Windscale
Az első windscale-i reaktorok grafitmoderálású, levegőhűtésű, plutoniumtermelő reaktorok voltak. A 2-300 Celsius-fok hőmérsékletű grafit moderátorban az alábbi folyamat játszódik le üzem közben: a neutronok a lassulás során a grafitot alkotó szénatomok magjainak ütköznek. Bizonyos valószínűséggel a szénatomokat ki is mozdíthatják a rácsban elfoglalt helyükről. A rácshelyből elmozdított atom ekkor magasabb energiaszintre kerül, ily módon a grafit energiát tárol. Amennyiben azt az "energiával megszívódott" grafitot felmelegítjük, a hőmozgás következtében az atomok visszaugrálnak az eredeti, alacsonyabb energiájú helyeikre, az energiakülönbség pedig hő formájában jelenik meg, tovább melegítve a grafitot. Ez az öngerjesztő folyamat akár a grafit meggyulladásához is vezethet. A folyamatot felfedezőjéről Wigner-effektusnak, vagy wigneritisznek nevezzük. A wigneritisz lehetőségére Wigner Jenő már a hanfordi plutóniumtermelő reaktorok tervezésekor rámutatott és meg is találta annak ellenszerét: mielőtt még a grafit "túlszívná" magát, rendszeresen fel kell melegíteni, hogy a benne tárolt hő felszabaduljon. Ezzel a windscale-i erőműben is tisztában voltak, azonban 1957-ben túl későn és kellő körültekintés nélkül hajtották végre a felmelegítést. Fellépett a Wigner-effektus, a reaktor túlforrósodott, végül a grafit meggyulladt. A reaktort elárasztották szén-dioxiddal, de ez nem bizonyult elégségesnek. Végül a vízzel történő oltás mellett döntöttek. A 125 méter magas reaktorkéménybe épített szűrők a reaktorból felszabaduló radioaktivitás zömét visszatartották, így komoly környezeti kárt, illetve emberáldozatot az eset nem követelt. A reaktor környezetében egy 500 km2-es területen a tejet emberi fogyasztásra alkalmatlannak minősítették és elkobozták, mivel benne a 131I izotóp koncentrációja meghaladta a megengedett értéket. A reaktor személyzetének egy tagja 46 mSv dózist kapott, ami az éves természetes háttérsugárzás 20-szorosa. Egyébként a lakosság sugárterhelése - a hatósági intézkedések következtében - a megengedett érték alatt maradt.
Three Mile Island
A Three Mile Island-i atomerőmű az USA-ban, Pennsylvania államban található, Harrisburg városkától néhány kilométerre. A TMI-2 blokk egy nyomottvizes reaktorral volt ellátva, a reaktor két hűtőkörrel rendelkezett és a blokk névleges villamos teljesítménye 907 MW volt. A reaktor a baleset napján pont egy éve vált kritikussá, hivatalos átadására pedig három hónappal korábban került sor.
1979. március 28-án következett be a tisztán békés, kereskedelmi célú nukleáris energetika legsúlyosabb balesete. Mindenképpen fontos kihangsúlyozni, hogy bár a baleset szakmai szemmel nézve roppant komoly esetet képviselt, a környezetbe nem jutott ki jelentős mennyiségű radioaktivitás. A csernobili atomerőműben történt baleset, illetve a windscale-i erőműben kiütött grafittűz során kikerült aktivitásnak csupán rendre 40000-ed, illetve 400-ad része volt a baleset következtében a kibocsájtás.
1979. március 28-án kedden hajnalban kezdődött a balesethez vezető eseménysor:
Köznapi nyelvre lefordítva az eddigieket: egy konstrukciós és egy emberi hiba következtében a reaktor egyik hűtőhurkában megszűnt a hő elvezetése. Ennek következtében a primer körben gyorsan nőtt a nyomás és a hőmérséklet. A nyomás növekedése két eseményt váltott ki:
Az utóbbi két esemény bekövetkezése helyes és szükséges volt, de a helyzet ismét rosszra fordult szintén egy emberi és egy konstrukciós hiba miatt:
A reaktortartályban tovább csökkent a nyomás, elkezdett elforrni a hűtőközeg, míg körülbelül a baleset első eseménye után két órával a zóna felső része víz nélkül maradt. A fűtőelemek burkolatának hőmérséklete elérte a 1100 °C-ot, a burkolatok felnyíltak és elkezdődött a víz-cirkónium reakció:
Zr + 2 H2O = ZrO2 + 2 H2.
A felszabaduló hidrogén egy része kijutott a konténmentbe és később egy kisebb robbanás is bekövetkezett. A robbanás a vezénylőben is hallható volt, az operátorok mégsem szereztek róla tudomást.
A zónában elhelyezett hőmérők jelét feldolgozó számítógépi program nem vette figyelembe a zóna kiszáradásának lehetőségét, a gép ezért a valós magas hőmérsékletadatok helyett ekkor csupán kérdőjeleket nyomtatott. A személyzet ezért nem szerzett tudomást a zónában lejátszódó eseményekről. Végül egy szakértő - mintegy két és fél órával az üzemzavar kezdete után - feltette a döntő kérdést: lezárták-e kézzel a nyomásszabályozó szelepet? A válasz: "Igen, ebben a pillanatban."
Ettől kezdve fogva a reaktor állapota nem volt veszélyes, de még több mint tíz órába telt, mire az egyik fő keringtető szivattyút beindíthatták és a reaktor állapota stabilizálódott.
A TMI-2-ben bekövetkezett baleset hatalmas lökést adott az amerikai reaktorbiztonságnak. A fentiekben láthattuk, hogy a balesethez több tervezési és üzemeltetési hiba együttese vezetett el. A baleset körülményeit vizsgáló csoport vezetője Kemény G. János volt, aki már korábban hírnévre tett szert a BASIC-nyelv megalkotásával. Az általa levont legfontosabb következtetések, illetve a reaktorbiztonság fejlesztésére tett és azóta megvalósult javaslatok az alábbiak voltak:
Tragikomikus, hogy a legkomolyabb károkat a környék lakói számára egy, az erőművön kívüli üzemzavar okozta. Ez sem okozott volna nagyobb károkat, ha a média a szükséges hangulatot nem termeti meg hozzá. Kedden 9 órakor informálták a tudósítókat, hogy az erőműnél üzemzavar történt, de radioaktivitás nem került a környezetbe. Másnap a CBS televízió az alábbi - egyébként hamis és értelmetlen - közléseket tette: "Ez az első lépés egy nukleáris rémálom megvalósulása felé. Az atomerőművön belül olyan erős a radioaktivitás, hogy áthatol az 1 m vastag védőfalon és mérföld távolságban is mérhető." Csütörtökön iskolaszünetet rendeltek el. Pénteken következett be az utolsó üzemzavar: véletlenül megszólaltak a harrisburgi légvédelmi szirénák. Az állam kormányzója azt ajánlotta, hogy a várandós asszonyokat és gyerekeket vigyék el a környékről. Az autópályákat menekülők ezrei árasztották el és számos közlekedési baleset történt.
Csernobil
Az 1970-es évek elején a Szovjet Műszaki Energetikai Kutatóintézetben fejlesztették ki a nagyteljesítményű vízforraló csatornarendszerű reaktortípust (RBMK). Az első két nagy elektromos teljesítményű reaktort még az 1970-es években megépítették Leningrádban. További RBMK reaktorok épültek Oroszország erősen iparosodó, energiaigényes nyugati részein, például Kurszkban, továbbá Litvániában (Ignalina) és Ukrajnában (Csernobil) is.
Az RBMK reaktorokkal már a csernobili baleset előtt is felmerültek kisebb problémák. Az Ignalina Atomerőműnél figyeltek meg egy jelenséget: amikor a szabályozó rudakat betolták a reaktorba, a reaktivitás várt csökkenése helyett annak átmeneti növekedését tapasztalták. Ugyanez a jelenség mutatkozott a negyedik csernobili reaktor próbaüzeménél is, de nem tartották elég fontosnak ahhoz, hogy fölhívják rá az operátorok figyelmét vagy leírják a reaktor kezelési utasításában.
A csernobili atomerőmű mérnökét, Anatolij Diatlovot egy másik probléma foglalkoztatta. Amennyiben hirtelen kiesik a hálózati villamosenergia-szolgáltatás, a zóna hűtőközegét keringető szivattyúk leállnak. Ilyen esetekben az automatika leállítja a reaktort, de a maradványhő elvezetéséről a továbbiakban is gondoskodni kell. A fő keringtető szivattyúk üzemeltetéséhez szükséges villamos áramot ilyenkor Diesel-motorok segítségével állítják elő. A Diesel-motorok felpörgéséhez azonban néhány perc időre van szükség. Diatlov a problémára a következő megoldást találta: A hálózati áramellátás kiesése után ugyan leáll a reaktor, így a turbinák gőzellátása hamarosan megszűnik, ellenben a turbina forgórészek tehetetlenségük folytán még egy pár percig forgásban maradnak. A lassuló turbinával meghajtva a generátorokat, áramot lehet előállítani. Ahogy a turbina kipörög, természetesen az áram gyengül. Ezt a problémát a villamos áramkörök bonyolult átkapcsolásaival lehet áthidalni. A módszer gyakorlati kipróbálására üzem közben nincs lehetőség. Várni kellett, amíg a téli villamosenergia-igény csökkenésével az egyik reaktort le lehetett állítani a tavaszi fűtőelemcsere és a karbantartási munkálatok idejére. Diatlov engedélyt kapott Fomintól, az atomerőmű főmérnökétől, hogy a villamosmérnöki kísérletet a négyes számú reaktoron 1986 tavaszán elvégezhessék.
A fiatal villamosmérnökök elsősorban a szivattyúk villamos energiaellátására ügyeltek. Nem vették figyelembe a John Archibald Wheeler és Wigner Jenő által már az 1940-es években Hanfordban felismert veszélyt: az alacsony teljesítményű reaktorüzemeltetés során bekövetkező xenon-mérgezés instabillá teszi a reaktort. Így érkezett el a szombati nap, a görögkeleti naptár szerint nagyszombat. Húsvétra a szakértők is, a döntéshozók is hétvégi házaikba utaztak. (A legtöbb üzemzavar hétvégi hajnalokon szokott bekövetkezni.) A csernobili négyes reaktorban a felszaporodott reaktorméreg miatt a szabályzat szerint megengedettnél jóval nagyobb mértékben kiemelték a legtöbb szabályozó rudat.
![]()
Az RBMK reaktorok tervezési hibája miatt a szabályozó rudak alsó és felső szakasza grafittartalmú. A szabályzat szerint álló reaktorban a szabályozórúd D helyzetben van. Üzem közben a C helyzetet foglalja el, amikor is a neutronelnyelő bóracél helyett grafit helyezkedik el az aktív zónában. Most azonban a felszaporodott reaktormérgek miatt az automatika a nem megengedett A magasságig emelte ki a szabályozó rudakat. Így a reaktorzónában a szabályozórúd helyét grafit helyett víz foglalta el. Ha ebben az állapotban a teljesítmény csökkentése céljából a rudakat beljebb tolják, a neutronokat gyengén nyelő víz helyét a neutronokat egyáltalán nem fogyasztó grafit foglalja el, tehát átmenetileg a teljesítmény növekedése következik be, amit Ignalinában már korábban tapasztaltak. Erről azonban a reaktoroperátorok nem voltak tájékoztatva, ezért úgy döntöttek, nem veszik figyelembe a szabályozó rudak kihúzásának mértékét korlátozó szabályzatot. Hiába mondták utólag a szovjet illetékesek: "- Ilyen állapotban a reaktor üzemeltetését még a miniszterelnöknek sincs joga engedélyezni." - A reaktor ekkor dinamikailag más volt, mint amilyennek az operátorok ismerték. További konstrukciós hibának kell tekintenünk azt is, hogy a szabályozó rudakat mozgató szerkezet kialakítása egyáltalán lehetővé tette a rudak túlzott mértékű kihúzását.
Diatlov mégis kiadta az utasítást a kísérlet megkezdésére. A kivitelezők maguk kívánták irányítani a reaktort a fantáziátlan automatika helyett. A zóna üzemzavari hűtőrendszert - szabálytalanul - már pénteken 14.00 órakor kiiktatták. 26-án hajnalban pedig Diatlov engedélyével kikapcsolták azt az automatikát is, amelyik a hatalmas méretű reaktor teljesítmény-sűrűségének egyenletességét szabályozta.
A gyúlékony H2 és CO a külső levegő oxigénjével érintkezve felrobban. Ez a második, kémiai robbanás lesodorja az épület tetejét is. A grafit a levegőn meggyullad, füstje radioaktivitással szennyezi be az épületet, és annak egyre nagyobb környékét. Valerij Komjencsuk technikus a tető beomlása, Vladimir Sasenok villamosmérnök a robbanás következtében támadt tűz miatt azonnal meghalt.
A reaktor belsejében a hőmérséklet elérte a 3000 °C-ot. A hasadási termékek az üzemanyagból az égő grafitba diffundáltak, onnan pedig a levegőbe jutottak: az összes radioaktív nemesgáz (85Kr, 135Xe), továbbá a mozgékony alkálifém-ionoknak (137Cs) és az illékony jódnak (131I) mintegy 20 %-a. A többi nehézkesen diffundáló radioaktív fémeknek (89Sr, 90Sr, 239Pu) csak 4 %-a jut ki a környezetbe. (Sajnos, az állati-emberi szervezet nem tesz különbséget Cs és K között. A Ca-tól azonban megkülönbözteti a Sr-ot: a szervezetbe beépülő Sr/Ca arány a táplálékban mérhető Sr/Ca aránynak csak 20 %-a volt.)
A grafittűz 10 napon át égett, ezután sikerült bórozott homokkal és ólommal elfojtani. A bór célja a neutronok elnyelése, az ólom pedig megolvadva a levegőt zárja el a reaktortól. Ezalatt 4 EBq (4•1018 Bq) aktivitás szabadult ki a légkörbe, ami 400-szorosa volt a hirosimai atombomba által a levegőbe juttatott radioaktivitásnak, és megközelítette egy nagy hidrogénbomba kísérleti robbantásakor a légkörbe kerülő aktivitás nagyságát.
1986-ban már Gorbacsov vezette a Szovjetuniót. Rizskov miniszterelnököt még szombaton 18 órakor értesítették a csernobili balesetről, ő vasárnap 11 órakor - saját vezetésével - kormánybizottságot hozott létre, amely elindította a szerencsétlenség kivizsgálását és a károk csökkentését. Április 27-én, vasárnap Valerij Legaszov a kivizsgáló bizottság szakmai elnökeként a helyszínre repült. Hétfőn reggel az 1600 km-re fekvő svéd FORSMARK atomerőműhöz munkába érkező dolgozók ruháját a sugárzást mérő kapu belépéskor radioaktivitással szennyezettnek találta. A svédek a szélirány alapján csakhamar rájöttek, hogy a radioaktivitás nem svéd atomerőműből származik, hanem délről jön. Ők a közeli, litvániai Ignalina atomerőműre gyanakodtak és diplomáciai úton felvilágosítást kértek Moszkvától. A TASZSZ hírszolgálati iroda hétfőn 9 órakor adta ki az első jelentést. A szenzációt fölkapta a sajtó. Egyesek úgy nyilatkoztak, hogy ha Csernobiltól 1600 km-re a svédek ilyen aktivitást mértek, akkor Ukrajna és Belorusszia területén milliókat érhetett életveszélyes sugárzás. Nem vették figyelembe azt a tényt, hogy a szél Csernobil felől Svédország felé fújt, ezért észleltek a svédek jelentős aktivitást, de közben nagyrészt lakatlan mocsárvidék terült el.
Bécsben a Nemzetközi Atomenergia Ügynökségnek a nyíltság jegyében Legaszov számolt be arról, mi történt Csernobilban. Felszínre került az RBMK reaktorok két alapvető szerkezeti hiányossága: a grafit-víz rendszer pozitív üregtényezője és a szabályozórúd hibás konstrukciója. Később maga Legaszov mondta el a demokratikus irányzatú Novij Mir (Új Világ) nevű lapnak: instabilitásuk miatt bármelyik RBMK reaktorral előfordulhat hasonló üzemzavar. Legaszov kampányt indított, hogy a Szovjetunióban is hozzanak létre egy független bizottságot a reaktorok biztonságának ellenőrzésére.
A csernobili szerencsétlenségért felelős vádlottak pere 1987. július 7-én kezdődött meg Kijevben. Az eredetileg vádlottnak tekintett két operátor ártatlansága tisztázódott, helytállásuk elismerést nyert. (Azóta mindketten meghaltak az elszenvedett sugárdózis következtében.) Három hét múlva hirdettek ítéletet. Brukhanov, az erőmű igazgatója és Fomin főmérnök (az atomerőmű építésénél eltűrt konstrukciós hibákért), valamint Diatlov helyettes főmérnök (a felelőtlenül lefolytatott műszaki kísérletért) 10 év, Rogozskin ügyeletes főmérnök 5 év, Kovalenko műhelyvezető 3 év, Lauskin biztonsági ügyeletes 2 év börtönbüntetést kapott. Többjüket pár év után szabadlábra kellett helyezni, mert a kapott sugárzás miatt erősen leromlott az egészségi állapotuk.
Azóta a négyes blokk köré beton-szarkofágot építettek, illetve most kap teljesen új burkolatot a sérült reaktorblokk. Csernobilban azóta minden blokkot leállítottak. Napjainkban jelen van bizonyos nyomás a Litvánia és Oroszország területén még üzemelő RBMK reaktorok leállítására. Erre azonban az említett országok energiaigénye miatt eddig nem került sor. Mindenesetre 1,8 %-ról 2,4 %-ra növelték a fűtőelemekben a 235U dúsítását. Növelték a szabályozó rudak számát, megrövidítették leérkezésük idejét. Lehetetlenné tették a védőautomatikák önkényes kiiktatását. Reméljük, hogy az üzemeltetők levonták a csernobili szerencsétlenség tanulságait. Ez természetesen nem változtat azon a tényen, hogy az urán-grafit-víz reaktor szerkezetileg instabil.
Marx György Atommag-közelben c. műve felhasználásával.