Patrekur Goði Ingvason SAG2B05 2023 Þórdís Anna hermannsdóttir BHS Haustönn Kjarnorkuslysið í Chernobyl 25/10/23 Patrekur Goði Ingvason Inngangur 26. apríl 1986 um hánótt sprakk kjarnaofn númer 4 í Chernobyl kjarnorkuverinu, nálægt borginni Pripyat í norðurhluta Úkraínu. Þetta slys er enn þann dag í dag talið versta kjarnorkuslys í sögu mannkyns. Slysið varð til þess að Pripyat var yfirgefin og að lokum skipt út fyrir nýja, sérbyggða borg sem heitir Slavutych. Þessar hörmungar urðu á meðan verið var að prófa getu gufuhverflanna til að knýja neyðarfóður-vatnsdælurnar ef rafmagn tapaðist á sama tíma og kælivökvarör rofnaði. Hér á eftir kemur fram, í stuttu máli, svarið á þessum spurningum. Hvernig virkar kjarnorka og kjarnorkuofnar? Af hverju og hvernig sprakk kjarnorkuofninn og hver var tímalínan? Hverjar voru afleiðingarnar? Kjarnorka og Kjarnorkuverið Kjarnaofn númer 4 í Chernobyl kjarnorkuverinu er af RBMK hönnuninni sem er frekar óvenjuleg. Hönnunin hafði nokkrar takmarkanir og galla og var þessi hönnun þátttakandi í slysinu í Chernobyl. Miklar breytingar hafa verið gerðar á RBMK kjarnaofnum sem enn eru virkir og í gangi. En til að skilja hvernig þetta gerðist þurfum við að skilja hvernig RBMK ofnar virka og kjarnorka sömuleiðis. RBMK-1000 kjarnorkuofn notar kjarnaklofnun við að búa til orku. Við kjarnaklofnun skiptast atóm í sundur sem losar orku. Nánar lendir nifteind í árekstri við úraníum atóm (í flestum tilfellum) og klýfur það. Þegar það gerist leysist mikil orka út í formi hita og geislunar. Það sem kjarnorkuver gera er að ná stjórn á þessari orku sem leysist úr læðingi og breyta því í rafmagn. RBMK-1000 ofnar nota úraníumdíoxíðeldsneyti, eins og kom fram, og notar sjóðandi vatn sem sleppir frá sér gufu til hverflanna. Vatni sem er dælt í botn eldsneytisrásanna sýður þegar það fer upp þrýstingsrörin og framleiðir gufu sem virkja tvo rafmagnshverfla og rafmagn verður til. RBMK-1000 ofnar nota síðan grafít steina sem virka sem jafnvægisaðili eða „bremsan“ í kjarnorkuofni. Grafít steinar hjálpa til við að halda kjarnahvarfinu gangandi með því að hægja á hraða nifteindanna og gegna mikilvægu öryggishlutverki. 1 Þessi hönnun hefur 211 stjórnstangir. Þegar stjórnstangir eru settar inn í kjarnann ættu þær að gleypa mikið af varma nifteindanna þannig að keðjuverkunin verði veikari og hvarfvirknin minnka. Hins vegar var grafítstöngin (4,5 metrar að lengd) fest við endann á stönginni á B4C (bórkarbíð). Þetta hefur sína kosti en samt einn stóran galla; xenon sveiflur þar sem nifteindaflæði er hærra í neðra hluta kjarnans. Þetta þýðir að þegar stjórnstangir eru dregnar úr kjarnanum og stungið aftur inn, myndi grafít oddurinn framkalla mikla hvarfvirkni í neðri hluta kjarnans og auka þannig kraftinn mjög mikið í smá tíma. Þetta er 100% ómissandi þáttur slyssins. Við vitum allavegana líka fyrir víst að kjarnorkuofninn varð fyrir xenon eitrun sem var líka þáttur í slysinu. Þessi ofn er síðan með þann galla að ef afköst orku eru minni en 20% hámarksorku, verður kjarnaofninn óstöðugur og viðkvæmur fyrir skyndilegum hækkunum í afli. Þetta er mjög stór þáttur í þróun slyssins. Aðdragandinn og Tímalínan 25. apríl Stjórnendur í Chernobyl byrja að draga úr orku í kjarnaofni númer 4 til að undirbúa öryggispróf. Þetta öryggispróf átti að ákvarða hvort að, ef rafmagnsbilun verður, hverflarnir geti enn framleitt nægjanlegt rafmagn til að halda kælivökvadælum gangandi áður en neyðarrafallarnir fara í gang. Í prófinu felst semsagt að það er slökkt á rafmagninu í smástund án þess að neyðarástand skapist. Neyðarkælikerfið í kjarnaofni númer 4 er síðar gert óvirkt til að koma í veg fyrir að það trufli öryggisprófið. Þetta veldur ekki endilega slysinu en gerir aðstæðurnar verri. Um þetta leyti er prófinu frestað til að mæta orkuþörfinni sem ofninn þarf fyrir prófið. Stjórnendur fá leyfi til að halda áfram með prófið. Vinnumenn sem eru með minni reynslu voru á næturvakt þessa nótt og þeir höfðu aldrei fengið almennilegar leiðbeiningar um hvernig ætti að framkvæma þetta próf. 26. apríl Klukkan 00:00 – 01:00 Krafturinn lækkar, langt undir því stigi sem kjarnaofninn er talinn vera stöðugur á og á að vera á. Semsagt orkuþörfinni er ekki enn náð. Stjórnendur bregðast við með því að fjarlægja næstum allar stýristangirnar í bága við öryggisleiðbeiningar verksmiðjunnar (sem ætti að gera kjarnahvörfin kraftmeiri), 2 en samt eiga þeir í vandræðum með að hækka aflið, að hluta til vegna uppsöfnunar xenon-135 í kjarnanum (xenon-135 efnið étur upp nifteindir = minni orka). Eftir um klukkutíma nær þó orkuþörfin stöðugleika þrátt fyrir xenon eitrunina, að vísu á lægra stigi en æskilegt væri (um 50% kraft), og eftirlitsmenn verksmiðjunnar skipa öllum að prófið verði að halda áfram. Slökkt er síðan á sjálfvirka neyðarstöðvunarkerfinu og öðrum öryggiskerfum og aðgerðum. Núna er kjarnaofninn með 6-8 stjórnstangir í kjarnanum þó að það eiga að vera 30 (aðallega vegna xenon-135), og kælivatn er miklu minna en ætti að vera (að hluta vegna xenon-135.. aftur), en samt ákveða þeir að prófið eigi að halda áfram. Klukkan 1:23:04 Prófið byrjar formlega og óvænt hækkun verður á orkunni í kjarnaofninum, næstum 100 sinnum orkumeiri heldur en hann var. Klukkan 01:23:40 Einn stjórnandi ákveður að ýta á neyðarstöðvunarhnappinn, AZ-5. Nú, þegar að næstum allar stjórnstangir eru dregnar svona úr kjarnanum og stungið aftur inn myndar grafít oddurinn, sem fer í ofninn fyrst, mikla hvarfvirkni í neðri hluta kjarnans og eykur þannig kraftinn ógeðslega mikið í smá tíma. Og krafturinn er nú þegar ógeðslega mikill. Grafítið hefur fjarlægt vatn niður í neðri hluta kjarnans, meðan að efri helmingur kjarnans var í xenon-eitrun, myndað ekkert eðlilega mikinn kraft og hrundi af stað gríðarlegri gassprengingu, sem eyðilagði kjarnann, sprengdi 1.000 tonna lokið af kjarnaofninum og sendi frá sér um 400 sinnum meira geislavirk efni í loftið en Hiroshima sprengjan. Klukkan 01:23:58 Fljótlega eftir fyrstu sprenginguna kemur önnur sprengja tveim til þrem sekúndum síðar. Þó að ekki sé vitað hvað olli seinni sprengingunni gæti vetni hafa átt þátt í henni. En veggir hrynja og búnaðir verða óvirkir, fullt af eldum kvikna í kjarnaofni númer 4 vegna hitans. Þrátt fyrir allar vísbendingarnar fullyrðir valdamesti kjarnorkufræðingurinn að kjarnaofn númer 4 sé ennþá í lagi og virki. Svo var ekki og þeir komust fljótlega að því. Fyrstu slökkviliðsmenn komu á staðinn um 01:28 og afleiðingar slyssins fóru af stað. Afleiðingarnar Slysið var afleiðing margra hluta. Sem dæmi má nefna slæm stjórnun, gallaður kjarnaofn, utanaðkomandi áhrif (þrýstingur), óþjálfað starfsfólk og misskilningur á alvarleika ástandsins. Það koma fram mörg skipti þar sem þeir áttu að hafa stoppað prófið og gátu það en héldu samt áfram. 3 Eitt af verstu afleiðingum voru um það bil 30 fólk sem dóu vegna geislavirkni. Þar á meðal voru slökkviliðsmennirnir sem voru fyrstir á vettvanginn og dóu versta dauðdaganum að hluta til vegna þess að þeir voru ekki í neinum hlífðarfatnað. Um hundrað manns slösuðust og talið er að mestu einkennin hafi verið langtímaheilsa vegna geislavirkninnar. Allt að 30% af 190 tonnum af úrani í Chernobyl voru nú í andrúmsloftinu og Sovétríkin þurftu að flytja að lokum um 335.000 manns frá svæðunum sem það bjó vegna geislavirkni. Sovétríkin þurftu að stofna nítján mílna breitt ,,útilokunarsvæði“ í umhverfinu kringum Chernobyl. Vísindanefnd Sameinuðu þjóðanna um áhrif atómgeislunar hefur greint frá því að meira en sex þúsund börn og unglingar hafi fengið skjaldkirtilskrabbamein eftir að hafa orðið fyrir geislun frá atvikinu, þó að sumir sérfræðingar hafi mótmælt þeirri fullyrðingu. Sovétríkin reyndu að fela þetta slys en eftirlitsstöðvar í Svíþjóð Í dag er Chernobyl notað sem rannsóknarsvæði tilkynntu mjög óeðlilega mikið magn af geislavirkni til að rannsaka mynstur kjarnorkufalls. og þrýstu á Sovétríkin að útskýra. Stjórnmálamennirnir í Úkraínu urðu fljótt örvæntingafullir og sumir þeirra fluttu fjölskyldur sínar í leyni úr Úkraínu. Annars varð mikil geislavirkni allt kringum Úkraínu, frá norðri yfir í vestur. Mörg stór svæði urðu fyrir áhrifum, til dæmis allt Hvíta-Rússland, Pólland og mikill partur af Skandinavíu. Svæði sem geislavirknin í Chernobyl hafði áhrif á Lokaorð Þó að þetta hafi verið hörmulegur atburður í sögu mannkyns þá er margt sem við höfum lært af þessu. Kjarnorka er hættuleg og getur verið mjög banvæn, en hún er líka mjög áhugaverð og nytsamleg. Í dag er rafmagn frá kjarnorkuverum um 10% af öllum heiminum. Að mínu mati mun það mun bara vera betra öruggari eftir því sem líður á tíma, tækni og þróun mannkyns. 4 Heimildaskrá Kjarnorka og Kjarnorkuver Chernobyl: Chater I. The site and accident sequence. (2020). Nuclear Energy Agency. https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_28271/chernobyl-chapter-i-the-site-and-accidentsequence#:~:text=It%20is%20a%20boiling%20light,MWe%20%5Bmegawatt%20electrical%5D%20turbin es Hunterson B. (e.d.). Graphite blocks in nuclear power stations. EDF Energy. https://www.edfenergy.com/about/nuclear/graphite-core Nuclear explained. (2023, 21. ágúst). EIA. https://www.eia.gov/energyexplained/nuclear/#:~:text=In%20nuclear%20fission%2C%20atoms%20are,f orm%20of%20heat%20and%20radiation. Bertrand Mercier, Di Yang, Ziyue Zhuang og Jiajie Liang. (2021, 20. janúar). A simplified analysis of the Chernobyl accident. EPJ Nuclear Science Technology. https://www.epjn.org/articles/epjn/full_html/2021/01/epjn200018/epjn200018.html#F1 Aðdragandinn og tímalínan (hvernig) Chernobyl: Timeline of Events. (1998-2023). Atomic Archive. https://www.atomicarchive.com/science/power/chernobyl-timeline.html Jesse Greenspan. (2023, 15. ágúst). Chernobyl Timeline: How a Nuclear Accident Escelated to a Historic Disaster. History. https://www.history.com/news/chernobyl-disaster-timeline Afleiðingarnar Robert Service. (1998). A History of Twentieth-Century Russia. (2. Útg.). Penguin Books. Bls. 445. Julie Anderson. (2023, 9. október). Chernobyl disaster. Britannica. https://www.britannica.com/event/Chernobyl-disaster Erin Blakemore. (2019, 17. maí). The Chernobyl disaster: What happened, and the long-term impacts. National Geographic. https://www.nationalgeographic.com/culture/article/chernobyl-disaster 5
