Katastrofu beztak špatně navrženého ukrajinského reaktoru způsobila souhra šesti vědomých porušení zásad jaderné bezpečnosti

Katastrofu beztak špatně navrženého ukrajinského reaktoru způsobila souhra šesti vědomých porušení zásad jaderné bezpečnosti

Fyzika praví: Temelín nemůže být Černobylem

Při srovnání hlavních konstrukčních, technologických a fyzikálních rozdílů černobylského a temelínského reaktoru se zjistí, že to, co se přihodilo v Černobylu, není v Temelíně možné vzhledem k fyzikální podstatě i pro zásadní rozdíl v konstrukci obou jaderných elektráren.

Dva mohutné výbuchy krátce po sobě v noci 26. dubna 1986 zničily čtvrtý blok jaderné elektrárny Černobyl poblíže Kyjeva v bývalém Sovětském svazu. Radioaktivní zplodiny vzniklého požáru roznesené větrem pak ohrozily nejen okolí elektrárny, ale také sousední státy.
Chladicí systémy sovětského typu kanálového grafitového reaktoru RBMK-1000, který se jinde na světě nepoužívá, jsou dost komplikované. Fyzikálně značně nestabilní aktivní zóna reaktoru, navíc obklopená hořlavým grafitem, postrádá ochrannou obálku a ani systém řízení reaktoru neodpovídá bezpečnostním požadavkům Mezinárodní agentury pro atomovou energii (MAAE). Tzv. inherentní nestabilita těchto reaktorů spočívá v tom, že dojde-li k růstu teploty a v kanálech vzroste počet bublinek páry, pak reaktivita, a tím i výkon, mají tendenci stoupat, na rozdíl od vodo-vodních reaktorů, u kterých by reakce byla naopak tlumena.

Výbuch nastal také kvůli šlendriánu

V osudnou noc měli operátoři provést neodborně připravený pokus, jenž se týkal elektrického výkonu dobíhajícího turbosoustrojí určeného ke krátkodobému nouzovému chlazení reaktoru. Se souhlasem nadřízených vedoucí směny vyřadil bezpečnostní automatiku, která brání připustit riskantně nízké hodnoty výkonu reaktoru.
Regulační tyče byly zdviženy v takovém počtu a tak vysoko, že když se v 1 hodinu 23 minut 40 sekund ukázalo, že následkem kladného koeficientu reaktivity začíná výkon snížený jen na 200 MW s růstem páry v kanálech bouřlivě stoupat, nestačily dostatečně rychle klesnout zpět do aktivní zóny. O pouhé čtyři sekundy později tepelný výkon vzrostl nejméně na stonásobek a nastala parní exploze, která odhodila tisícitunové víko reaktoru stranou.
Do rozžhavené masy rozervaného bloku vnikl vzduch a reakcí vodíku vzniklého stykem vodní páry a žhavého grafitu došlo vzápětí ke druhé explozi, která rozmetala část aktivní zóny. Vyletující žhavé trosky zapálily asfaltový povrch střechy. Když se střecha propadla, bylo tudy s mračnem kouře do vzduchu vyvrženo pět tun radioaktivních látek. Silné úniky radioaktivity se podařilo omezit až po desetidenním zápasu špatně vybavených záchranářů a vojáků, na jejichž životy a zdraví se zpočátku vůbec nebral ohled.
Proměnlivé větry zanesly mračno s nejméně dvěma milióny TBq (1012 becquerelů, jednotek aktivity radioaktivní látky) radioaktivních látek, zejména jódu a cesia, v několika tazích nad Skandinávii, střední Evropu a Balkán. Katastrofa si bezprostředně vyžádala 31 mrtvých zaměstnanců elektrárny a požárníků a 237 lidí onemocnělo akutní nemocí z ozáření.

Těžká rána světové jaderné energetice

Ve srovnání s jinými nukleárními případy exploze v Černobylu uvolnila čtyřistakrát více radioaktivního materiálu do zemské atmosféry než atomová bomba svržená na Hirošimu (avšak atomové zkoušky prováděné v padesátých a šedesátých letech dohromady uvolnily sto- až tisíckrát více radioaktivních látek než JE Černobyl).
Světový program jaderné energetiky nyní utrpěl těžkou ránu. Veřejné mínění ani politikové se pak neohlíželi na skutečnost, že katastrofu fyzikálně pochybeného reaktoru způsobil součet šesti vážných porušení zásad jaderné bezpečnosti. Jak prohlásil prezident MAAE Hans Blix: "...ani promyšlený útok gangsterů na tento reaktor by nemohl být uskutečněn lépe!"

Nová koncepce reaktorů

Bezprostřední odpovědí jaderných energetiků bylo urychlení prací na vývoji jaderných bloků se zvýšenou jadernou bezpečností. Kombinovaná obálka, která by v Černobylu zabránila úniku radioaktivních zplodin, se plně osvědčila. Například u rychlého francouzského reaktoru Super Fénix (1200 MW) jen s oděrkami odolala zásahům dvou raket, které na ni vypálil v lednu 1982 neznámý útočník. V Národní reaktorové laboratoři SANDIA v USA testovali náraz stíhače Phantom F-4 na kupoli obálky. Letoun se sice roztříštil, ale na betonovém plášti vznikl jen asi 6 cm hluboký vryp. Zemětřesení o síle 7,2 Richterovy stupnice, které 17. ledna 1995 změnilo japonské Kobe v hromadu trosek, nikterak nepoškodilo dvanáct jaderných reaktorů v okruhu sta kilometrů od epicentra a žádný z nich ani nemusel zastavit provoz.
Vědecký tým profesora Rassmusena se v USA zabýval analýzou bezpečnosti a rizik havárií jaderných elektráren. Možnosti největší havárie, jaká se přihodila v Černobylu, vyjádřil rizikem jednoho případu za dvacet tisíc let. Vztaženo k současným pracujícím 442 blokům by se tedy katastrofa s větším únikem radioaktivity mohla opakovat jednou za půl století. Mezitím se však již nejstarší bloky vyřazují a přibývají reaktory se zvýšenou jadernou bezpečností, takže se riziko velké havárie snižuje až pod 10-10. Ohrožení jednoho člověka pak statisticky vychází stejně pravděpodobné, jako být zabit pádem meteoritu.

Bezpečnost v Temelíně

Inherentní bezpečnost v nově postavené JE Temelín se opírá především o takové uspořádání aktivní zóny, které za všech okolností po fyzikální stránce vykazuje záporný koeficient reaktivity. Dojde-li ke zvýšení teploty v reaktoru nebo jen v článku v některém z palivových kanálů, zhorší se zpomalování neutronů, které udržují reakci v chodu, a tím začne klesat počet štěpících se jader, což se projeví poklesem množství uvolněné energie.
Princip je následující. V reaktoru se pomocí neutronů štěpí jádra uranu a přitom se uvolňuje energie. Při zásahu jádra U 235 se jádro rozpadne na dvě nebo více částí - odštěpků. Ty se vzájemně odpuzují, a proto se od sebe vzdalují velkou rychlostí. Při jejich zabrzdění v prostředí se pohybová energie mění na energii tepelnou. Při jednom štěpení se rovněž uvolní dva až tři neutrony. Aby došlo k rozštěpení dalšího jádra uranu některým z neutronů s co největší pravděpodobností, musí být rychlost těchto neutronů snížena, což se děje pomocí moderátoru, kterým je u reaktoru VVER chemicky upravená demineralizovaná voda - chladivo.
Pokud voda zvětšuje v důsledku růstu teploty objem, dochází ke zvětšování vzdálenosti mezi jednotlivými molekulami vody. Snižuje se tím vlastně moderační účinek vody, který je předpokladem pro vznik a průběh štěpné řetězové reakce. To má za následek pokles počtu neutronů, které jsou schopny štěpit jádra uranu, a tak dochází k útlumu štěpné reakce, což může postupně vést až úplnému samoodstavení reaktoru. Proto se vždy, kdy dochází ke vzrůstu teploty vody v důsledku nežádoucího výkonu, výkon reaktoru samovolně tlumí.

Systém netečný vůči lidským chybám i zlým úmyslům

Dokonce i kdyby v případě havárie, která je spojená se ztrátou chladiva z primárního okruhu, neodstavila reaktor několikanásobně zálohovaná nezávislá havarijní ochrana, došlo by k zastavení štěpné reakce díky tomu, že se v aktivní zóně tvoří pára, ve které jsou vzdálenosti mezi molekulami řádově větší než u vody. Na bezpečnosti provozu reaktorů se však podílí i samotné jaderné palivo. Uran 238, který tvoří 97 % paliva, zasahuje regulačně tak, že sám absorbuje neutrony, aniž by se dále štěpil - a absorbuje tím více neutronů, čím je jeho teplota vyšší. Tento systém je netečný vůči lidských chybám, úmyslným zásahům i vnějším vlivům.
Další bezpečnostní prvek v JE Temelín tvoří jednak hermetický prostor sestávající z ochranné obálky (kontejnment) a vnitřních konstrukcí, jednak nehermetický prostor skládajícího se ze základové části, obestavby a ventilačního komína. V kontejnmentu jsou umístěny nejdůležitější části jaderné elektrárny - celý primární okruh a další pomocná a bezpečnostní zařízení.
Mohutná železobetonová stavba je vysoká 38 metrů. Stěny válce jsou silné 1,2 metru, konstrukce kupole je pouze o deset centimetrů slabší, vnitřní průměr kontejnmentu činí 45 metrů. Dále je vnitřní povrch kontejnmentu pokryt 8 mm silnou vrstvou nerezové oceli, která hermeticky uzavírá prostor a brání úniku radionuklidů. Kontejnment je projektován na maximální přetlak 0,49 MPa při 150 řC.
Trvalé udržování podtlaku v kontejnmentu umožňuje při malých únicích odfiltrovat radioaktivitu a nízkoaktivní zbytek kontrolovaně odvést do ventilačního komína. Při větších haváriích se ventilace vypne. Bazén vyhořelého paliva je umístěn vedle reaktorové šachty uvnitř kontejnmentu, takže výměna paliva probíhá v uzavřeném prostoru. Přístup personálu a doprava materiálu do hermetického prostoru jsou umožněny zdvojenými hermetickými vstupy, mezi kterými je vyrovnávací komora. Potrubí a elektrické kabely procházejí hranicí hermetického prostoru speciálními průchodkami.
Kontejnment také zajišťuje ochranu proti vnějším vlivům, jako je pád letadla, tlaková vlna po výbuchu, sabotáži třetích osob, vichřici, extrémním teploty či srážky.

Tlaková nádoba reaktoru

Zde se nachází aktivní zóna. Je zhruba 11 metrů vysoká a její vnější průměr činí 4,5 metru. Tloušťka stěny válce je 193 mm. Nádoba je navržena na tlak 17,6 MPa při teplotě 350 řC (provozní tlak činí 15,7 MPa při teplotách 290 až 320 řC) a je vyrobena z vysoce kvalitní nízkolegované chromnikl-vanadové oceli. Byla vyrobena ve Škodě Plzeň tak, aby byla zajištěna požadovaná radiační odolnost materiálu. Ke sledování křehnutí tlakové nádoby působením neutronového záření jsou v reaktoru umístěny osvědčené vzorky materiálu, které se pravidelně hodnotí a měří.
Aktivní zónu reaktoru o výšce 3530 mm a průměru 3160 mm tvoří celkem 163 palivových tyčí. Palivové soubory jsou uspořádány v hexagonální mříži. Každý palivový soubor sestává z 312 palivových proutků, 18 vodních trubek a z jedné centrální měřicí trubky. Aktivní zóna je umístěna v tlakové nádobě reaktoru.
Palivové soubory vyrobené firmou Westinghouse jsou v aktivní zóně umístěny v přesně stanovených pozicích. V celé vsázce je 92 tun paliva, které je tvořeno mírně obohaceným uranem 235. Při výměně paliva se ročně vyjme z aktivní zóny asi čtvrtina palivových souborů. Při štěpení jader vzniká ionizující záření, které je absorbováno v samotném palivu, v chladivu, v konstrukčních materiálech a ve stínění.
U žádného jiného technického zařízení se neklade tak velký důraz na bezpečnost jako u jaderných elektráren. To pak vedlo k vlastní bezpečnostní filozofii, která se stala příkladem i pro jiné technické oblasti.
(spe)