Nota editorului: Această poveste a fost actualizată luni, 10 iunie, la 16:45. EDT.
În noile miniserie HBO „Cernobâl”, oamenii de știință ruși descoperă motivul unei explozii în Reactorul 4 la Centrala Nucleară de la Cernobâl, care a aruncat material radioactiv în toată Europa de nord.
Acel reactor, un design numit RBMK-1000, a fost descoperit ca fiind fundamental defectat după accidentul de la Cernobîl. Și totuși, încă mai există 10 din același tip de reactor care funcționează în Rusia. De unde știm dacă sunt în siguranță?
Răspunsul scurt este că nu. Acești reactori au fost modificați pentru a reduce riscul unui alt dezastru în stil Cernobîl, spun specialiștii, dar încă nu sunt la fel de sigure ca majoritatea reactoarelor în stil occidental. Și nu există garanții internaționale care să împiedice construcția de noi instalații cu defecte similare.
"Există o serie de tipuri de reactoare diferite care sunt luate în considerare acum în diferite țări, care sunt semnificativ diferite de reactorul standard pentru apă ușoară, iar multe dintre ele au defecte de siguranță pe care proiectanții le coboară", a spus Edwin Lyman, un om de știință principal și directorul interimar al proiectului de securitate nucleară la Uniunea Oamenilor de Știință.
„Cu cât se schimbă mai multe lucruri”, a spus Lyman pentru Live Science, „cu atât rămân la fel”.
Reactorul 4
În centrul dezastrului de la Cernobâl s-a aflat reactorul RBMK-1000, un design folosit doar în Uniunea Sovietică. Reactorul a fost diferit de majoritatea reactoarelor nucleare cu apă ușoară, designul standard utilizat în majoritatea națiunilor occidentale. (Unele reactoare din Statele Unite ale Americii timpurii de pe site-ul Hanford din statul Washington au fost un design similar cu defecte similare, dar au fost remediate la mijlocul anilor '60.)
Reactoarele cu apă ușoară constau dintr-un vas cu presiune mare care conține material nuclear (miezul), care este răcit printr-o sursă de apă circulantă. În fisiunea nucleară, un atom (uraniu, în acest caz), se desparte, creând căldură și neutroni liberi, care se agită în alți atomi, determinându-i să se împartă și să elibereze căldură și mai mulți neutroni. Căldura transformă apa care circulă în abur, care apoi transformă o turbină, generând energie electrică.
În reactoarele cu apă ușoară, apa acționează, de asemenea, ca un moderator pentru a ajuta la controlul fisiunii nucleare aflate în desfășurare în interiorul miezului. Un moderator încetinește neuronii liberi, astfel încât sunt mai susceptibili să continue reacția de fisiune, ceea ce face reacția mai eficientă. Când reactorul se încălzește, mai multă apă se transformă în aburi și este mai puțin disponibilă pentru a juca acest rol de moderator. Drept urmare, reacția de fisiune încetinește. Acea buclă de feedback negativ este o caracteristică cheie de siguranță care ajută la evitarea supraîncălzirii reactoarelor.
RBMK-1000 este diferit. De asemenea, a folosit apa ca lichid de răcire, dar cu moderare blocuri de grafit. Variațiile proiectării reactorului i-au permis să utilizeze combustibil mai puțin îmbogățit decât de obicei și să fie alimentat cu combustibil în timpul funcționării. Dar, cu rolurile de lichid de răcire și de moderator separate, bucla de feedback negativ a „mai mult abur, mai puțin reactivitate” a fost spartă. În schimb, reactoarele RBMK au ceea ce se numește „coeficient de gol pozitiv”.
Când un reactor are un coeficient de gol pozitiv, reacția de fisiune se accelerează pe măsură ce apa de răcire se transformă în aburi, mai degrabă decât să încetinească. Acest lucru se datorează faptului că fierberea deschide bule, sau goluri, în apă, făcând mai ușor pentru neutroni să călătorească direct către moderatorul de grafit care îmbunătățește fisiunea, a declarat Lars-Erik De Geer, un fizician nuclear care este retras de la Agenția Suedeză de Cercetare a Apărării.
De acolo, a spus Live Science, problema se construiește: fisiunea devine mai eficientă, reactorul devine mai fierbinte, apa devine mai aburită, fisiunea devine mai eficientă și procesul continuă.
Fuga până la dezastru
Atunci când fabrica de la Cernobâl funcționa la putere maximă, aceasta nu a fost o mare problemă, a spus Lyman. La temperaturi ridicate, combustibilul de uraniu care alimentează reacția de fisiune tinde să absoarbă mai mulți neutroni, ceea ce îl face mai puțin reactiv.
Totuși, la puteri reduse, reactoarele RBMK-1000 devin foarte instabile. În decursul accidentului de la Cernobîl din 26 aprilie 1986, operatorii făceau un test pentru a vedea dacă turbina instalației ar putea folosi echipamente de urgență în timpul unei întreruperi de curent. Acest test a necesitat funcționarea instalației la putere redusă. În timp ce puterea a fost redusă, operatorii au primit ordin autorităților energetice din Kiev să întrerupă procesul. O uzină convențională a ieșit offline și a fost necesară generarea de energie din Cernobîl.
"Acesta a fost foarte mult motivul principal pentru care s-a întâmplat totul până la urmă", a spus De Geer.
Centrala a funcționat la putere parțială timp de 9 ore. Când operatorii au reușit să treacă la puterea cea mai mare parte a restului drumului, în reactor a existat o acumulare de xenon absorbant neutroni și nu au putut menține nivelul corespunzător de fisiune. Puterea a scăzut aproape la nimic. Încercând să-l impulsioneze, operatorii au îndepărtat majoritatea tijelor de control, care sunt fabricate din carbură de bor care absorb neutronii și sunt folosite pentru a încetini reacția de fisiune. De asemenea, operatorii au redus fluxul de apă prin reactor. Aceasta a exacerbat problema coeficientului de gol pozitiv, potrivit Agenției pentru Energie Nucleară. Deodată, reacția a devenit într-adevăr foarte intensă. În câteva secunde, puterea s-a ridicat de 100 de ori față de ce reactorul a fost proiectat să reziste.
Au existat alte defecte de proiectare care au îngreunat revenirea situației sub control odată ce a început. De exemplu, tijele de control au fost înclinate cu grafit, spune De Geer. Când operatorii au văzut că reactorul începe să meargă cu fân și au încercat să coboare tijele de control, s-au blocat. Efectul imediat nu a fost de a încetini fisiunea, ci de a o spori local, deoarece grafitul suplimentar la vârfuri a sporit inițial eficiența reacției de fisiune în apropiere. Au urmat rapid două explozii. Oamenii de știință încă dezbat exact ce a provocat fiecare explozie. Amândoi au putut fi explozii de abur din cauza creșterii rapide a presiunii în sistemul de circulație sau una poate fi abur și a doua o explozie de hidrogen cauzată de reacții chimice în reactorul care se defectează. Pe baza detectării izotopilor de xenon la Cherepovets, la 230 de mile (370 kilometri) la nord de Moscova după explozie, De Geer consideră că prima explozie a fost de fapt un jet de gaze nucleare care a împușcat câțiva kilometri în atmosferă.
Modificări făcute
Urmarea imediată a accidentului a fost „o perioadă foarte neobservantă” în Uniunea Sovietică, a declarat Jonathan Coopersmith, istoric al tehnologiei la Texas A&M University, care a fost la Moscova în 1986. La început, autoritățile sovietice au păstrat informațiile apropiate; presa de stat a îngropat povestea și moara de zvonuri a preluat. Dar, departe de Suedia, De Geer și colegii de știință au detectat deja izotopi radioactivi neobișnuiți. Comunitatea internațională ar cunoaște în curând adevărul.
Pe 14 mai, liderul sovietic Mikhail Gorbaciov a ținut un discurs televizat în care s-a deschis despre cele întâmplate. A fost un moment de cotitură în istoria sovietică, a spus Coopersmith Live Science.
„S-a făcut glasnost real”, a spus Coopersmith, referindu-se la noua politică de transparență în Uniunea Sovietică.
De asemenea, a deschis o nouă eră în cooperarea pentru siguranța nucleară. În august 1986, Agenția Internațională pentru Energie Atomică a organizat un summit după accident la Viena, iar oamenii de știință sovietici au abordat-o cu un sentiment de deschidere fără precedent, a spus De Geer, care a participat.
„A fost uimitor cât ne-au spus”, a spus el.
Printre modificările de răspuns la Cernobîl au fost modificări ale celorlalte reactoare RBMK-1000 în funcțiune, 17 la acea vreme. Potrivit Asociației Mondiale Nucleare, care promovează energia nucleară, aceste modificări au inclus adăugarea de inhibitori în miez pentru a preveni reacțiile fugite la puteri reduse, o creștere a numărului de tije de control utilizate în funcționare și o creștere a îmbogățirii combustibilului. Tijele de control au fost, de asemenea, reamenajate astfel încât grafitul să nu se mute într-o poziție care să crească reactivitatea.
Celelalte trei reactoare de la Cernobâl au funcționat până în 2000, dar de atunci s-au închis, la fel ca și alte două RBMK-uri în Lituania, care au fost închise ca cerință a țării respective de intrare în Uniunea Europeană. Există patru reactoare RBMK care operează la Kursk, trei la Smolensk și trei la Sankt Petersburg (un al patrulea a fost pensionat în decembrie 2018).
Acești reactori „nu sunt la fel de buni ca ai noștri”, a spus De Geer, „dar sunt mai buni decât erau înainte”.
„Au fost aspecte fundamentale ale designului care nu puteau fi rezolvate indiferent de ceea ce au făcut”, a spus Lyman. "Nu aș spune că au fost capabili să crească siguranța RBMK în general la standardul pe care îl așteptați de la un reactor de apă ușoară în stil occidental."
În plus, a subliniat De Geer, reactoarele nu au fost construite cu sisteme complete de izolare, așa cum se vede în reactoarele în stil occidental. Sistemele de conținere sunt scuturi din plumb sau oțel menite să conțină gaz radioactiv sau abur din scăparea în atmosferă în caz de accident.
Supravegherea trecută cu vederea?
În ciuda efectelor potențial internaționale ale unui accident de uzină nucleară, nu există niciun acord internațional obligatoriu cu privire la ceea ce constituie o centrală „sigură”, a spus Lyman.
El a spus că Convenția privind siguranța nucleară impune țărilor să fie transparente cu privire la măsurile lor de siguranță și permite revizuirea de la egal a plantelor, a spus el, dar nu există mecanisme de aplicare sau sancțiuni. Țările individuale au propriile lor agenții de reglementare, care sunt la fel de independente precum guvernele locale le permit să fie, a spus Lyman.
"În țările în care există corupție rampantă și lipsă de bună guvernare, cum vă puteți aștepta ca orice agenție independentă de reglementare să poată funcționa?" Spuse Lyman.
Deși nimeni în afară de Uniunea Sovietică nu a creat reactoare RBMK-1000, unele proiecte de reactoare propuse nu implică un coeficient de gol pozitiv, a spus Lyman. De exemplu, reactoarele de creștere rapidă, care sunt reactoare care generează mai mult material fisil pe măsură ce generează putere, au un coeficient de gol pozitiv. Rusia, China, India și Japonia au construit toate astfel de reactoare, deși Japonia nu este operațională și este planificată pentru dezafectare, iar India are termen de 10 ani pentru a se deschide. (Există, de asemenea, reactoare cu mici coeficienți de gol pozitivi în Canada.)
"Designerii susțin că dacă iei totul în considerare, în general, sunt în siguranță, deci nu contează atât de mult", a spus Lyman. Dar designerii nu ar trebui să fie prea siguri în sistemele lor, a spus el.
„Acest gen de gândire este ceea ce i-a pus pe sovietici în probleme”, a spus el. „Și este ceea ce ne poate pune în dificultate, nerespectând ceea ce nu știm”.
Nota editorului: Această poveste a fost actualizată pentru a observa că cele mai multe, dar nu toate, tijele de control au fost scoase din reactor și pentru a observa că unele reactoare timpurii din Statele Unite au avut și un coeficient de gol pozitiv, deși defectele lor de proiectare au fost rezolvate. .
