Toimittajan huomautus: Tämä tarina päivitettiin maanantaina 10. kesäkuuta klo 16.45. E.D.T.
Venäjän tiedemiehet paljastavat uudessa HBO-minisarissa "Tšernobylin" syyn räjähdykseen reaktorissa 4 Tšernobylin ydinvoimalassa, joka kuljetti radioaktiivista ainetta Pohjois-Euroopassa.
Tuon reaktorin, nimeltään RBMK-1000, havaittiin olevan perustavanlaatuisesti puutteellinen Tšernobylin onnettomuuden jälkeen. Ja vielä, Venäjällä on edelleen toiminnassa 10 samantyyppistä reaktoria. Kuinka tiedämme, ovatko he turvassa?
Lyhyt vastaus on, että emme. Asiantuntijat sanovat, että näitä reaktoreita on muunnettu vähentämään toisen Tšernobylin tyylin katastrofin riskiä, mutta ne eivät silti ole niin turvallisia kuin useimmat länsimaiset reaktoreita. Eikä ole kansainvälisiä takeita, jotka estäisivät uusien laitosten rakentamisen, joilla olisi samanlaisia puutteita.
"Eri maissa harkitaan nyt useita erityyppisiä reaktorityyppejä, jotka eroavat huomattavasti tavanomaisesta kevytvesireaktorista, ja monissa niistä on turvallisuusvirheitä, joita suunnittelijat ovat vähentämässä", kertoi Edwin Lyman. vanhempi tutkija ja ydinturvallisuushankkeen toimiva johtaja huolestuneiden tutkijoiden liitossa.
"Mitä enemmän asiat muuttuvat", Lyman kertoi Live Science: lle, "sitä enemmän ne pysyvät ennallaan."
Reaktori 4
Tšernobylin katastrofin keskellä oli RBMK-1000-reaktori, joka oli suunniteltu vain Neuvostoliitossa. Reaktori oli erilainen kuin useimmat kevyen veden ydinreaktorit, vakiorakenne, jota käytetään useimmissa länsimaissa. (Jotkut Washingtonin osavaltion Hanford Site -alueen varhaiset Yhdysvaltain reaktorit olivat samankaltaisia ja niissä oli samanlaisia puutteita, mutta ne korjattiin 1960-luvun puolivälissä.)
Kevytvesireaktorit koostuvat suuresta paineastiasta, joka sisältää ydinmateriaalia (ydin), joka jäähdytetään kiertävän veden avulla. Ydinfissiossa atomi (tässä tapauksessa uraani) halkeaa, jolloin muodostuu lämpöä ja vapaita neutroneja, jotka kiinnittyvät muihin atomiin, aiheuttaen niiden jakautumisen ja vapautumisen lämmöstä ja lisää neutroneja. Lämpö muuttaa kiertävän veden höyryksi, joka sitten kääntää turbiinin tuottaen sähköä.
Kevytvesireaktorissa vesi toimii myös moderaattorina auttaen hallitsemaan ytimessä tapahtuvaa ydinfissiota. Moderaattori hidastaa vapaita neuroneja siten, että ne todennäköisemmin jatkavat fissioreaktiota, tehden reaktion tehokkaammaksi. Kun reaktori lämpenee, enemmän vettä muuttuu höyryksi ja vähemmän on käytettävissä tämän moderaattoriroolin suorittamiseen. Seurauksena fissioreaktio hidastuu. Tämä negatiivisen palautteen silmukka on keskeinen turvallisuusominaisuus, joka auttaa pitämään reaktorit ylikuumenemasta.
RBMK-1000 on erilainen. Se käytti myös vettä jäähdytysnesteenä, mutta moderaattorina grafiittilohkoja. Reaktorin rakenteen vaihtelut antoivat sen käyttää vähemmän rikastettua polttoainetta kuin tavallisesti ja polttaa sen ajon aikana. Mutta kun jäähdytysnesteen ja moderaattorin roolit erotettiin, negatiivinen takaisinkytkentäpiiri "enemmän höyryä, vähemmän reaktiivisuutta" katkesi. Sen sijaan RBMK-reaktoreissa on niin kutsuttu "positiivinen tyhjäkerroin".
Kun reaktorilla on positiivinen huokoskerroin, halkeamisreaktio nopeutuu, kun jäähdytysnesteen vesi muuttuu höyryksi eikä hidastu. Tämä johtuu siitä, että keittäminen avaa vedessä kuplia tai tyhjiöitä, jolloin neutronien on helpompi matkustaa fissioa parantavan grafiitin moderaattoriin, sanoi ydinfyysikko Lars-Erik De Geer, joka on jäänyt eläkkeelle Ruotsin puolustustutkimusvirastosta.
Sieltä hän kertoi Live Science: lle, että ongelma rakentuu: Fissio muuttuu tehokkaammaksi, reaktori kuumenee, vesi muuttuu höyryisemmäksi, fissio muuttuu edelleen tehokkaammaksi ja prosessi jatkuu.
Valmistelut katastrofiin
Kun Tšernobylin tehdas toimi täydellä teholla, tämä ei ollut suuri ongelma, Lyman sanoi. Korkeissa lämpötiloissa fissioreaktiota aktivoiva uraanipolttoaine pyrkii absorboimaan enemmän neutroneja, mikä tekee siitä vähemmän reaktiivisen.
Pienellä teholla RBMK-1000-reaktorit kuitenkin muuttuvat erittäin epävakaiksi. Ennen Tšernobylin onnettomuutta 26. huhtikuuta 1986 operaattorit tekivät testin nähdäkseen, voisiko laitoksen turbiini käyttää hätävarusteita sähkökatkon aikana. Tämä testi vaati laitoksen käyttämistä pienemmällä teholla. Kun tehoa laskettiin, Kiovan voimaviranomaiset määräsivät operaattorit keskeyttämään prosessin. Perinteinen laitos oli mennyt offline-tilaan, ja Tšernobylin sähköntuotanto oli tarpeen.
"Se oli hyvin tärkein syy, miksi kaikki tapahtui lopulta", De Geer sanoi.
Laitos toimi osittaisella voimalla 9 tuntia. Kun operaattorit saivat vallan suurimman osan loppupäästä alas, reaktorissa oli kertynyt neutroneja absorboivaa ksenonia eikä he pystyneet ylläpitämään asianmukaista fission tasoa. Voima laski melkein mihinkään. Yrittäessään lisätä sitä, operaattorit poistivat suurimman osan säätösauvoista, jotka on valmistettu neutroneja absorboivasta boorikarbidista ja joita käytetään hidastamaan fissioreaktiota. Operaattorit vähensivät myös veden virtausta reaktorin läpi. Ydinenergiajärjestön mukaan tämä pahensi positiivista tyhjäkerroinongelmaa. Yhtäkkiä reaktio tuli todella kovaa. Muutamassa sekunnissa teho nousi 100-kertaiseksi reaktorin suunniteltu kestämään.
Oli muita suunnitteluvirheitä, jotka vaikeuttivat tilanteen palauttamista hallintaan heti, kun se alkoi. Esimerkiksi säätösauvat tiputettiin grafiitilla, De Geer sanoo. Kun operaattorit näkivät reaktorin alkavan mennä heinäköyttä ja yrittivät laskea säätösauvoja, he juuttuivat. Välittömänä vaikutuksena ei ollut hidastaa fissioa, vaan tehostaa sitä paikallisesti, koska kärkien lisägrafiitti lisäsi alun perin fissioreaktion tehokkuutta lähellä. Kaksi räjähdystä seurasi nopeasti. Tutkijat keskustelevat edelleen siitä, mikä aiheutti jokaisen räjähdyksen. Ne molemmat ovat saattaneet olla höyryräjähdyksiä nopeassa paineen nousussa kiertojärjestelmässä, tai yksi on saattanut olla höyryä ja toinen vetyräjähdys, joka on aiheutunut kemiallisista reaktioista viallisessa reaktorissa. Ksenon-isotooppien havaitsemiseksi Cherepovetsissa, 230 mailia (370 km) Moskovan pohjoispuolella räjähdyksen jälkeen, De Geer uskoo, että ensimmäinen räjähdys oli tosiasiassa ydinkaasusuihku, joka ampui useita kilometrejä ilmakehään.
Muutokset tehty
Onnettomuuden välittömät seuraukset olivat "erittäin ärsyttämätöntä aikaa" Neuvostoliitossa, sanoi Texas A&M -yliopiston tekniikan historioitsija Jonathan Coopersmith, joka oli Moskovassa vuonna 1986. Aluksi Neuvostoliiton viranomaiset pitivät tietoja lähellä; valtion ylläpitämä lehdistö hautasi tarinan, ja huhutehdas otti haltuunsa. Mutta kaukana Ruotsissa De Geer ja hänen tutkijansa tutkittiin jo epätavallisia radioaktiivisia isotooppeja. Kansainvälinen yhteisö tietäisi pian totuuden.
Neuvostoliiton johtaja Mihhail Gorbatšov piti 14. toukokuuta televisioidun puheen, jossa hän avasi tapahtuneen. Se oli käännekohta Neuvostoliiton historiaan, Coopersmith kertoi Live Sciencelle.
"Se teki glasnostista todellisen", Coopersmith sanoi viitaten Neuvostoliiton syntyvään avoimuuspolitiikkaan.
Se avasi myös uuden aikakauden ydinturvallisuusyhteistyössä. Elokuussa 1986 Kansainvälinen atomienergiajärjestö järjesti onnettomuuksien jälkeisen huippukokouksen Wienissä, ja Neuvostoliiton tutkijat lähestyivät sitä ennennäkemättömällä avoimuudella, kertoi paikalla olleen De Geer.
"Oli hämmästyttävää, kuinka paljon he kertoivat meille", hän sanoi.
Tšernobyliin reagoivien muutosten joukossa olivat muutokset muihin RBMK-1000-reaktoriin, jotka olivat toiminnassa, 17 tuolloin. Ydinvoimaa edistävän World Nuclear Association -järjestön mukaan näihin muutoksiin sisältyy estäjien lisäämistä ytimeen, jotta voidaan estää alhaisella voimalla kulkeutuvia reaktioita, toiminnassa käytettyjen ohjaustankojen määrän kasvua ja polttoaineen rikastamisen lisäämistä. Säätösauvat asennettiin myös jälkikäteen, jotta grafiitti ei siirtyisi asentoon, joka lisäisi reaktiivisuutta.
Tšernobylin kolme muuta reaktoria toimi vuoteen 2000 saakka, mutta ovat sittemmin sulkeneet, samoin kuin kaksi muuta Liettuassa sijaitsevaa RBMK: ta, jotka suljettiin sen vaatimuksena, että maa saapuu Euroopan unioniin. Kurskissa toimii neljä RBMK-reaktoria, kolme Smolenskissa ja kolme Pietarissa (neljäs jäi eläkkeelle joulukuussa 2018).
Nämä reaktorit "eivät ole niin hyviä kuin meidän", De Geer sanoi, "mutta ne ovat parempia kuin ennen."
"Suunnittelussa oli perustavanlaatuisia näkökohtia, joita ei voitu korjata riippumatta siitä, mitä he tekivät", Lyman sanoi. "En sanoisi, että he olisivat pystyneet lisäämään RBMK: n turvallisuutta yleiseen tasoon, jonka voit odottaa länsimaisen kevytvesireaktorilta."
De Geer huomautti lisäksi, että reaktoreita ei rakennettu täydellisillä suojajärjestelmillä, kuten länsityylisissä reaktoreissa havaittiin. Säilytysjärjestelmät ovat lyijystä tai teräksestä valmistettuja suojauksia, jotka on tarkoitettu sisältämään radioaktiivista kaasua tai höyryä pakenemaan ilmakehään onnettomuustapauksissa.
Valvonta huomiotta?
Ydinvoimalaonnettomuuden mahdollisista kansainvälisistä vaikutuksista huolimatta ei ole olemassa sitovaa kansainvälistä sopimusta siitä, mikä on "turvallista" laitosta, Lyman sanoi.
Ydinturvallisuutta koskeva yleissopimus edellyttää, että maat ovat avoimia turvatoimenpiteistään ja sallivat laitosten vertaisarvioinnin, hän sanoi, mutta täytäntöönpanomekanismeja tai seuraamuksia ei ole. Yksittäisissä maissa on omat sääntelyvirastonsa, jotka ovat vain yhtä riippumattomia kuin paikallishallinnot mahdollistavat ne olla, Lyman sanoi.
"Kuinka voit odottaa maissa, joissa esiintyy yleistä korruptiota ja hyvää hallintotapaa, että riippumaton sääntelyvirasto pystyy toimimaan?" Lyman sanoi.
Vaikka Neuvostoliiton lisäksi kukaan ei valmistanut RBMK-1000 -reaktoria, joihinkin ehdotettuihin uusiin reaktorisuunnitelmiin sisältyy positiivinen tyhjäkerroin, Lyman sanoi. Esimerkiksi nopeasti kasvavilla reaktoreilla, jotka ovat reaktoreita, jotka tuottavat enemmän halkeamiskelpoista ainetta tuotettaessa tehoa, on positiivinen huokoisuuskerroin. Venäjä, Kiina, Intia ja Japani ovat kaikki rakentaneet tällaisia reaktoreita, vaikka Japanin yksiköt eivät olekaan toiminnassa, ja niiden suunnitelma on tarkoitus purkaa käytöstä. Intian on 10 vuotta jäljessä aikataulusta. (Kanadassa toimii myös reaktoreita, joilla on pienet positiiviset tyhjiökerroimet.)
"Suunnittelijat väittävät, että jos otat kaiken huomioon, he ovat kaiken kaikkiaan turvallisia, joten sillä ei ole väliä niin paljon", Lyman sanoi. Mutta suunnittelijoiden ei pitäisi olla yli-luottamuksellisia järjestelmissä, hän sanoi.
"Tällainen ajattelu on se, mikä sai neuvostot vaikeuksiin", hän sanoi. "Ja se voi saada meidät vaikeuksiin, kun emme kunnioita sitä, mitä emme tiedä."
Toimittajan huomautus: Tämä tarina päivitettiin huomaamaan, että suurin osa kontrollitangoista, mutta ei kaikkia, poistettiin reaktorista, ja huomautti, että joillakin Yhdysvaltain varhaisilla reaktoreilla oli myös positiivinen tyhjiökerroin, vaikka niiden suunnitteluvirheet korjattiin. .
