Toimetaja märkus: seda lugu värskendati esmaspäeval, 10. juunil kell 16.45. E.D.T.
Uues HBO miniseriaalis "Tšernobõli" paljastavad Venemaa teadlased Tšernobõli tuumaelektrijaamas 4. reaktoris toimunud plahvatuse põhjuse, mis viis radioaktiivset materjali üle kogu Põhja-Euroopa.
See reaktor, mille nimi oli RBMK-1000, leiti olevat pärast Tšernobõli õnnetust põhimõtteliselt vigane. Ja ikkagi töötab Venemaal veel 10 sama tüüpi reaktorit. Kuidas me teame, kas nad on ohutud?
Lühike vastus on, et me ei tee seda. Ekspertide sõnul on neid reaktoreid muudetud, et vähendada veel ühe Tšernobõli stiilis katastroofi riski, kuid need pole ikkagi nii ohutud kui enamus lääne stiilis reaktoreid. Ja puuduvad rahvusvahelised kaitsemeetmed, mis takistaksid uute sarnaste puudustega uute tehaste ehitamist.
"Praegu on paljudes erinevates riikides kaalumisel rea reaktoritüüpe, mis erinevad tavapärasest kergveereaktorist oluliselt ning paljudel neist on ohutusvead, mida disainerid halvustavad," rääkis Edwin Lyman, vanemteadur ja muret tegevate teadlaste liidu tuumaohutusprojekti tegevdirektor.
"Mida rohkem asjad muutuvad," ütles Lyman Live Science'ile, "seda enam nad samaks jäävad."
4. reaktor
Tšernobõli katastroofi keskmes oli reaktor RBMK-1000, mida kasutati ainult Nõukogude Liidus. Reaktor erines enamikust kergvee tuumareaktoritest, enamikes läänepoolsetes riikides kasutatava standardkujundusega. (Mõned Washingtoni osariigi Hanfordi sadama varajased USA reaktorid olid sarnase konstruktsiooniga ja sarnaste puudustega, kuid need parandati 1960. aastate keskel.)
Kergeveereaktorid koosnevad suurest surveanumast, mis sisaldab tuumamaterjali (südamikku), mida jahutatakse ringleva veega. Tuumalõhustumisel aatom (antud juhul uraan) lõheneb, luues soojuse ja vabad neutronid, mis tsingivad teistesse aatomitesse, põhjustades nende lõhestamise ja vabastamise soojusest ja rohkem neutroneid. Kuumus muudab ringleva vee auruks, mis omakorda muudab turbiini, tootes elektrit.
Kergeveereaktorites toimib vesi ka moderaatorina, mis aitab kontrollida südamikus toimuvat tuuma lõhustumist. Moderaator aeglustab vabu neuroneid, nii et nad jätkaksid tõenäolisemalt lõhustumisreaktsiooni, muutes reaktsiooni efektiivsemaks. Kui reaktor soojeneb, muutub rohkem vett auruks ja seda moderaatori rolli on vähem. Selle tulemusel aeglustub lõhustumisreaktsioon. See negatiivne tagasisideahel on peamine turvaelement, mis aitab reaktoreid ülekuumenemise eest hoida.
RBMK-1000 on erinev. Jahutusvedelikuna kasutati ka vett, kuid moderaatorina kasutati grafiitplokke. Reaktori konstruktsiooni erinevused võimaldasid sellel kasutada tavapärasest vähem rikastatud kütust ja seda käitamise ajal tankida. Kuid jahutusvedeliku ja moderaatori rollid olid lahutatud. Negatiivne tagasiside "rohkem auru, vähem reaktsioonivõimet" oli katki. Selle asemel on RBMK reaktoritel nn positiivse tühimiku koefitsient.
Kui reaktoril on positiivne poorsuskoefitsient, kiireneb lõhustumisreaktsioon aeglustumise asemel jahutusvedeliku aurustumisel. Sellepärast, et keetmine avab vees mullid või tühjad, mis muudab neutronite paremaks liikumiseks lõhustumist soodustava grafiidimoderatori juurde, ütles Rootsi kaitseuuringute agentuurist pensionile läinud tuumafüüsik Lars-Erik De Geer.
Sealt edasi ütles ta Live Science'ile, et probleem on üles ehitatud: lõhustumine muutub tõhusamaks, reaktor kuumeneb, vesi muutub aurusemaks, lõhustumine muutub veelgi tõhusamaks ja protsess jätkub.
Enne katastroofi
Kui Tšernobõli tehas töötas täisvõimsusel, polnud see suur probleem, ütles Lyman. Kõrgetel temperatuuridel kipub lõhustumisreaktsiooni käivitav uraanikütus absorbeerima rohkem neutroneid, muutes selle vähem reageerivaks.
Madala võimsuse korral muutuvad RBMK-1000 reaktorid aga väga ebastabiilseks. Tšernobõli õnnetuse eel 26. aprillil 1986 tegid käitajad testi, kas tehase turbiin võib elektrikatkestuse ajal kasutada avariivarustust. See test nõudis tehase käitamist vähendatud võimsusel. Võimsuse vähendamise ajal käskisid Kiievi võimud operaatoritel protsessi peatada. Tavaline tehas oli ühenduseta ja Tšernobõli elektritootmist oli vaja.
"See oli väga peamine põhjus, miks see kõik lõpuks juhtus," sõnas De Geer.
Taim töötas osalise võimsusega 9 tundi. Kui operaatorid said suurema osa teekonnast jõuallikaks, oli reaktoris tekkinud neutroneid absorbeeriv ksenoon ja nad ei suutnud säilitada sobivat lõhustumist. Võim langes peaaegu olematuks. Proovides seda võimendada, eemaldasid operaatorid enamuse kontrollvardad, mis on valmistatud neutroneid absorbeerivast boorkarbiidist ja mida kasutatakse lõhustumisreaktsiooni aeglustamiseks. Operaatorid vähendasid ka vee voolu läbi reaktori. Tuumaenergiaagentuuri sõnul süvendas see positiivse tühimiku koefitsiendi probleemi. Ühtäkki muutus reaktsioon tõepoolest väga intensiivseks. Mõne sekundi jooksul kasvas võimsus 100-kordseks, kui reaktor oli kavandatud taluma.
Oli ka muid konstruktsioonivigu, mis raskendasid olukorra taas kontrolli alla saamist pärast selle algust. Näiteks kontrollvardad olid grafiidiga kallutatud, vahendab De Geer. Kui operaatorid nägid, et reaktor hakkab heinast mööda minema ja üritasid juhtvardaid madalamale lasta, jäid nad kinni. Vahetu efekt ei olnud lõhustumise aeglustamine, vaid selle paikse võimendamine, kuna otstes sisalduv täiendav grafiit suurendas algselt lõhustumisreaktsiooni tõhusust läheduses. Järgnesid kiiresti kaks plahvatust. Teadlased vaidlevad endiselt täpselt selle üle, mis iga plahvatuse põhjustas. Need mõlemad võisid olla tsirkulatsioonisüsteemi rõhu kiirest suurenemisest tulenevad auru plahvatused või üks neist võis olla aur ja teine vesiniku plahvatus, mille põhjustasid ebaõnnestunud reaktoris keemilised reaktsioonid. Tuginedes ksenooni isotoopide avastamisele Moskvast 230 miili (370 kilomeetrit) põhja pool plahvatust pärast Cherepovetsi, usub De Geer, et esimene plahvatus oli tegelikult tuumagaasi joa, mis tulistas mitu kilomeetrit atmosfääri.
Tehtud muudatused
Õnnetuse vahetu tagajärg oli Nõukogude Liidus "väga unnerving time", ütles 1986. aastal Moskvas viibinud Texase A&M ülikooli tehnoloogiaajaloolane Jonathan Coopersmith. Alguses hoidsid Nõukogude võimud teavet lähedal; riigipoolne ajakirjandus mattis loo maha ja kuulujutte veski võttis üle. Kuid kaugel Rootsis avastasid De Geer ja tema teadlased juba ebatavalisi radioaktiivseid isotoope. Rahvusvaheline üldsus teaks peagi tõde.
Nõukogude liider Mihhail Gorbatšov pidas 14. mail televisioonikõne, milles avas toimunu. See oli pöördepunkt Nõukogude ajaloos, rääkis Coopersmith Live Science'ile.
"See muutis glasnost reaalseks," ütles Coopersmith, viidates Nõukogude Liidus algavale läbipaistvuspoliitikale.
See avas ka uue ajastu tuumaohutuse valdkonnas. Rahvusvaheline aatomienergiaagentuur pidas 1986. aasta augustis Viinis õnnetusejärgse tippkohtumise ja Nõukogude teadlased lähenesid sellele enneolematu avatuse tundega, ütles kohal viibinud De Geer.
"See oli hämmastav, kui palju nad meile rääkisid," ütles ta.
Tšernobõli vastusena tehtud muudatuste hulgas olid muudatused teistes RBMK-1000 reaktorites, mis samal ajal toimisid 17. Tuumaenergiat propageeriva Maailma Tuumaühenduse teatel hõlmasid need muudatused tuumale inhibiitorite lisamist, et vältida väikese võimsusega põgenevaid reaktsioone, töös kasutatavate kontrollvarraste arvu suurenemist ja kütuse rikastamise suurenemist. Kontrollvardad paigaldati ka tagantjärele, nii et grafiit ei liiguks kohta, mis suurendaks reaktsioonivõimet.
Tšernobõli ülejäänud kolm reaktorit töötasid aastani 2000, kuid on pärast seda suletud, samuti on Leedus veel kaks RBMK-d, mis suleti selle riigi nõudena Euroopa Liitu sisenemiseks. Kurskis töötab neli RBMK reaktorit, kolm Smolenskis ja kolm Peterburis (neljas oli pensionil 2018. aasta detsembris).
Need reaktorid "pole nii head kui meie omad," ütles De Geer, "kuid need on paremad kui vanasti."
"Kujundusel oli põhimõttelisi aspekte, mida ei saanud fikseerida, hoolimata sellest, mida nad tegid," sõnas Lyman. "Ma ei ütleks, et nad suutsid suurendada RBMK ohutust üldisele tasemele, mida võiksite oodata lääne stiilis kergveereaktorist."
Lisaks märkis De Geer, et reaktorid ei olnud ehitatud täielike isoleerimissüsteemidega, nagu lääne stiilis reaktorites näha oli. Turvasüsteemid on pliist või terasest kilbid, mis on ette nähtud radioaktiivse gaasi või auru sattumiseks õnnetuse korral atmosfääri.
Jälgimine kahe silma vahele?
Vaatamata tuumajaamaõnnetuse võimalikele rahvusvahelistele tagajärgedele ei ole siduvat rahvusvahelist lepingut selle kohta, mis kujutab endast "ohutut" jaama, ütles Lyman.
Tuumaohutuse konventsioon nõuab, et riigid oleksid oma ohutusmeetmete osas läbipaistvad ja võimaldaksid tehaste vastastikust eksperthinnangut, kuid tema sõnul pole jõustamismehhanisme ega sanktsioone. Üksikutel riikidel on oma reguleerivad ametid, mis on vaid nii sõltumatud, kui kohalikud omavalitsused võimaldavad neil olla, ütles Lyman.
"Kuidas võite oodata riikides, kus valitseb korruptiivne korruptsioon ja puudub hea valitsemistava, et mõni sõltumatu reguleeriv asutus suudab tegutseda?" Ütles Lyman.
Ehkki keegi peale Nõukogude Liidu ei valmistanud RBMK-1000 reaktorit, sisaldavad mõned kavandatud uued reaktorite konstruktsioonid positiivse tühimiku koefitsienti, ütles Lyman. Näiteks kiiret aretusega reaktoritel, mis on võimsuse tootmisel rohkem lõhustuvat ainet tekitavad reaktorid, on positiivne tühimikoefitsient. Venemaa, Hiina, India ja Jaapan on kõik sellised reaktorid ehitanud, ehkki Jaapani reaktorid ei tööta ja on kavandatud dekomisjoneerimiseks ning India on avamise ajakavast kümme aastat maha jäänud. (Kanadas tegutsevad ka väikeste positiivsete tühimike koefitsientidega reaktorid.)
"Kujundajad väidavad, et kui te võtate kõike arvesse, on nad üldiselt ohutud, nii et see poleks nii oluline," sõnas Lyman. Kuid disainerid ei tohiks olla oma süsteemides ülemäära kindlad, ütles ta.
"Just selline mõtlemine pani nõukogude hätta," ütles ta. "Ja just see võib meid raskustesse sattuda, kui ei austata seda, mida me ei tea."
Toimetaja märkus: seda lugu värskendati, märkides, et enamus juhtimisvardadest eemaldati reaktorist, ja märkimaks, et ka mõnedel USA varastel reaktoritel oli positiivne tühimikoefitsient, ehkki nende konstruktsioonivigu parandati .
