Бележка на редактора: Тази история е актуализирана в понеделник, 10 юни, в 16:45 ч. E.D.T.
В новия минисериал на HBO „Чернобил“ руските учени разкриват причината за експлозия в реактор 4 в атомната електроцентрала в Чернобил, която изхвърля радиоактивни материали в Северна Европа.
Този реактор, дизайн наречен RBMK-1000, беше открит като основен недостатък след аварията в Чернобил. И все пак в Русия все още работят 10 от същия тип реактор. Как да разберем дали са безопасни?
Краткият отговор е, ние не го правим. Тези реактори са модифицирани, за да намалят риска от поредната катастрофа в Чернобил, казват експертите, но все още не са толкова безопасни, колкото повечето реактори от западния тип. И няма международни предпазни мерки, които биха попречили на изграждането на нови централи с подобни недостатъци.
"Има редица различни видове реактори, които сега се разглеждат в различни страни, които значително се различават от стандартния реактор за лека вода. Много от тях имат недостатъци в безопасността, които дизайнерите омаловажават", казва Едвин Лиман, старши учен и изпълняващ длъжността директор на проекта за ядрена безопасност към Съюза на заинтересованите учени.
"Колкото повече неща се променят", казва Лайман пред Live Science, "толкова повече остават същите."
Реактор 4
В центъра на катастрофата в Чернобил се намира реакторът RBMK-1000, дизайн, използван само в Съветския съюз. Реакторът е различен от повечето ядрени реактори за лека вода, стандартният дизайн, използван в повечето западни страни. (Някои ранни американски реактори на площадката Ханфорд в щата Вашингтон са с подобен дизайн с подобни недостатъци, но са фиксирани в средата на 60-те години.)
Светловодните реактори се състоят от голям съд под налягане, съдържащ ядрен материал (сърцевината), който се охлажда чрез циркулираща подаване на вода. При ядреното делене атом (в този случай уран) се разделя, създавайки топлина и свободни неутрони, които цинират в други атоми, причинявайки им разделяне и отделяне на топлина и повече неутрони. Топлината превръща циркулиращата вода в пара, която след това превръща турбина, генерирайки електричество.
В реакторите за лека вода водата също така действа като модератор, за да помогне за контролиране на продължаващия ядрен делене в ядрото. Модератор забавя свободните неврони, така че е по-вероятно да продължат реакцията на делене, което прави реакцията по-ефективна. Когато реакторът се загрее, повече вода се превръща в пара и по-малко е на разположение, за да играе тази роля на модератора. В резултат реакцията на делене се забавя. Тази отрицателна обратна връзка е ключова характеристика за безопасност, която помага да се предпази реакторите от прегряване.
RBMK-1000 е различен. Освен това използва водата като охлаждаща течност, но с графитни блокове като модератор. Различията в конструкцията на реактора му позволяват да използва по-малко обогатено гориво от обикновено и да се зарежда с гориво по време на работа. Но с разделените роли на охлаждащата течност и модератора, отрицателната верига за обратна връзка „повече пара, по-малко реактивност“ беше прекъсната. Вместо това реакторите RBMK имат това, което се нарича "коефициент на положителна празнота".
Когато реакторът има положителен коефициент на празнота, реакцията на делене се ускорява, когато охлаждащата течност се превръща в пара, вместо да се забавя. Това е така, защото кипенето отваря мехурчета или празнини във водата, което улеснява неутроните да пътуват право до графитния модератор, подобряващ деленето, заяви Ларс-Ерик Де Геер, ядрен физик, който е пенсиониран от Шведската агенция за отбранителни изследвания.
Оттам той каза пред Live Science, че проблемът се натрупва: деленето става по-ефективно, реакторът става по-горещ, водата става по-парна, деленето все още става по-ефективно и процесът продължава.
Изпълнение до бедствие
Когато Чернобилската централа работеше с пълна мощност, това не беше голям проблем, каза Лиман. При високи температури урановото гориво, което захранва реакцията на делене, има тенденция да абсорбира повече неутрони, което го прави по-малко реактивен.
При ниска мощност обаче реакторите RBMK-1000 стават много нестабилни. При настъпването на аварията в Чернобил на 26 април 1986 г. операторите правят тест, за да видят дали турбината на централата може да работи с аварийно оборудване по време на прекъсване на електрозахранването. Този тест изисква работа на централата с намалена мощност. Докато мощността се понижаваше, операторите бяха разпоредени от властите на Киев да прекратят процеса. Една конвенционална централа беше излязла офлайн и беше необходимо производство на енергия в Чернобил.
"Това беше много основната причина, поради която всичко се случи в крайна сметка", каза Де Геер.
Заводът работи с частична мощност в продължение на 9 часа. Когато операторите получиха по-голяма част от захранването по-голямата част от останалата част от пътя надолу, в реактора имаше натрупване на неутрон-абсорбиращ ксенон и те не можаха да поддържат подходящото ниво на делене. Силата падна до почти нищо. Опитвайки се да го засилят, операторите премахват по-голямата част от контролните пръти, които са направени от абсорбиращ неутрон борен карбид и се използват за забавяне на реакцията на делене. Операторите също намалиха потока на водата през реактора. Това изостря проблема с коефициента на положителна празнота, според Агенцията за ядрена енергия. Изведнъж реакцията наистина стана много интензивна. В рамките на секунди мощността нарасна до 100 пъти повече, отколкото реакторът е проектиран да издържи.
Имаше и други недостатъци в дизайна, които затрудняваха връщането на ситуацията под контрол, след като тя започна. Например, контролните пръти са били накичени с графит, казва Де Геер. Когато операторите видяха, че реакторът започва да върви по сено и се опитаха да свалят контролните пръти, те се заклещиха. Непосредственият ефект беше не да се забави деленето, а да се засили локално, защото допълнителният графит на върховете първоначално повиши ефективността на реакцията на делене наблизо. Бързо последваха две експлозии. Учените все още спорят какво точно е причинило всяка експлозия. И двете може да са били парови експлозии от бързото повишаване на налягането в циркулационната система, или едната може да е била пара, а втората - водородна експлозия, причинена от химически реакции в отпадащия реактор. Въз основа на откриването на ксенонови изотопи в Череповец, на 230 мили (370 километра) северно от Москва след експлозията, Де Геер вярва, че първата експлозия всъщност е била струя ядрен газ, изстреляла няколко километра в атмосферата.
Направени промени
Непосредствените последствия от инцидента бяха "много неспокойно време" в Съветския съюз, заяви Джонатан Купсмит, историк на технологиите в Тексаския университет A&M, който беше в Москва през 1986 г. Отначало съветските власти поддържаха информация близо; държавната преса зарови историята, а мелницата за слухове пое. Но далеч в Швеция Де Геер и неговите колеги учени вече откриват необичайни радиоактивни изотопи. Международната общност скоро ще разбере истината.
На 14 май съветският лидер Михаил Горбачов изнесе телевизионна реч, в която отвори за случилото се. Това беше повратен момент в съветската история, каза Куперсмит пред Live Science.
"Това направи гласността истинска", каза Купърсмит, визирайки зараждащата се политика на прозрачност в Съветския съюз.
Той също така откри нова ера в сътрудничество за ядрена безопасност. През август 1986 г. Международната агенция за атомна енергия проведе срещата на високо равнище след Виена във Виена и съветските учени подходиха към нея с безпрецедентно усещане за откритост, заяви Де Геер, който присъства.
"Удивително беше колко много ни казаха", каза той.
Сред промените в отговор на Чернобил бяха модификации на другите реактори RBMK-1000 в експлоатация, 17 по това време. Според Световната ядрена асоциация, която насърчава ядрената енергия, тези промени включват добавяне на инхибитори към ядрото, за да се предотвратят протичащи реакции с ниска мощност, увеличаване на броя на контролните пръти, използвани в експлоатация, и увеличаване на обогатяването на горивото. Контролните пръти също бяха преоборудвани, така че графитът да не се премести в положение, което би повишило реактивността.
Останалите три реактора на Чернобил работеха до 2000 г., но оттогава затвориха, както и още две RBMK в Литва, които бяха затворени като изискване на страната да влезе в Европейския съюз. В Курск работят четири реактора RBMK, три в Смоленск и три в Санкт Петербург (четвърти е пенсиониран през декември 2018 г.).
Тези реактори "не са толкова добри, колкото нашите", каза Де Геер, "но са по-добри, отколкото преди".
"Имаше основни аспекти на дизайна, които не можеха да бъдат поправени, независимо какво са направили", каза Лиман. „Не бих казал, че са успели да повишат безопасността на RBMK като цяло до стандарта, който бихте очаквали от реактор за лека вода в западен стил.“
Освен това, посочи Де Геер, реакторите не са изградени с пълни системи за задържане, както се вижда в реакторите от западния тип. Системите за задържане са щитове, изработени от олово или стомана, предназначени да съдържат радиоактивен газ или пара от изтичане в атмосферата в случай на авария.
Пренебрегван е надзорът?
Въпреки потенциално международните последици от авария в ядрена централа, няма обвързващо международно споразумение за това какво представлява "безопасна" инсталация, каза Лиман.
Конвенцията за ядрена безопасност изисква държавите да бъдат прозрачни по отношение на мерките си за безопасност и позволява партньорска проверка на растенията, каза той, но няма механизми за прилагане или санкции. Отделните страни имат свои регулаторни агенции, които са само толкова независими, колкото местните власти им позволяват да бъдат, каза Лиман.
"В страните, където има бурна корупция и липса на добро управление, как можете да очаквате, че всяка независима регулаторна агенция ще може да функционира?" - каза Лиман.
Въпреки че никой освен Съветския съюз не е направил реактори RBMK-1000, някои предложени нови проекти на реактори наистина включват положителен коефициент на празнота, каза Лиман. Например реакторите за бързо развъждане, които са реактори, които генерират повече делящ се материал, докато генерират мощност, имат положителен коефициент на празнота. Русия, Китай, Индия и Япония са изградили такива реактори, въпреки че Япония не работи и се планира за извеждане от експлоатация, а Индия е с 10 години по-късно от графика за откриване. (В Канада работят и реактори с малки положителни коефициенти на празнота.)
"Дизайнерите твърдят, че ако вземете под внимание всичко, като цяло те са в безопасност, така че това няма голямо значение", каза Лиман. Но дизайнерите не трябва да бъдат прекалено самоуверени в своите системи, каза той.
"Този тип мислене е това, което вкара Съветите в беда", каза той. "И това е, което може да ни вкара в беда, като не спазваме това, което не знаем."
Забележка на редактора: Тази история е актуализирана, за да се отбележи, че повечето, но не всички контролни пръти са отстранени от реактора, както и да се отбележи, че някои ранни реактори в Съединените щати също имат положителен коефициент на празнота, въпреки че техните конструктивни недостатъци бяха поправени ,
