Historia wybuchu reaktora w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej

Historia wybuchu reaktora w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej

Wstęp

15 marca 1966 r. podjęto decyzję o budowie na terenie Ukrainy pierwszej elektrowni jądrowej z sześcioma blokami typu RMBK. Inwestycja była miarą rozwoju energetyki jądrowej zapoczątkowanej na terenach Związku Radzieckiego. Uruchomienie pierwszego bloku o mocy 1000 MW miało miejsce w 1977 r.. Następne trzy bloki RMBK, o takiej samej mocy, wprowadzono do użytku kolejno w latach: nr 2 – 1978 r., nr 3 – 1981 r. oraz nr 4 – 1984 r.  Eksploatacja elektrowni przyczyniła się do powstania ok. 3 km dalej nowego miasteczka Prypeć, które przed katastrofą liczyło niespełna 50 tys. mieszkańców. Oddalone o ok. 18 km miasteczko Czarnobyl natomiast było oazą dla 12 tysięcy pracowników elektrowni i ich rodzin.

Tętniący życiem obszar cieszył się swoją świetnością aż do 26 kwietnia 1986 r. kiedy to na wieść o awarii w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej, cały świat wstrzymał oddech.

Konstrukcja reaktorów 

Czynnikiem przybliżającym do tragedii mającej miejsce na terenie Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej jest omówienie konstrukcji znajdujących się w niej reaktorów. 

Reaktory Kanałowe Dużej Mocy (RMBK) cechują się wykorzystaniem wrzącej wody oraz moderatora grafitowego. Wywodzą się one od reaktorów uranowo – grafitowych wykorzystywanych do produkcji plutonu dla wojska. Rdzeń reaktora o wysokości 7 m i średnicy 12 m jest składową 1659 pionowych otworów na kanały paliwowe. Całkowita masa używanego uranu w zestawach paliwowych wynosi 190 ton. Pierwszą barierę ochronną reaktora stanowi, otaczająca rdzeń, warstwa grafitu o wymiarach 0,5 m x 0,8 m. Kolejno znajdują się pierścieniowy zbiornik wodny, betonowa ściana o grubości 2 m oraz stalowe płyty chroniące system z góry i dołu, oddzielając go od środowiska zewnętrznego o kolejne 0,2 – 0,25 m. Całość reaktora umieszczona jest w betonowej studni o wymiarach 21,6 x 21,6 m. 

Wadą reaktorów RMBK jest brak osłony zewnętrznej, która miałaby zapewnić bezpieczeństwo podczas awarii. Bardzo niebezpieczną cechą jest także dodatni współczynnik reaktywności będący proporcjonalnym wzrostem mocy reaktora do wzrostu temperatury w jego wnętrzu. Zależność ta odgrywa ogromne znaczenie podczas pracy reaktora z niską mocą. Tak odbywało się to podczas przeprowadzania eksperymentu w reaktorze nr 4 Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej.  Dodatkowym niebezpieczeństwem był błąd w konstrukcji układu prętów bezpieczeństwa. 

Przebieg katastrofy

Katastrofa w Czarnobylu miała miejsce 26 kwietnia 1986 r. o godz. 1:23 w nocy.  Chronologia zdarzeń została sporządzona przez R.F Mould na podstawie sowieckich dokumentów z kwietnia 1986 r. oraz raportów INSAG 1986 i 1992.

Zapoczątkowanie tragedii w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej miało miejsce już 25 kwietnia o godz. 1:00. Rozpoczęto wówczas kilkugodzinny proces obniżania mocy reaktora ze szczególną uwagą na wytwarzanie się ksenonu (Xe – 135). Substancja promieniotwórcza (Xe – 135) poprzez silne wychwytywanie neutronów mogła zatruć reaktor oraz spowodować niekontrolowane wygaśnięcie reakcji. Mogło także dojść do zatrzymanie Xe- 135 we frakcjach paliwowych, a także być przyczyną problemów z późniejszym wznowieniem pracy reaktora.

O godz. 3:47 reaktor pracował już na połowie mocy znamionowej. Godzinę przed pierwszą próbą rozpoczęcia doświadczenia, obniżono moc odpowiedzialną za potrzeby własne reaktora. O godz. 14:00 kiedy reaktor był już przygotowany do przeprowadzenia doświadczenia, wyłączono system chłodzenia awaryjnego reaktora. Dyspozycją Kijowskiego Okręgu Energetycznego (KOE) wyłączenie reaktora zostało jednak wstrzymane do godz. 23:00. Przez cały okres oczekiwania, reaktor pracował bez awaryjnego systemu chłodzenia oraz na połowie mocy znamionowej. O godz. 23:00 dyspozytor Kijowskiego Okręgu Energetycznego wydał zgodę odłączenia bloku nr 4 od sieci. Moc reaktora została wówczas obniżona do wartości (700 MW), która miała towarzyszyć przeprowadzanemu doświadczeniu.

Godzinę później nastąpiła zmiana pracowników na stanowisku pracy, którzy okazali się być nieprzygotowani do udziału w opóźnionym eksperymencie. 26 kwietnia o godz. 00:28 moc reaktora sięgała już wartości 500 MW. Postanowiono wówczas przełączyć automatyczny, strefowy system sterowania odpowiadający za poszczególne frakcje reaktora, na system ogólny. Rozwiązanie mające uzyskać lepsze warunki sterowania jest dopuszczalne podczas pracy reaktora z niską mocą. Niestabilna praca reaktora przy niskiej mocy oraz problematyczne sterowanie, wywołały spadek mocy reaktora do 30 MW wskutek całkowitego zatrucia ksenonem. Chęć doprowadzenia eksperymentu do końca była silniejsza od powinności jego przerwania. Podjęto decyzję o zwiększeniu mocy reaktora. Usunięto pręty regulujące w ilości przekraczającej dopuszczalne normy. Pozostawiono jedynie 18 prętów zamiast 30. Już o godz. 1:00 podjęte działania przyniosły efekty. Moc reaktora została zwiększona do 200 MW. Ustabilizowano reaktor i poprawiono sprawność chłodzenia.

Wzmożone natężenie przepływu wody i obciążenie, mogły w konsekwencji doprowadzić do awarii systemu chłodzenia. Mniejsza temperatura chłodziwa mogła spowodować zmniejszenie produkcji i ciśnienia pary wodnej, wskutek czego mogło nastąpić automatyczne wyłączenie reaktora. W celu uchronienia przed takim tokiem zdarzeń, zablokowano systemy zabezpieczające. Na skutek powyższych działań o godz. 1:22 nastąpiło drastyczne obniżenie reaktywności reaktora. Pomimo wzrostu zagrożenia, w dalszym ciągu podtrzymano decyzję o kontynuacji eksperymentu.

O godz. 1:23 nastąpiło zamknięcie zaworów turbin będące rozpoczęciem testu. Gwałtowny wzrost mocy reaktora próbowano opanować poprzez opuszczenie umieszczonych w górnych partiach prętów regulacyjnych i prętów bezpieczeństwa. Zakleszczone na jednej z wysokości pręty nie osiągały położeń dolnych. Wyłączenie turbin i tym samym brak zasilenia dla pomp, przyniosły nagły spadek przepływu wody w każdym kanale chłodzenia. Wzrost produkcji pary wodnej doprowadził do zjawiska zwanego kryzysem wrzenia.

Moc reaktora wzrosła nagle do 530 MW. W ciągu kolejnych kilku sekund wartość ta była już stukrotnie większa od wartości projektowanej. Brak schładzania przy nieczynnym systemie awaryjnym, doprowadziły do przegrzania paliwa, rozerwania koszulek cyrkonowych i wycieku roztopionego paliwa. Bardzo szybkie odparowanie wody i skok ciśnienia były powodem zablokowania zaworów zwrotnych, umieszczonych za każdą z pomp cyrkulacyjnych. Ciśnienie w kanałach technologicznych, a także panująca wysoka temperatura były powodem rozerwania kanału ciśnieniowego. Rdzeń i bloki grafitowe zostały zalane przez wodę wchodzącą w reakcję z cyrkonem.

O godz. 1:24 miały miejsce dwa wybuchy będące eksplozją pary wodnej, a także uwolnionego wodoru. Przedostanie się wody do gorącego moderatora było powodem powstania tlenu i wodoru. Połączeniu tych pierwiastków z powietrzem dały silną eksplozję niszczącą reaktor i konstrukcję budynku. W wyniku wybuchu, betonowa pokrywa o wadze 2 000 ton i grubości 6 m odpadła, odkrywając betonową studnię z reaktorem. Do atmosfery uwolniła się ogromna ilość materiałów promieniotwórczych.  Dostające się do reaktora powietrze zareagowało z grafitowym moderatorem dając palny tlenek węgla. Wyrzucone na zewnątrz rozżarzone kawałki grafitowego rdzenia oraz stopionego paliwa spowodowały ok. 30 okolicznych pożarów, z którymi walczyło ponad stu strażaków z elektrowni oraz Prypeci. To właśnie Ci ludzie przyjęli największe dawki promieniowania. Pożar w hali turbin został ugaszony już o godz. 2:20, a 10 minut później także na dachu budynku. Ok. godz. 5:00 został opanowany pożar zagrażający innym blokom elektrowni, z wyłączeniem płonącego w dalszym ciągu grafitu.

Skutki awarii

Energia wytworzona wskutek wybuchu spowodowała wzniesienie do atmosfery  ok. 6% substancji promieniotwórczych pochodzących z rdzenia reaktora. Zostały one rozprzestrzenione nad niemalże całą półkulą północną. Warunki atmosferyczne przyczyniły się do opadów promieniotwórczych, które w 70% przypadły na Białoruś. W mniejszej mierze na Ukrainę, Rosję oraz pozostałe Państwa Europy. Największe zagrożenie dla zdrowia i życia ludzkiego miały izotopy jodu I – 131 i cezu Cs – 134, Cs – 137. 

Do akcji ratowniczej włączone zostały wojskowe helikoptery, z których zrzucano tony piasku, węglika boru, ołowiu i dolomitu. Miały one zmniejszyć uwalnianie się substancji radioaktywnych do otoczenia. Do 30 kwietnia wykonano ok. 1800 lotów helikopterów, podczas których użyto ok. 1 000 ton materiałów. Było to powodem licznych uszkodzeń struktury elektrowni oraz innych jej obiektów. Akcja została później przerwana ze względu na wzrost temperatury resztek rdzenia i paliwa, mogących doprowadzić do kolejnego wybuchu po reakcji z wodą. Istniało niebezpieczeństwo przetopienia betonowej podstawy reaktora przez pręty paliwowe i ich spad do zbiornika rozbryzgowego. Postanowiono zatem odpompować wodę z kanałów oraz zbiornika. Ze względu na konieczność ochłodzenia reaktora, do zniszczonego budynku został wtłoczony azot mający stłumić pożar. Niestety akcja zakończyła się niepowodzeniem.  6 maja wyzwalanie się substancji promieniotwórczych do otoczenia samoczynnie  spadło. Sytuacja została opanowana.

Widok z helikoptera na uszkodzony blok nr 4 Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej  chwilę po wybuchu.

W późniejszych latach z użytku wyłączone zostały kolejne bloki Elektrowni. Dopiero w 1991 r. ze względu na pożar turbogeneratora w maszynowni wyłączono blok nr 2. W 1996 r. został wyłączony blok nr 1 i w 2000 r. blok nr 3.

Po awarii zostało opublikowane oświadczenie, wydane przez władze panujące ówcześnie w Związku Radzieckim. Zawierało ono informacje o błędzie operatorów i kierownictwa elektrowni. Rok po wybuchu reaktora, zostało wytyczone w tej sprawie postępowanie karne mające udowodnić pogwałcenie przepisów. Proces sądowy zakończył się karą 10 lat ciężkich robót. Dziś przypuszcza się, że winę za wybuch reaktora ponoszą głównie konstruktorzy reaktora.

Akcja ratownicza

Akcja ratownicza obejmowała także drążenie tunelu pod uszkodzonym reaktorem. Przez 15 dni setki górników nieprzerwanie pracowało wykonując betonową platformę pod reaktorem. Miała ona uchronić wody gruntowe przed skażeniem stopionym rdzeniem.

Ogromna katastrofa jaka miała miejsce w Czarnobylu, była powodem ogromnych strat gospodarczych oraz śmierci wielu ludzi. Podczas wybuchu i pożaru życie straciły dwie osoby. Przypuszcza się, że trzecia osoba zmarła ze względu na zator tętnicy wieńcowej. W ciągu następnych trzech miesięcy, z tego świata odeszło 28 strażaków na skutek zaawansowanej choroby popromiennej. Wszystkie te osoby otrzymały dawki promieniowania od 4 000 – 16 000 mSv. Wielu ludzi odniosło obrażenia lub zostało napromieniowanych dużymi dawkami także podczas pożaru. Do szpitala trafiło kolejnych 237 osób, z których 134 osoby miały ostrą chorobę popromienną. Wszyscy hospitalizowani opuścili szpital w przeciągu następnych tygodni, ze względu na brak objawów choroby popromiennej.

Kolejnych 18 lat od wybuchu elektrowni zabrało z tego świata 25 osób mających styczność z promieniowaniem wskutek awarii. Przyjmuje się, że do 2004 r. śmierć ze względu na wybuch w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej poniosło 56 osób, w tym 9 dzieci wskutek raka tarczycy.

Propagowanie w latach 90-tych zdjęć zawierających wizerunek dzieci z deformacjami ciała będących konsekwencją wybuchu reaktora nr 4 w Czarnobylu, jest przykładem ówczesnej niewiedzy, a także braku kompetencji dziennikarzy. Materiały są przykładem ludzkich tragedii, niespowodowanej jednak katastrofą czarnobylską. Czas zweryfikował propagandę szerzoną wśród społeczeństwa w sprawie nadchodzących zmian nowotworowych czy innych zmian zdrowotnych na przestrzeni najbliższych lat. Dzisiejsze obserwacje zaprzeczają wcześniejszym badaniom i wykazują, że najbliższe katastrofie lata nie wykazały wzmożonej obecności skutków promieniowania. Tym samym okazuje się, że energia jądrowa jest bezpiecznym źródłem energii.

Obecnie przypuszcza się także, iż małe dawki promieniowania będące podobne do naturalnych, lecz większe niż te osiągane w Polsce po wybuchu czarnobylskiego reaktora, mają właściwości prozdrowotne. Próba ukazania dobroczynności skutków promieniowania została ukazana przez UNSCEAR na podstawie badań przeprowadzonych na ludności Nagasaki i Hiroszimy. Badania ludności napromieniowanej wskutek ataku atomowego  na tych terenach, wykazały zwiększenie odporności, a także zmniejszenie zachorowalności na nowotwory. Podobne zależności zachodzą u ratowników biorących czynny udział w gaszeniu pożaru, a także usuwaniu skutków katastrofy na terenie elektrowni.

Sarkofag

W bardzo szybkim czasie rozpoczęto prace nad sarkofagiem mającym na celu zatrzymanie dalszego wydostawania się substancji promieniotwórczych do środowiska. Począwszy od wykonaniu projektu (od 20 maja do 20 sierpnia 1986 r.) do zakończenia budowy sarkofagu trzy i pół miesiąca później. Prace odbywały się w systemie brygadowym. Do jednej brygady należało ok. 10 000 ludzi. Całość sarkofagu pochłonęła 360 000 ton betonu oraz 7 000 ton konstrukcji stalowych. Ze względu na brak możliwości obserwowania pracy z bliska, do ustawiania dużych elementów konstrukcyjnych stosowano lornetki, wideo-kamery, a także obserwację ze śmigłowca. Przy produkcji sarkofagu łącznie wzięło udział ponad 650 000 osób. Konstrukcja sarkofagu zawiera ok. 600 otworów różnej wielkości przeznaczonych do celów technologicznych. W późniejszym czasie powierzchnia sarkofagu została uszczelniona przez nieprzepuszczalne folie oraz arkusze blachy.  W 1997 r. rozpoczęto prace nad budową osłony sarkofagu. Ma ona zwiększyć bezpieczeństwo jądrowe poprzez zabezpieczenie szczątków reaktora nr. 4 na kolejne 100 lat. Masa największej na świecie ruchomej konstrukcji wynosi 22 000 ton. Jej wysokość to 92, 5 m., długość 150  m., a rozpiętość przęseł 270 m. Osłona (arka) została nasunięta na sarkofag w 2016r. 

 

Wysiedlenie ludności

Akcję ewakuacyjną miasta Prypeć rozpoczęto następnego dnia po awarii (27 kwietnia 1986 r.).

Dla niespełna 50 000 osób przygotowano 1 200 autokarów, mających przewieźć mieszkańców w dalekie skażeniu miejsce. Proces ewakuacji rozpoczął się o godz. 14:00. Pozbawieni możliwości wzięcia swojego dobytku mieszkańcy, w ciągu trzech i pół godziny opuścili miasto. Podwójny rząd autobusów o długości kilkudziesięciu kilometrów wyjechał z miasta pozostawiając po sobie jedynie pamięć. W ciągu kolejnych dziesięciu dni podjęto decyzję o ewakuacji trzydziestokilometrowego obszaru otaczającego Czarnobylską Elektrownię Jądrową (2800 km2). Do tego czasu ewakuowano ok. 116 000 ludzi oraz ok. 60 000 zwierząt domowych oraz gospodarskich.

Nagła ewakuacja była dla ludzi ogromną tragedią i przyczyniła się do rozbicia społeczności, bezrobocia, chorób na tle stresowym, depresji. Katastrofa w Czarnobylu była ogromną katastrofą psychologiczną. Jej przyczyną był strach wywołany przed potencjalnymi skutkami napromieniowania, a nie rzeczywistym promieniowaniem jakie miało miejsce na obszarach skażonych. Mimo zakazu przebywaniu w strefie, zaraz po przesiedleniu ok. 1 000 ludzi wróciło do swoich domów, na swoje ziemie.  Pochopna decyzja o przesiedleniu ludności, z obszarów o skażeniu mniejszym niż średnia dawka generowana od źródeł naturalnych promieniowania, miała podłoże polityczno-administracyjne. Większym zagrożeniem dla wysiedlonej ludności było promieniowanie radonu z podłoża, niż skażenie, które mieszkańcy otrzymaliby pozostając w domach. Przykładowo, w miejscowości Pleskoje będącej miejscem pobytu przesiedleńców, ludzie przyjęli na tarczycę pięciokrotnie większe dawki jodu-131  niż w ówczesnym miejscu zamieszkania.

Zaledwie rok później w okolicy 50 km od reaktora, wybudowano nowe miasteczko Sławutycz. Miało ono być początkiem nowego życia dla 50-70 tys. ludzi wysiedlonych z Czarnobyla i Prypeci. Dużą część tej liczby stanowią pracownicy nieczynnej już elektrowni. 

 

Artykuł został przygotowany wyłącznie w oparciu o fachową literaturę naukową i jest częścią mojej pracy dyplomowej. Zabrania się kopiowania jego treści z tytułu praw autorskich.

BIBLIOGRAFIA:

1. TOMCZAK EWELINA, PROFIL TURYSTY Z CZARNOBYLSKIEJ STREFY ZAMKNIĘTEJ; POZNAŃ 2017; 5-38
2. Bitwa o Czarnobyl (film), 2006, reż. T. Johnson, Discovery Channel
3. Buczkowska K., Mikos von Rohrscheidt A.., Współczesne formy turystyki kulturowej, AWF, Poznań 2009, 1-481
4. Gattner A., Katastrofa w Czarnobylu, po dwudziestu latach: stan miejsca i ludzi, konsekwencje dla rozwoju energetyki i ekologii, postrzeganie społeczne, Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2009, 7
5. Jezierski G., 2006, 20 lat po Czarnobylu, Energia Gigawat 2006; 5; 1-11. 
6. Komsta A., Problem dark tourism i jego możliwości w Polsce, Wydział Kultury Fizycznej, Zdrowia i Turystyki, Uniwersytet Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy 2003; 2; 46-64
7. Lennon J.J., Foley M., Dark Tourism: The Attraction od Death and Disaster, 7. Continuum, London 200, 1-185
8. Lennon J.J., Foley M., Interpretation of the Unimaginable: The US Holocaust Memorial Museum, Washington D.C. and „Dark Tourism”, „Journal of Travel Research” 1999; 38; 46-50
9. Lennon J.J., Foley M., JFK and a fascination with assassination, „Internetional Journal od Heritage Studies” 1996; 2; 198-211
10. Lubowiecki-Vikuk A.P., Paczyńska-Jędrycka M., Współczesne tendencje w rozwoju form rekreacyjnych i turystycznych, Bogucki Wydawnictwo Naukowe 2010, Poznań, 2010, 24-41
11. Marek A., Zamknięta strefa rejonu Czarnobyla jako miejsce destynacji turystów, Akademia Pomorska, Słupskie Prace Geograficzne 8, Słupsk 2011, 37-45
12. Mikos A. v. Rohrscheidt., Turystyka Kulturowa – wokół definicji, GWSHM MIlenium, Turystyka Kulturowa, Gniezno 2008; 1; str. 4-21
13. Mould R.F., Chernobyl Record. The Definitive History of the Chernobyl Catastrophe, IOP Publishing 2000, 33-39
14. Smoleńska I. E., Opuszczone miasta jako destynacje w turystyce kulturowej – analiza przykładów, Uniwersytet Gdański, Turystyka Kulturowa 2012; 12; 5-19
15. Stasiak A., Turystyka Kontrowersyjna, Uniwersytet Łódzki ; 54-67 
16. Stasiak A., Współczesna przestrzeń turystyczna. M. Durydiwka, K. Duda- Gromada, Przestrzeń turystyczna. Czynniki, różnorodność, zmiany, Uniwersytet Warszawski, Wydział Geografii i Studiów Regionalnych, Warszawa 2011; 43
17. Strupczewski A., Czy awaria taka jak w Czarnobylu może się powtórzyć się w Polskiej Elektrowni Jądrowej? PSE, październik 2005; 2
18. Tanaś S., Tanatoturystyka – kontrowersyjne oblicze turystyki kulturowej, Peregrinus cracoviensis, 2006; 17; 85-96
19. Tomala R., Czarnobyl – „promieniotwórczy” przykład turystyki ekstremalnej? Z badań nad wpływem antropopresji na środowisko, R. Machowski, M.A. Rzętała, Sosnowiec 2010; 11; 109-118
20. Trojanowski W., Dobrzyński L., Droste E., W 20-tą rocznicę awarii Czarnobylskiej elektrowni jądrowej, Opracowanie Działu Szkolenia i Doradztwa Instytutu Problemów Jądrowych 2006, str. 7
21. UNSCEAR 2000, ANNEX J, Exposures and effects of the Chernobyl accident, 468-513
22. Zespół Prezesa Państwojej Agencji Atomistyki do spraw Elektrowni Jądrowej „Żarnowiec”, Raport w sprawie następstw katastrofy w Czarnobylu, Warszawa 1991; 10