor osiągnął stan nadkrytyczny - jego moc wzrosła kilkadziesiąt razy wobec maksymalnej, którą mógł osiągnąć. W rdzeniu powstała wysoka temperatura, która wywołała pękanie przewodów paliwowych. Niezwykle gorące fragmenty paliwa z prętów paliwowych zetknęły się z chłodzącą wodą i zaczęły powstawać duże ilości pary wodnej. W wyniku tego procesu gwałtownie wzrosło ciśnienie we wnętrzu rdzenia, które spowodowało tzw. wybuch parowy ( czyli para rozsadziła cały reaktor ). Wybuchu tego typu absolutnie nie należy identyfikować z eksplozją jądrową. Doszło do zniszczenia obudowy bezpieczeństwa i budynku, w którym znajdował się reaktor ( zobacz zdjęcie u góry strony ). Równocześnie nastąpiła pierwsza emisja substancji promieniotwórczych do atmosfery, a na zewnątrz reaktora wokół budynku leżały rozrzucone części rdzenia w postaci grafitu i elementów paliwa jądrowego. Dopiero wtedy doszło do drugiej eksplozji nagromadzonego wodoru i powietrza, który powstał, gdy para reagowała chemicznie z cyrkonem i grafitem. Następstwem drugiego wybuchu był pożar budynku reaktora i hali maszyn. Pożar ten ugaszono dopiero nad ranem, przy czym we wnętrzu ( szczątkach ) reaktora dalej płonął grafit i trwała silna emisja produktów rozszczepiania ( ß ) do atmosfery.

SKUTKI AWARII - SKAŻENIE RADIOAKTYWNE

W wyniku wybuchu parowego rdzenia reaktora do atmosfery przedostały się produkty rozszczepiania z wnętrza reaktora. Część paliwa oraz grafitu została rozrzucona wokół budynku, a część pozostała w płonącym wnętrzu reaktora. Początkowo ulotniły się do atmosfery gazy szlachetne ( m. in. krypton ) następnie w postaci aerozoli stałe produkty rozszczepiania. Emisję zwiększał ciągły pożar i unoszący się znad rozbitego rdzenia prąd ciepłego powietrza. Podaje się, że do atmosfery dostało się 3,5 - 4,5 % paliwa zawartego w rdzeniu. Wśród najgroźniejszych izotopów promieniotwórczych znajdujących się wewnątrz reaktora ulotniło się : 20 % jodu - 121 ( I 121 ), 13 % cezu - 123 ( Cs 137 ) i tylko 4 % strontu - 90 ( Sr 90 ). W liczbach bezwzględnych oszacowano to na : 28 kg cezu i 0,37 kg jodu. Aktywność łączna emisji substancji promieniotwórczych wyniosła 2 · 10 9 GBq ( gigabekereli ) czyli 50 MCi ( ß ). Rosjanie starali się ograniczyć emisję poprzez wrzucenie ze śmigłowców do wnętrza reaktora około 5000 ton różnych substancji mających zatrzymać produkty rozszczepiania ( zrzucanie piasku i gliny ), zmniejszyć temperaturę ( wapień ) i zmniejszyć groźbę powstania masy krytycznej ze stopionego paliwa ( materiały absorbujące neutrony ).

MAPA SKAŻEŃ
Mapa skażeń

Gorące powietrze wyniosło skażenia na dość dużą wysokość, gdzie poddały się one działaniu wiejących w tym czasie nad tą częścią Europy wiatrów. Początkowo pod wpływem wiatru wiejącego w kierunku północno - zachodnim chmura radioaktywna ( ß ) przemieszczała się nad Skandynawię. 27 IV szwedzka elektrownia atomowa położona 100 km na północ od Sztokholmu odnotowała podniesiony poziom skażeń. Obliczono, że chmura przesuwała się ze średnią prędkością około 10 m/s i w ciągu 36 godzin pokonała 1200 kilometrów. 28 IV doszło do zmiany kierunku wiatru, który przesuwał skażenia emitowane przez rozbity reaktor w kierunku zachodnim nieco skręcając na południe. Wtedy to nad Polskę i Europę Środkową dotarła duża fala skażonego powietrza. 1 V chmura dotarła nad północne Włochy. Trzecia chmura radioaktywna przemieściła się po kolejnej zmianie wiatrów w kierunku południowym, lekko skręcając na zachód objęła ona znaczną część Ukrainy ( wtedy jeszcze republika radziecka ), Rumunię, Bułgarię, wschodnią część Jugosławii. Nad północną Grecję skażenia dotarły 3 V.

Władze radzieckie w ciągu kilku dni wysiedliły z zagrożonego obszaru około 135 tysięcy osób ( 143 000 ? ) i utworzyły zamkniętą strefę wokół elektrowni. (Elektrownia ostatecznie zamknieta została w 2000 r.) W czasie akcji ratowniczej głównie gaszenia pożaru budynku reaktora i akcji gaszenia samego rozbitego rdzenia zginęły 32 (?) osoby. Z tej liczby 29 osób zmarło otrzymawszy znaczne dawki promieniowania rzędu powyżej 4 Sv ( Siwertów ß ). Zdarzyły się przypadki, że były w tej grupie osoby, które otrzymały aż 12 - 16 Sv. 203 osoby otrzymały dawkę wielkości 1 Sv. Dla porównania podajmy, że prześwietlenie zęba daje około 0,02 mSv ( milisiwerta ), klatki piersiowej 0,20 mSv ( mały obrazek ). Choroba popromienna ( ß ) wystąpiła więc u osób bezpośrednio narażonych na duże dawki promieniowania w czasie akcji ratowniczej i sprzątania terenu. Warto dodać, że straty finansowe poniesione przez ZSRR były ogromne.

W zasadzie poziom skażeń jakim uległy znaczne połacie Europy nie miał wysokiego natężenia. Eksperci zwrócili uwagę na fakt większego zanieczyszczenia powietrza strontem - 90 i cezem - 137 po przeprowadzanych w atmosferze próbach jądrowych i termojądrowych na początku lat 60 - tych ( szczególnie w 1962 r. ). Jednak w pewnych rejonach ZSRR stwierdzono niezwykle wysokie skażenie. Powstało ono na skutek przechodzenia chmury radioaktywnej przez strefę opadów atmosferycznych, które wymywały substancje promieniotwórcze.
Dane pozwalające porównać awarię w Czarnobylu z innymi wypadkami w zakładach nuklearnych oraz ze skażeniem powstałym w innych okolicznościach znajdziesz na stronie:
Wzrost radioaktywności po wypadkach w obiektach przemysłu nuklearnego i po próbnych wybuchach jądrowych.

Ogólnie przyjęto, iż średnio mieszkańcy Europy bez obywateli ówczesnego ZSRR pochłonęli dodatkowo 30 % rocznej dawki pochodzącej od promieniowania naturalnego. ( Promieniowaniem tym nazywa się promieniowanie podłoża, kosmiczne i z innych źródeł naturalnych pochłaniane przez człowieka. Na różnych obszarach ziemi jego wielkość może mieć odmienne rozmiary ). Dla ludności zamieszkującej Polskę średnio była to wielkość w granicach 15 % rocznej dawki ze źródeł naturalnych wynoszącej 2,8 mSv ( milisiwerta ). Dla porównania przypomnijmy, iż prześwietlenie klatki piersiowej ( mały obrazek ) powoduje wchłoniecie 0,20 mSv.

Liczba zgonów z powodu wzmożonego promieniowania prawdopodobnie zwiększy się o kilkadziesiąt przypadków. Będą to więc liczby trudne do uchwycenia w statystykach. W rzeczywistości zaobserwowano większą zachorowalność na pewne choroby na Białorusi i na Ukrainie. Można by też przywołać pewne statystyki śmiertelności w Polsce. Wydaje się, że tak naprawdę długofalowe skutki katastrofy elektrowni w Czarnobylu będzie można poznać dopiero za kilkadziesiąt lat. Analizy poczynione bezpośrednio wokół Czarnobyla wykazały zgodnie z przewidywaniami występowanie pewnych wynaturzeń wśród zwierząt, ale nie mają one charakteru dziedzicznego.

Bez wątpienia jednym z długotrwałych efektów katastrofy było odwrócenie się wielu społeczeństw od popierania energetyki jądrowej. Proces ten widoczny był już wcześniej, ale wydarzenia z przełomu maja i kwietnia 1986 roku nasiliły go.

Aż trudno sobie wyobrazić jaki efekt przyniósłby zaplanowany i dobrze zorganizowany atak na elektrownie jądrową ( lub np. zakład przerabiający pręty paliwowe wyciągnięte z reaktora ). Prawdopodobnie doszłoby do większej emisji izotopów radioaktywnych niż w Czarnobylu. Straty byłyby bardzo wysokie, może nie tyle ludzkie co finansowe ( kilka - kilkanaście miliardów dolarów ? ). Efekt ostrzelania bloku reaktora lub upadku nań samolotu byłby prawdopodobnie większy niż zniszczenia w Czarnobylu. Tutaj jedna uwaga : elektrownie jądrowe nie wybuchają jak ładunki nuklearne, owszem dochodzi do powstania stanu nadkrytycznego, ale wtedy rdzeń reaktora zaczyna się topić. Ciepło wytworzone w czasie tego procesu ewentualnie para wodna z chłodziwa powodują rozerwanie bloku - widać było to właśnie w kwietniu 1986 roku. Można też dodać, że emisja skażeń radioaktywnych z IV bloku była większa niż ta, która powstałaby na skutek eksplozji kilkudziesięciu - a zdaniem niektórych nawet kilkuset - bomb jądrowych. Łatwiej jest też uszkodzić elektrownię jądrową, niż wybudować nawet prymitywny ładunek jądrowy.
Zobacz :
· Zagrożenie atakiem elektrowni jądrowych i zakładów przemysłu atomowego.
· Prymitywne ładunki nuklearne, bomby walizkowe i brudne bomby.


Słowniczek
REAKTOR
TYPU RBMK - (skrót z jęz. rosyjskiego : Reaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj). Jest to reaktor kanałowy chłodzony wrzącą wodą z moderatorem grafitowym. Tego typu reaktory stanowiły początkowo podstawę radzieckiej energetyki jądrowej, następnie rozpoczęto proces zastępowania ich innymi konstrukcjami. Reaktory RBMK - 1000 ( o mocy 1000 MW ) pracowały i pracują do dziś w elektrowniach : Kurskiej, Smoleńskiej, Leningradzkiej. Powrót do tekstu
PRODUKTY
ROZSZCZEPIANIA - w czasie trwania reakcji rozszczepiania jądra materiału rozszczepialnego pękają pod wpływem neutronów na zazwyczaj dwie części, które są jądrami innych pierwiastków. W wyniku ich przemian promieniotwórczych powstają kolejne pierwiastki chemiczne. Tak więc produktem reakcji rozszczepiania będzie kilkaset ( podaje się 200 - 300 ) nowoutworzonych izotopów różnych pierwiastków. Część z nich jest promieniotwórcza. ( Uwaga : to nieco uproszczony opis ). ( Powrót do tekstu ).
BEKERELE
- to jednostka pomiaru aktywności substancji promieniotwórczej. Bekerele ( Bq ) zastąpiły jednostkę kiur ( Ci ). Zależność miedzy tymi jednostkami jest następująca : 1 Ci = 3,7 · 1018 Bq = 37 GBq ( gigabekereli ). ( Powrót do tekstu ).
CHMURA RADIOAKTYWNA
- nie posiada wyglądu zwykłej chmury, jest niewidoczna gołym okiem, można wykryć ją za pomocą specjalistycznej aparatury. Chmurą radioaktywną nazywamy rożnego typu izotopy promieniotwórcze przemieszczane przez wiatr na znaczne odległości. ( Powrót do tekstu ).
DAWKI PROMIENIOWANIA
- wyróżnia się ich kilka rodzajów, których nie będziemy dokładnie omawiać. Najprościej można je określić jako ilość promieniowania, które przyjmuje organizm ludzki w pewnej jednostce czasu. Im dawka ta jest przyjęta szybciej tym bardziej uszkadza organizm i wywołuje chorobę popromienną. Długotrwałe przyjmowanie niewielkich dawek nie spowoduje takiej choroby. Liczbę pochłoniętego promieniowania przez organizm wyraża się w remach ( rem - rentgen equivalent man - biologiczny równoważnik rentgena ) lub zgodnie z obowiązującymi dziś jednostkami Siwertami ( Sv ). Zależność miedzy nimi jest następująca : 1 Sv = 100 rem. Można przyjąć, że progiem śmiertelnym są wielkości 400 - 1000 rem ( 4 -10 Sv ). Dawka o tej wysokości wywoła śmierć u 70 - 100 % poszkodowanych. ( Powrót do tekstu ).
CHOROBA
POPROMIENNA - choroba wywołana nadmierną dawką promieniowania wchłoniętą przez organizm ludzki. Wyróżnia się kilka jej typów - zazwyczaj trzy ( od lekkiego do bardzo ciężkiego ). Objawy prawie zawsze są takie same, różnią się tylko nasileniem : ból głowy, wymioty, biegunka, zmiany w składzie krwi, zanikająca odporność organizmu prowadząca do tego, że najdrobniejsze infekcje spowodują śmierć. Ta następuje w zależności od przyjętej dawki promieniowania - im jest większa tym człowiek umiera szybciej. Można przyjąć, że najłagodniejszą postać przyjmuje choroba popromienna po otrzymaniu przez człowieka około 100 remów ( 100 Radów, lub 1 Greya, 1 Siwerta ) promieniowania. 100 % zagonów następuje po przyjęciu dawek rzędu 500 - 1000 remów ( i więcej ). Uwaga : uproszczono opis choroby popromiennej i bardzo uogólniono podane tutaj wielkości dawek, równocześnie podano je w kilku miernikach, które można spotkać w literaturze ( remy, rady, greje, siwerty ). ( Powrót do tekstu ).