Czarnobylska Elektrownia Jądrowa imienia Włodzimierza Ilicza Lenina miała cztery reaktory jądrowe typu RBMK (skrót od rosyjskiego rieaktor bolszczoj mosznosti kanalnyj - kanałowy reaktor wielkiej mocy), z których każdy produkował gigawat mocy prądu elektrycznego. Reaktory typu kanałowego różnią się znacząco od reaktorów konstrukcji zachodniej - nie mają obudowy bezpieczeństwa, a ich wnętrze wypełnione jest cegłami z grafitu pełniącego rolę moderatora (spowalniacza neutronów) i mieszanką helu i azotu. Podczas pracy reaktora rdzeń nagrzewa się do temperatury 700 stopni Celsjusza i gdyby nie wypełnienie rdzenia gazem obojętnym, grafit zapaliłby się.
Reaktor w elektrowni jądrowej Fot. Sławomir Kamiński / Agencja Wyborcza.pl
Grafitowe cegły mają wymiary 25 na 25 na 50cm i przewiercone są pionowo (wzdłuż) otworami o średnicach 11,4 cm, przez które przeprowadzone są stalowe rury tworzące kanały paliwowe. W tych kanałach umieszczane są pręty paliwowe albo pręty sterujące reakcją jądrową. Całość umieszczona jest w stalowym "kotle" o promieniu 14 i pół metra i wysokości około 10m. Jego ścianki mają grubość tylko półtora centymetra (16mm), ale całość jest otoczona jeszcze cylindrycznym zbiornikiem wody chłodzącej i betonową studnią o średnicy 21m i wysokości 26m. Z góry i z dołu kocioł reaktora typu RBMK zamknięty jest "osłonami biologicznymi" - stalowymi płytami kilkumetrowej grubości (2m dolna, 3m górna) które są szczelnie przyspawane do obudowy. Przez płyty osłon przeprowadzone są końce rur kanałów paliwowych i chłodzących. Nad górną osłoną reaktora znajduje się jeszcze pokrywa, jednocześnie stanowiąca podłogę hali reaktora (hala podobnego reaktora na zdjęciu powyżej).
Obudowa bezpieczeństwa to stalowo-betonowy pojemnik w którym zamknięte są wszystkie instalacje reaktora i jego obiegu pierwotnego przystosowana do przechwycenia i schłodzenia jądrowej lawy w wypadku stopienia rdzenia reaktora. Reaktor w Czarnobylu był pozbawiony takiego zabezpieczenia.
Ciepło z reaktora odprowadzane jest przez chłodziwo krążące w kanałach paliwowych. Panuje tam temperatura około 300 stopni celsjusza, stanowiąca chłodziwo woda zamienia się więc w parę, która jest odprowadzana do turbin wytwarzających energię elektryczną. Woda dostarczana jest przez pompy chłodzenia, która wymagają zasilania energią elektryczną z zewnątrz. Przy normalnej pracy przez każdy kanał przepływa 28 ton wody chłodzącej na godzinę.
Reaktory tego typu nie spełniają zachodnich norm bezpieczeństwa, ale z punktu widzenia totalitarnej gospodarki komunistycznej mają dwie zalety: do wymiany paliwa nie trzeba wyłączać całego reaktora, oraz paliwem może być uran który nie przeszedł kosztownego i czasochłonnego procesu wzbogacania (zwiększania koncentracji izotopów radioaktywnych).
Paradoksalnie, katastrofa wydarzyła się podczas testów mających podnieść poziom bezpieczeństwa: awaryjne generatory elektryczne mające zasilać pompy chłodzenia reaktora osiągały pełną moc po około minucie od włączenia. Zaplanowano więc eksperyment mający sprawdzić, czy rozpędzone turbogeneratory elektrowni mają w sobie tyle energii kinetycznej, aby zapewnić odpowiedni poziom zasilania dopóki awaryjne generatory spalinowe nie osiągną pełnej mocy. Eksperyment miał polegać na częściowym wygaszeniu reaktora, odcięciu dopływu pary do turbogeneratorów i zmierzeniu jaką moc będą one dostarczać przez następną minutę.
Na skutek błędu operatora reaktor został prawie całkowicie wygaszony (do 5% mocy wymaganej wg planu eksperymentu), operatorzy reaktora zaczęli więc "dodawać gazu" - wysunęli z rdzenia reaktora pręty sterujące, zawierające trucizny neutronowe. Spowodowało pożądany wzrost mocy, ale wprowadziło reaktor w stan niestabilny, każda zmiana parametrów mogła spowodować nieprzewidywalne dla operatorów skutki.
Trucizna neutronowa to substancja pochłaniająca neutrony i tym samym powstrzymująca jądrową reakcję łańcuchową.
Tak się też stało. 26 kwietnia 1996, o godzinie 1:23 i 4 sekundy rozpoczęto test przez odcięcie dopływu pary do turbogeneratorów. Włączyły się generatory awaryjne i w ciągu 40 sekund przejęły zasilania obwodów chłodzenia. Jednak przed samym końcem testu ktoś z obsługi wcisnął przycisk awaryjnego wyłączania reaktora (SCRAM). Spowodowało to wsunięcie do rdzenia reaktora prętów sterujących. Pręty sterujące w reaktorze typu RBMK mają grafitowe zakończenia mające zaostrzać reakcję reaktora na wsunięcie prętów - spowalniający neutrony grafit przyspiesza wzrost reakcji łańcuchowej, pozostała część pręta zawierająca truciznę neutronową, reakcję łańcuchową tłumi.
Wprowadzenie prętów sterujących do reaktora spowodowało nagły skok mocy reaktora. Fala ciepła spowodowała gwałtowny wybuch pary z przegrzanej wody, który rozsadził część kanałów i prętów paliwowych, oraz spowodował zablokowanie prętów kontrolnych. Reakcja jądrowa wyrwała się spod kontroli i reaktor osiągnął swoją 30-krotną moc nominalną. Woda z rozerwanych kanałów paliwowych dostała się do wypełnionego rozgrzanymi grafitowymi cegłami rdzenia reaktora, nastąpił olbrzymi wybuch pary który odrzucił górną osłonę i obudowę reaktora i zniszczył dalsze kanały paliwowe.
Kilka sekund później nastąpiła druga eksplozja, której przyczyny nie są do dzisiaj jasne. Zniszczyła budynek reaktora i wyrzuciła ona około 1/4 rdzenia reaktora poza jego obudowę, rozsiewając płonące bloki rozgrzanego grafitu (odmiany węgla), które spowodowały pożar.
Na miejscu pojawili się strażacy, których nikt nie poinformował, co właściwie gaszą. Do 6 rano udało im się ugasić pożar budynku, ale sam rdzeń reaktora płonął jeszcze dwa tygodnie - do 10 maja. W międzyczasie ogłoszono też ewakuację pobliskiego miasta Prypeć i powstanie strefy ochronnej zamykającej skażony radioaktywnym popiołem teren.
Drugim poważnym błędem w konstrukcji reaktora było umieszczenie basenów pochłaniania pary pod reaktorem. Przepalająca się przez dno reaktora jądrowa lawa (corium) ze stopionych prętów paliwowych, grafitu i betonu w kontakcie z wodą wywołałaby następny wybuch pary wyrzucający do atmosfery jeszcze więcej radioaktywnego pyłu. Trzech ochotników zeszło do zalanych wodą basenów aby otworzyć zawory. Opróżnianie basenów trwało do 8 maja. W tym czasie prowadzono też prace nad oczyszczeniem terenu (dekontaminacją) z resztek rdzenia reaktora, a jego pozostałości odizolowano od świata zrzutami piasku, pochłaniającego promieniowanie ołowiu i powstrzymującego reakcje jądrowe kwasu bornego.
Na tym zakończyła się pierwsza faza usuwania skutków awarii. Całe wydarzenie kosztowało życie 31 osób.
Janusz A. Urbanowicz
