Černobylská tragédie

Ze seznamu havárií různého rozsahu, které se ve světě přihodily v jaderných elektrárnách, se do historie jaderné energetiky nepochybně nejpodstatněji zapsaly dvě: havárie v jaderné elektrárně Three Mile Island v USA r. 1979 a havárie v Černobylu na Ukrajině r. 1986. Obě významně zapůsobily na další vývoj tohoto oboru a pravděpodobně i energetiky vůbec (viz Vesmír 74, 431, 1995/8).

I když havárie v Three Mile Island prokázala, že určitá opatření mohou minimalizovat nebezpečí jejího opakování i zlepšit záchranné procedury v průběhu havárie, černobylská tragédie ukázala, že z této lekce se Sovětský svaz nepoučil. Navzdory zkušenostem z Three Mile Island i nadále podceňoval důležitost vyhodnocování provozních dat, potřebu posílit technické a manažerské schopnosti pracovníků elektráren a zlepšit výcvik operátorů. Přehlížel důležitost spolupráce „lidského“ a „přístrojového“ vybavení z bezpečnostního i provozního hlediska a v okamžiku havárie přehlédl i všechny normy lidského soužití na Zemi. Domácí ani světovou veřejnost o některých faktech neinformoval vůbec, o jiných s neodpustitelným zpožděním. Část informací o havárii samotné byla – zejména zpočátku – záměrně mylná, zmatečná a podceňující ohrožení.

První reakce světové veřejnosti

Na základě všech tehdy dostupných informací, ať již je předali zástupci Sovětského svazu Mezinárodní agentuře pro atomovou energii (IAEA) ve Vídni, anebo posléze vyplynuly z diskusí na mezinárodní schůzce odborníků o černobylské havárii ve Vídni v srpnu 1986, se odborný orgán zmíněné mezinárodní agentury, Mezinárodní poradní skupina pro jadernou bezpečnost (INSAG), pokusil shrnout názory a fakta, navrhl závěry o příčinách i následcích havárie a formuloval doporučení pro budoucnost.

S odstupem času se podařilo získat další informace z analýz prováděných na odborných pracovištích po celém světě anebo prostým zjištěním nových pravdivých skutečností. Proto musela být první shrnující a hodnotící zpráva Mezinárodní poradní skupiny ¹⁾ přepracována a doplněna ²⁾ a tato pozdější formulace z r. 1992 je dnes v podstatě považována za oficiální postoj Mezinárodní agentury pro atomovou energii k příčinám, průběhu a odhadu důsledků černobylské havárie. Dokument je určen odborné veřejnosti.

Reaktor bolšoj moščnosti – kanalnyj

Černobylský jaderný reaktor, na němž došlo k havárii, byl varným reaktorem typu RBMK (Reaktor Bolšoj Moščnosti – Kanalnyj). Byl jedním z 15 reaktorů tohoto typu, navržených a vyrobených v Sovětském svazu, které byly tehdy v zemi provozovány. V Leningradě, Kursku a Černobylu byly v provozu vždy 4 reaktory (bloky) a ve Smolensku 2 reaktory RBMK s výkonem 1 000 MW elektrických (3 200 MW tepelných). Elektrárna Ignalino dokonce již provozovala první blok tohoto typu reaktoru o výkonu 1 500 MW a několik dalších bloků bylo na různých místech SSSR ve stavbě. Tyto reaktory, moderované grafitem a chlazené lehkou vodou, jsou projektovány tak, že chladicí voda, procházející v tlakových trubkách kolem paliva aktivní zónou reaktoru, se za normálních provozních podmínek začíná již v její horní části vařit. Znamená to, že chladicí kapalina zde obsahuje určité množství páry a podíl této složky v chladivu může velmi výrazně měnit jak její chladicí schopnost, tak její moderační vlastnosti, tj. schopnost absorbovat a zpomalovat neutrony.

Tento typ sovětských reaktorů má (jak se během havárie potvrdilo) několik nebezpečných rysů. Jedním z nejzávažnějších je, že za určitých podmínek mohou mít výrazný vliv právě zmíněné proměnné vlastnosti chladiva. Za určitých podmínek tato vlastnost vede ke kladné zpětné vazbě při změně výkonu reaktoru a ve svém důsledku k možné nadkritičnosti a havárii systému. Že i tato poslední „možnost“ nebyla zmařena, lze vysvětlit jen další položkou z výčtu nebezpečných vlastností samotného designu reaktoru RBMK, v tomto případě špatně navrženou soustavou ochrany a řízení reaktoru. Podílí se na tom pomalá (18 s) reakce systému havarijní ochrany reaktoru, dlouhý interval (15 min) automatického vyhodnocování provozních měření, který stanoví podklad pro rozhodnutí operátora a poskytuje mu informaci o minimálním počtu absorpčních tyčí nutných za daného stavu a provozní historie reaktoru k jeho regulaci. Dále je to i neuvěřitelný fakt o rozhodování operátora „naslepo“ na nízkých výkonových hladinách, kdy přístroje monitorující uvnitř reaktoru distribuci toku neutronů již nefungují a vnější přístrojové vybavení vyhodnocuje pouze globální charakteristiky... Rámec a spád celého dramatu pak poskytuje sama veliká válcová aktivní zóna reaktoru RBMK (7 m vysoká, 11,8 m v průměru), jejíž další nepříjemnou vlastností je schopnost ztrácet „souvislost“ aktivní zóny reaktoru jako celku z hlediska parametrů probíhající štěpné řetězové reakce a možnost jejích jednotlivých částí „vyvíjet“ se za jistých okolností svým vlastním způsobem. Zbývá dodat, že několikanásobná možnost samotného designu tohoto reaktoru snížit či ztratit regulovatelnost reaktoru byla doplněna možností vyřadit z provozu části ochrany reaktoru, a to způsobem známým a operátorům dostupným.

Utajené předchozí havárie

Všechny zmíněné nebezpečné vlastnosti designu se 26. dubna 1986 uplatnily na 4. bloku Černobylské jaderné elektrárny při plánovaném a započatém elektrotechnickém experimentu. Že tento původně málo významný „experimentální test“ nikdy neskončí, že bude stát lidské životy a zdraví, že téměř odvrátí lidstvo od používání jaderné energie – to předem nikdo netušil.

Přesto existovaly signály, které i za situace, kdy samotný design reaktoru RBMK vykazoval mnohá vážná porušení předpisů (i tehdejších sovětských!) a nařízení zaručujících jadernou bezpečnost projektovaného systému, mohly možná této havárii zabránit, anebo alespoň zmenšit její rozsah... Těmito signály byly předchozí havárie reaktorů RBMK, předzvěsti Černobylu, které pečlivě utajeny či zapomenuty v nefunkčním soukolí rozpadajícího se byrokratického státu neposloužily ani k vyhodnocení a předání provozního poučení všem ostatním provozovaným blokům RBMK, ani k pozastavení provozu a alespoň některým dílčím změnám designu RBMK. Tyto kroky měl iniciovat sovětský Úřad pro kontrolu jaderné bezpečnosti, ale neučinil tak. Konkrétně jde o menší havárie r. 1975 na 1. bloku Leningradské jaderné elektrárny, r. 1982 na 1. bloku v Černobylu, a zejména problémy na Ignalině r. 1983, jejichž příčinou byly špatně navržené absorpční tyče. Ty sehrály svou roli i 26. dubna 1986 na 4. bloku v Černobylu několik okamžiků před havárii – místo aby jí zabránily, paradoxně přispěly k rozvoji nekontrolovatelné exkurze neutronového toku.

Odlišný přístup k jaderné bezpečnosti

Design postupně stavěných reaktorů RBMK nebyl nikdy do r. 1986 změněn, nikdy do této doby nebyl učiněn pokus napravit některá základní porušení předpisů týkajících se jaderné bezpečnosti na úrovni samotného projektu, nikdy sovětské úřady dohlížející na jadernou bezpečnost nezprostředkovaly poučení personálu a vedení jednotlivých bloků o příčinách provozních potíží a nehod, které se do r. 1986 přihodily. I když havárie v Černobylu přiměla Sovětský svaz, aby se veřejně zavázal provést mnohé změny reaktorů RBMK týkající se jaderné bezpečnosti, zůstává stále otázkou, zda (za předpokladu, že byly skutečně provedeny) jsou dostatečné a zda dohled na jadernou bezpečnost je již v této zemi skutečně prováděn tak, aby dokázal profesionálně zachytit, kvalifikovat a (nejlépe preventivně) reagovat na zjevná i skrytá porušení nebo ohrožení bezpečnosti. Bohužel nedávné zprávy o další vážné poruše při výměně paliva právě na 1. bloku Černobylské jaderné elektrárny, kde problémy týkající se výměny paliva způsobily nehodu již r. 1982, nepřispívají ke kreditu země, která tyto reaktory i přes pochopitelný a důvodný odpor světové odborné i laické veřejnosti dále provozuje.

Ve středním Švédsku, v nádherné krajině na břehu moře, pracuje jaderná elektrárna Forsmark, která jako první místo na světě za hranicemi Sovětského svazu zjistila náhle zvýšenou radioaktivitu ve vzduchu a mohla se pouze dohadovat o jejím původu. Zcela logicky a ve smyslu předpisů pro jadernou bezpečnost, v souladu s ceněnou hodnotou lidského zdraví a života a podle vysoké úrovně kultury v západním pojetí jaderné bezpečnosti, bylo rozhodnuto okamžitě evakuovat obyvatele prvního evakuačního pásma kolem elektrárny, neboť vzhledem k tomu, že ze Sovětského svazu nepřišly vůbec žádné informace o havárii, se elektrárna automaticky musela domnívat, že zdrojem radioaktivity je ona sama. Ve stejnou chvíli evakuace v okolí Černobylu nejen že ještě zdaleka nezačala, ale větší úsilí bylo patrně věnováno snaze zjistit, zda by samotnou informaci o havárii nebylo možno utajit... Po prvních dvou explozích se však z havarovaného reaktoru dostalo do ovzduší a mimo jakoukoliv možnou kontrolu příliš mnoho radioaktivních izotopů. Části materiálů aktivní zóny, grafitový moderátor, palivo.

Důsledky havárie

Jaderné palivo, které se v reaktorech RBMK kontinuálně vyměňovalo, postupně během svého ozařování v reaktoru vyhořívalo a v důsledku štěpné reakce v něm narůstalo množství štěpných produktů – celé škály vesměs radioaktivních izotopů. Pokrytí, které palivo normálně chrání před únikem štěpných produktů po celou dobu v reaktoru i poté během jeho skladování, při havárii po prudkém přehřátí paliva popraskalo, plynná frakce štěpných produktů unikla celá a ostatním z velké části pomohly k rozptýlení do ovzduší zmíněné výbuchy. Existují různé odhady uvolněného množství aktivity ve štěpných produktech, vycházející z měření po havárii i z výpočetních analýz provedených na různých výzkumných pracovištích. I když bylo teoreticky možné zjistit výpočtem pravděpodobné koncetrace všech možných štěpných produktů, lehkých prvků i aktinidů nacházejících se v okamžiku havárie v palivu, jehož předchozí ozařovací historie (doba pobytu, umístění v reaktoru, historie výkonu reaktoru během tohoto ozařování...) je na každé elektrárně evidována, nebylo po havárii možné přesně určit, jaká část z takto zjištěného izotopického inventáře paliva reaktor opustila během havárie i následného požáru grafitového moderátoru a jaká ve zničeném reaktoru zůstala. Zpráva ¹⁾ uvádí ze sovětských zdrojů celkovou hodnotu úniku radioaktivity z paliva 1 až 2.10¹⁸ Bq s chybou ±50 %, získanou měřením vzorků ve 30km pásmu kolem elektrárny, jestliže nejsou započítány radioaktivní plyny xenon a krypton, které z paliva unikly okamžitě a stoprocentně a odnesly s sebou do ovzduší 1,7.10¹⁸ (¹³³Xe) a 3,3.10¹⁶ (⁸⁵Kr) Bq. V následující tabulce jsou tyto hodnoty (stejný zdroj, stejná přesnost) uvedeny pro další významné a zdravotně nebezpečné izotopy, obsažené v palivu havarovaného reaktoru:

Z uvedeného úniku se do ovzduší nejvíce radioaktivity dostalo v bezprostředních okamžicích po výbuchu aktivní zóny (asi 25 %), další dny se únik snižoval, až přibližně desátý den náhle významně poklesl. Co však tento únik znamenal pro 176 lidí, kteří v okamžiku havárie zajišťovali provoz na všech 4 blocích reaktorů RBMK v Černobylu, a pro 268 pracujících zde na výstavbě dalších 2 bloků, spící městečko Pripiať, Ukrajinu, Evropu, Zemi? Kromě zmařených lidských životů, zničeného zdraví lidí a těžkých následků pro životní prostředí znamenal též náhlou a téměř nepřekonatelnou ztrátu důvěry k používání jaderné energie.

Co s novými projekty jaderných elektráren?

Nejzávažnějším sporným bodem všech názorových střetů projektantů a provozovatelů s veřejností se náhle stala otázka bezpečnosti, která se rychle rozšířila nejen na provozované i nově projektované jaderné elektrárny, ale i na všechna další jaderná zařízení, jako jsou závody na přepracování jaderného paliva, sklady a úložiště... Mnoho projektů jaderných zařízení bylo zrušeno, výstavba některých zastavena, jiné právě dostavěné konzervovány. Projektanti jaderných elektráren se snaží této situaci na trhu čelit vývojem a nabídkou nových pokročilých typů budoucích reaktorů. Americký výzkumný ústav pro elektrickou energii (EPRI), podporovaný elektrárenskými společnostmi v USA, vyšel z problémů a nedostatků předchozích typů reaktorů a navrhl kritéria pro reaktor nového typu ³⁾ . Z těchto kritérií mimo jiné plyne, že nový reaktor by měl vyhovovat přísnějším bezpečnostním předpisům než těm, které platí nyní. Jedním z vývojových typů byla zlepšená verze velkých lehkovodních reaktorů (PWR, BWR), které v minulosti stavěly americké firmy General Eletric, Westinghouse anebo Combustion Engineering. Tyto nové elektrárny se mohou zdát podobné starým, mají však výrazně zjednodušené a zlepšené řídicí systémy, vyžadují méně potrubí, mají až o polovinu méně svarů a potřebují také méně elektrických kabelů. Jejich řízení je digitální a dovoluje samodiagnostiku, která zvyšuje pravděpodobnost bezpečného provozu.

Dalším typem (AP600-Westinghouse USA, PIUS- ABB Švédsko), který ve svém designu klade důraz na zvýšení jaderné bezpečnosti, je navrhovaný malý (výkon kolem 600 MW elektrických) reaktor s tzv. pasivní bezpečností. Chladicí systém tohoto typu reaktoru je založen na přirozené cirkulaci – reaktor je totiž ponořen do bazénu o obsahu až 2 – 3 000 m³ vody, která by dokázala pojmout bez odpaření i všechno uvolněné havarijní teplo. Systém je koncipován jako velmi netečný vůči chybám personálu a úmyslnému zneužití. Aktivní zónu reaktoru chrání negativní termohydraulická zpětná vazba, která při havarijním vzrůstu teploty paliva neodvratně zaplaví aktivní zónu reaktoru vodou z vnějšího bazénu obsahující rozpuštěný absorbátor, čímž se reaktor odstaví. Mezi další pokročilé projekty, sledující podstatné zvýšení bezpečnosti, patří např. i vysokoteplotní reaktory s tzv. vnitřní ochrannou obálkou.

Deset let po tragédii

Otázky týkající se ochranné obálky patří mezi jedny z nejožehavějších z hlediska bezpečnosti: zatímco většina současných reaktorů v USA se nachází v ochranné obálce, byl černobylský RBMK typem reaktoru s tzv. lokalizovanou obálkou. Každá část chladicího okruhu a reaktoru zaujímala svá vlastní oddělení, které by při havarii této části potrubí chránilo odpovídající část reaktoru. Aktivní zóna jako celek však byla chráněna jen bočními stěnami, sloužícími jako stínění, a těžkými deskami dole a nahoře. Ačkoliv horní deska byla velmi masivní, byla schopna vydržet nahromaděný přetlak páry uvolněné prasknutím pouze dvou kanálů najednou. Bohužel v průběhu havárie v Černobylu byly postupně porušeny kanály všechny a horní deska byla zvednuta již prvním výbuchem způsobeným uvolněním páry.

Uplynulo 10 dlouhých let od této tragédie a zvýšení jaderné bezpečnosti jak provozovaných, tak nově navržených jaderných elektráren se během této doby stalo tím nejsledovanějším cílem a zásadním předpokladem jejich dalšího provozu. Společenský i profesionální tlak na dodržování a kontrolu předpisů týkajících se jaderné bezpečnosti nesmírně vzrostl.

Přesto je jaderná energetika jen odvětvím lidské činnosti, v němž se černobylská havárie odehrála. V podstatě to však byla havárie mnohastupňové lidské odpovědnosti, havárie totalitní moci, která s arogancí sobě vlastní obětovala lidské životy tak, jak to ostatně hodlala dělat vždycky.