awaria w czarnobylu: przyczyny i skutki dr in ż. a. strupczewski

Awaria w Czarnobylu:przyczyny i skutki

• Dr inż. A. Strupczewski• Przewodniczący Komisji Bezpieczeństwa Jądrowego

• Instytut Energii Atomowej, Swierk• A.Strupczewski@cyf.gov.pl

VII Sesja Naukowa im. Rolanda Maze,

XXIII LO Łódź, 1. luty 2008

Plan wykładu 1

1. Ogólna charakterystyka reaktora RBMK 2. Wady konstrukcyjne reaktora RBMK • Brak obudowy bezpieczeństwa • Samoczynny wzrost mocy reaktora RBMK w

pewnych sytuacjach awaryjnych• Błąd konstrukcyjny w układzie prętów

bezpieczeństwa• Możliwość odłączenia układu zabezpieczeń reaktora• Obecność grafitu i niedobór wody. 3. Brak kultury bezpieczeństwa

Plan wykładu cd 2

4. Przebieg awarii5. Działania poawaryjne i budowa

sarkofagu6 Działania dla poprawienia

bezpieczeństwa pracujących jeszcze reaktorów RBMK

7 Jakie byłyby konsekwencje podobnych błędów operatorów w reaktorze PWR?

Czemu budowano reaktory RBMK?

• Rozwiązanie projektowe oparte na reaktorach wojskowych -pracowały w ZSRR od 1948 r, a I EJ Obnińsk od 1954 r.

Pluton do celów wojskowych trzeba usuwać z reaktora już po kilku tygodniach – nie po trzech latach.

• Układ modułowy – rdzeń dostępny w czasie pracy reaktora

• Modułowość umożliwia też budowę wielkich bloków• Woda pełni rolę nośnika ciepła – moderatorem jest grafit• Odizolowanie twórców od świata, • Rozwiązania utrzymywane w tajemnicy

Schemat obiegu pierwotnego reaktora RBMK w Czarnobylu

Konstrukcja RBMK

• Zestawy paliwowe z uranu wzbogaconego w rurach ciśnieniowych

• Wokoło rury szczelina izolacyjna – wokoło grafit• Duże wymiary: średnica 12 m, wysokość 7 m• Wokoło rdzenia wodna osłona biologiczna • Układ regulacji – 211 prętów pochłaniających neutrony• Dodatkowo pręty regulacyjne wsuwane od dołu• Układ chłodzenia – pośredni między PWR a BWR, z

rozdzielenie pary i wody walczakach, woda wraca do rdzenia, para płynie do turbiny i po skropleniu wraca do walczaka.

Układ reaktora RBMK

1- stos grafitowy, 2-7 struktury metalowe, 8 walczak separatora pary, 9 główne pompy cyrkulacyjne, 10- silnik pompy, 11 zawory odcinające, 12 kolektor wlotowy.

Wady RBMK w zakresie bezpieczeństwa

• Brak obudowy bezpieczeństwa – kontrast z USA i wymaganiami na Zachodzie

• Radzieckie przepisy: obudowa bezpieczeństwa wymagana „chyba że konstruktor udowodni że nie jest ona potrzebna…”

• W Czarnobylu częściowy układ lokalizacji awarii – nie obejmował rdzenia i górnej części obiegu pierwotnego

• System wystarczał do lokalizacji przecieków - nie do opanowania skutków dużej awarii

• Układ Awaryjnego Chłodzenia Rdzenia wystarczał do chłodzenia połowy rdzenia ale nie całego rdzenia po awarii.

Widok z zewnątrz reaktorów RBMK w elektrowni Smoleńsk

Hala przeładowcza- rdzeń dostępny z góry

• Maszyna przeładowcza przesuwająca się w hali nad reaktorem może korek nad elementem paliwowym podnieść, paliwo wymienić i korek ponownie załadować na miejsce.

• Hala, w której przesuwa się maszyna przeładowcza, jest normalnie dostępna podczas pracy reaktora.

• Rdzeń nie jest otoczony systemem barier jak w reaktorach PWR .

• Sytuacja w EJ Smolensk, RF.

Zmiany gęstości rozszczepień po odparowaniu części wody

A

B

Uran woda

Uran para wodnaReaktory PWR i WWER

Uran woda grafit

Uran para grafit

A

B

Reaktor RBMK (Czernobyl)

A- normalna praca, B – spadek przepływu wody, część wody odparowuje. W reaktorze PWR lub WWER moc maleje, w reaktorze RBMK moc rośnie.

Błąd konstrukcyjny w reaktorze RBMK

• Skutki wprowadzania pręta bezpieczeństwa do rdzenia reaktora RBMK. Wprowadzanie przedłużacza grafitowego powoduje wzrost mocy w dolnej części rdzenia, a spadek mocy w części górnej (znaki + i – w kolumnie „c”) .

• Ale w chwili awarii rozkład mocy w rdzeniu był przekoszony – moc generowała się głównie w dolnej części.

• Wprowadzanie kilkudziesięciu prętów na raz spowodowało gwałtowny wzrost mocy, który nałożył się na wzrost mocy powodowany utratą wody

+

Pochłaniacz

Rdzeń

Grafit

Woda

(a) (b) (c)

Inne braki w zakresie bezpieczeństwa

• Po awarii projektanci twierdzili że nie wolno było pracować z reaktorem z dużą liczbą prętów bezpieczeństwa poza rdzeniem

• Operatorzy nie wiedzieli o zagrożeniu – bo nie opisano go w raporcie bezpieczeństwa

• Dozór jądrowy pozwolił na to zaniedbanie – byłoby ono nie do przyjęcia na Zachodzie.

• Sygnały zabezpieczeń w Czarnobylu można było odłączyć – i operatorzy to zrobili

• Mało wody – a dużo rozżarzonego grafitu… • Skutek: po awarii jod nie jest zatrzymywany przez wodę• Grafit w reakcji z tlenem płonie…

Brak kultury bezpieczeństwa

Sprawy bezpieczeństwa winny być ważniejsze od produkcji energii

Za bezpieczeństwo EJ winien odpowiadać jej dyrektorAnalizy bezpieczeństwa winny obejmować wszystkie

możliwe awarieDozór jądrowy winien być silny i mieć uprawnienia.W Czarnobylu żaden z tych warunków nie był spełniony.Zaplanowanie doświadczenia – potencjalnie niebezpiecznego

– bez udziału fachowców w zakresie bezpieczeństwa.Pogwałcenie zasad w toku eksperymentu (odłączony UACR,

długa praca na małej mocy spowodowała niestabilność, odłączenie układów bezpieczeństwa).

Przebieg awarii

• Cel eksperymentu: Pokazać, że w razie wyłączenia reaktora energia kinetyczna obracającego się wirnika turbiny wystarczy do zasilania pomp chłodzenia reaktora.

• Doświadczenie uznano za problem elektryczny, nie reaktorowy. • 25 kwietnia rano zmniejszono moc z 3000 do 1500 MW,

odłączono UACR, ale dyspozytor nie pozwolił na eksperyment, bo moc była potrzebna w sieci.

• Przy pracy na malej mocy reaktor ulega zatruciu – trzeba wyciągać z rdzenia pręty regulacyjne by utrzymać go w stanie krytycznym. W miarę upływu czasu sytuacja pogarszała się, reaktor stał się niestabilny.

• Operatorzy wyłączyli układ zabezpieczeń, by umożliwić powtórzenie eksperymentu

• Wreszcie o północy – rozpoczęto eksperyment

Przebieg zmian parametrów reaktora w Czarnobylu w chwili awarii

1. Moc względna, P/Po, %, zmiany najpierw wg skali po lewej stronie, 0-120%, potem wg skali po prawej stronie wykresu, od 0 do 48 000%, 2.

reaktywność Δk/k od -1% do +5%,, 3 objętościowa zawartość pary wodnej, od 0 do 1,2

Awaria!

• O 1.22 operator zmniejszył dopływ wody zasilającej walczaki• 1.23.04 operator odcina dopływ pary do turbiny• Przepływ wody przez rdzeń maleje, bo 4 z 8 pomp są

napędzane przez tę turbinę. • Reaktor w stanie niestabilnym. Moc neutronowa rośnie. • 1.23.20 operator naciska przycisk zrzutu prętów

bezpieczeństwa. Skutek odwrotny – moc rośnie. • Przepalenie paliwa, odparowanie uranu, reakcja wody z

cyrkonem• Zr + 2 H2O = ZrO2 + 2H2 + ciepło. • Rozerwanie rur ciśnieniowych, potem (1.23.48) wybuch

wodoru wskutek kontaktu z powietrzem w obszarze grafitu.

Zmiany reaktywności- pierwotnie i teraz

7 Jakie byłyby konsekwencje podobnych błędów operatorów w reaktorze PWR?

• 1. Obniżenie liczby prętów bezpieczeństwa w rdzeniu reaktora poniżej wartości dopuszczalnej

• 2. Obniżenie mocy poniżej wartości zaplanowanej. • 3. Włączenie dodatkowych pomp w pierwotnym obiegu

chłodzenia. • 4. Wyłączenie awaryjnego układu chłodzenia rdzenia • 5. Wyłączenie sygnałów powodujących awaryjne

wyłączenie reaktora • 6. Błąd konstrukcyjny w układzie prętów bezpieczeństwa • 7. Najważniejsze: zdolność RBMK do samoczynnego

zwiększania swej mocy w warunkach awaryjnych.

Porównanie cech reaktora RBMK w Czarnobylu i reaktorów PWR budowanych w krajach OECD

W Czarnobylu W reaktorze PWRPo wzroście temperatury moc reaktora

Rośnie Maleje

Zrzut prętów bezpieczeństwa powodujePrzejściowy wzrost mocy! Wyłączenie reaktora

Układy bezpieczeństwaByły zależne od operatora Działają samoczynnie

Po błędach ludziMoc wzrosła aż do stopienia paliwa Moc maleje, reaktor wyłącza się

Reaktor zawieraRozżarzony grafit, pali się długo Wodę, naturalne chłodziwo

W razie stopienia paliwaCez i jod wydzielały się z suchego rdzenia Woda rozpuszcza i zatrzymuje cez i jod

Obudowa bezpieczeństwaNie istniała.

Jod i cez unosiły się w górę w powietrzePełna obudowa bezpieczeństwa zatrzymuje

wszystkie produkty rozszczepieniaRozwiązania reaktora

Były tajne, nieznane poza ZSRROparte na reaktorach wojskowych

Nie wykorzystano w nich doświadczeń innych krajów

Są szeroko znane, analizowane w setkach ośrodków, dostępne dla krytyków i przeciwników EJ, usprawniane przy

wykorzystaniu doświadczeń całego świataUrząd dozoru jądrowego

Słaby, podporządkowany celom politycznym Silny, niezależny, oddzielony od produkcji

Zagrożenie po awariiObjęło dużą część Ukrainy i Białorusi, Jest ograniczone do kilku kilometrów

Skutki radiologiczne Czarnobyla

• Awaria czarnobylska nie może zdarzyć się w reaktorach PWR, jakie będą budowane w Polsce.

• Ale jakie były naprawdę skutki radiologiczne tej awarii?

• Aby to ocenić obiektywnie, porównajmy dawki otrzymywane wskutek promieniowania po wypadku na terenach wokoło Czarnobyla i dawki w różnych krajach Europy.

• Skażenia w Ci/km2 można przeliczyć na dawki – i zrobili to zarówno specjaliści Rosji, jak i Komitetu ONZ ds. skutków promieniowania UNSCEAR

Czarn wys - 50 Ci/km2, śr- 15, nis- 5 Ci/km2

0

100

200

300

400

500

600

Austri

aFin

l.

Fran

cja

Grecja

Hiszp.

Polska

Szwajc

.

Szwecja

W. Bryt

.

Czarn m

ax

Czarn

wys

Czarn

nis.

Rejon Czarnobyla

Daw

ka w

cia

gu 7

0 la

t, m

Sv

Skutki CzarnobylaTło naturalne

Dawki w pierwszym roku po awarii w Czarnobylu0.76

0.67

0.57

0.46

0.35

0.30.27 0.27

0.23

0.13

0.0630.027

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Buł Aus Rum Finl Cze Wło Pol Szwa Węgr Niem Fran WBr

mSv

0.27 mSv to wzrost dawki wskutek pobytu przez 1 miesiąc w Finlandii zamiast w Polsce. Boicie się

Państwo jechać do Helsinek?

Uszkodzenia poporodowe noworodków są częstsze w rejonach nieskażonych niż w wysoko skażonych

Wspólne studium FORUM Czarnobyla wykazało, że skutki zdrowotne napromieniowania są znikome

Spadek aktywności cezu

Skutki radiologiczne awarii • Spośród 134 likwidatorów, którzy w czasie awarii otrzymali

w krótkim czasie dawki na całe ciało od 800 do 16 000 mSv, 28 zmarło w ciągu pierwszych 4 miesięcy po awarii wskutek ostrej choroby popromiennej.

• Pozostałych 106 ludzi, którzy otrzymali dawki od 1300 do 5300 mSv znajduje się pod ciągłym nadzorem lekarskim. W grupie tej zarejestrowano 11 zgonów w okresie od 1987 do 1998 roku. Tylko w trzech przypadkach zgony mogły być związane z napromieniowaniem.

• Ponad 100 000 osób zostało ewakuowanych w ciągu pierwszych tygodni po awarii, głównie ze strefy o promieniu 30 km wokoło EJ. Ludzie ci otrzymali znaczące dawki promieniowania na tarczycę i na całe ciało, od 70 mSv na tarczycę wśród dorosłych do 1000 mSv wśród małych dzieci, i średnio 15 mSv na całe ciało

Skutki radiologiczne awarii 2

• Badania lekarskie likwidatorów nie wykazały wzrostu zachorowań na raka, ani zależności umieralności od wielkości otrzymanych dawek. Ogólna umieralność wśród likwidatorów była statystycznie znacząco niższa niż umieralność w grupie kontrolnej spośród społeczeństwa.

• Wysokie dawki na tarczycę po awarii w Czarnobylu spowodowane były głównie spożyciem mleka krowiego skażonego jodem w ciągu pierwszych kilku tygodni po awarii. Dzieci w rejonie miejscowości Gomel na Białorusi otrzymały największe dawki na tarczycę, od zaniedbywalnie małych do 40 Sv, ze średnią dawką 1 Sv dla dzieci w wieku od 0 do 7 lat

Skutki radiologiczne awarii 3

• W rejonie Czarnobyla łączna liczba przypadków wykrytych dotychczas wśród osób, które były dziećmi w czasie awarii doszła do około 4000, z czego 9 dzieci zmarło. Poza zwiększoną częstością przypadków niemego raka tarczycy wśród dzieci w rejonach skażonych, nie ma innych oznak szkód zdrowotnych spowodowanych przez promieniowanie.

• "Nie wykryto wzrostu umieralności lub zapadalności na raka ani na białaczkę, który można byłoby przypisań skutkom działania promieniowania jonizującego" stwierdził komitet UNSCEAR

• W kohorcie 8654 likwidatorów w wieku od 18 do 60 lat, badania obejmujące łącznie okres obserwacji wynoszący 45 166 osobo-lat wykazały, że standardowy wskaźnik zapadalności na raka dla tej grupy wyniósł SIR = 0.88 (0.76, 1.02, 95% CI)” a więc był mniejszy niż dla grupy kontrolnej z ludności nie napromieniowanej.

Skutki radiologiczne awarii 3

UNSCEAR w 2001 roku [10] stwierdził, że brak jest oznak potwierdzających wzrost częstości występowania objawów chorób dziedzicznych, takich jak zespół Downa, anomalie porodowe, poronienia lub umieralność płodów. Zgodnie z końcowym wnioskiem UNSCEAR, ogólne perspektywy zdrowotne dla ludności w rejonie Czarnobyla są pozytywne .

Istotne szkody zdrowotne zostały natomiast spowodowane przez niepotrzebne działania administracyjne mające chronić ludność wokoło Czarnobyla podczas i po awarii. Ewakuacja setek tysięcy ludzi uważana jest obecnie za reakcję przesadzoną, która w wielu przypadkach zrobiła więcej złego niż dobrego

Skutki Czarnobyla

• Naukowcy UNSCEAR stwierdzili, że "występują reakcje psychologiczne na awarię, które nie są spowodowane rzeczywistym napromieniowaniem, lecz strachem przed możliwymi potencjalnie skutkami napromieniowania."

• Chociaż skutki Czarnobyla są poważne, należy podkreślić, że większość z nich jest efektem decyzji podjętych przez polityków pod wpływem strachu i chęci zdobycia uznania politycznego ludności, a nie skutkiem dawek promieniowania.

Czemu oceny są aż tak rozbieżne?

Oceny dotychczasowych skutków Czarnobyla publikowane przez UNSCEAR, IAEA, WHO etc oparte są na sprawdzonych faktach i publikacjach

• Wzrost umieralności i pogorszenie stanu zdrowia w dawnym ZSRR występuje i na Kamczatce i w Kijowie – ale wynika ze zmian ekonomii, nie z promieniowania

Silny nacisk na badaczy by pokazali w swych wynikach nieszczęście ludzi – butem w dr Gayle‘a!

• Oceny przyszłych skutków – przedmiot dyskusji• Oparcie ocen na hipotezie LNT prowadzi do wielkich liczb• Istnieje prosty związek między liczbą przepowiadanych zgonów

a wielkością funduszy na dalsze prace. UNSCEAR i inne organizacje ONZ są bezstronne – stąd ich ocena:

Ogólne perspektywy zdrowotne dla ludności wokoło Czarnobyla są dobre

Dzieci Czarnobyla: Prawda, nie propaganda (rysunek z raportu Forum)