30 évvel ezelőtt, 1986. április 26-án történt az atomenergia békés célú alkalmazásának legsúlyosabb balesete az egykori Szovjetunió (a mai Ukrajna) területén, a csernobili atomerőműben. A balesetnek nagyon jelentős hatása volt a nukleáris energetikára, mind a technológiát, mind a szabályozást, mind a társadalmi elfogadottságot illetően. A baleset, illetve az azt követő szovjet elhallgatás és a tájékoztatás csődje sokak szerint a Szovjetunió felbomlásában is fontos szerepet játszott.
Az RBMK reaktor
A baleset idején Csernobilban négy RBMK típusú atomerőművi blokk üzemelt. Az RBMK egy jellegzetes, nagy egységteljesítményű grafit moderátoros könnyűvíz hűtésű, forralóvizes reaktortípus. Felépítése jelentősen eltér a többi energetikai reaktorétól, ugyanis a korai plutónium-termelő reaktorok továbbfejlesztésén alapul. (A közhiedelemmel ellentétben a balesetet szenvedett csernobili reaktorban nem termeltek fegyvercélú plutóniumot, de maga a típus valóban alkalmas lett volna erre.)
A reaktorban az üzemanyag és a láncreakcióban keletkezett hő elvonását végző hűtővíz (hagyományos könnyűvíz) – az elterjedtebb BWR (forralóvizes) reaktoroktól eltérően – nem egy nagyméretű, nagy nyomásra tervezett reaktortartályban, hanem különálló hűtőcsövekben áramlik, a grafit moderátor pedig a csövek között, azokon kívül található. Ennek a reaktortípusnak van néhány előnyös tulajdonsága: a hűtőcsöves kialakítás miatt a reaktor leállítása nélkül is elvégezhető az üzemanyag cseréje (ehhez csak az adott hűtőcsatornát kell kizárni és egy speciális átrakógépet rácsatlakoztatni), valamint gyakorlatilag korlátok nélkül növelhető a reaktortípus teljesítménye újabb üzemanyag és hűtőcsatorna hozzáadásával. Nem véletlen, hogy a baleset idején már 1300 MW-os (eredetileg 1500 MW-osra ra tervezett) RBMK is üzemelt Litvániában, de már tervezés alatt állt a 2000 MW egységteljesítményű modell is.
Az RBMK reaktor felépítése (Forrás: WNA)
A néhány előnyös tulajdonság azonban jóval több, súlyosan hátrányos jellemzővel párosult. A reaktor mérete a csöves elrendezés és a grafit moderátor miatt óriási volt (az 1661 hűtőcsatornában elhelyezett 190 tonna urán mellett 1700 tonna grafitot tartalmazott). Ez a nagy méret bonyolulttá tette a reaktor szabályozását. Még nagyobb gond volt azonban a reaktorban az inherens biztonság hiánya. Az inherens biztonság azt jelenti, hogy az aktív zónában olyan visszacsatolások működnek, amelyek reaktorfizikai szempontból a biztonság irányába viszik a reaktort – ez nem utólag beépített, mérnöki berendezéseket jelent, hanem a fizika és a reaktorfizika alkalmazását a biztonság érdekében.
A könnyűvizes reaktorokban (ilyenek a paksi atomerőmű jelenlegi és tervezett blokkjai is) a neutronok lassítását végző moderátor és a hasadásokban keletkező hőt elvonó hűtőközeg is ugyanaz a könnyűvíz. Nézzük, mi történik ezekben a reaktorokban, ha a láncreakció felgyorsul! A hasadások számának növekedésével egyre több hő keletkezik, magyarul az üzemanyag felmelegszik, hőjét pedig átadja a hűtőközegnek, így az szintén felmelegszik. A hőmérséklet emelkedésével a hűtőközeg forrni kezd, azaz gőzbuborékok jelennek meg benne, amelynek hatására csökken a neutronok lassításának hatékonysága (ami szükséges lenne a láncreakció fenntartásához), így végeredményben a hasadások száma csökkenni kezd. A reaktor tehát rendelkezik egy bizonyos önszabályozó képességgel, ami segít megakadályozni azt, hogy ún. kritikussági baleset következzen be benne.
Itt meg kell jegyezni, hogy egy ezzel ellentétes hatású folyamat is lezajlik: a könnyűvíz molekulákban (H2O) levő hidrogén bizonyos valószínűséggel elnyeli a neutronokat, amik így már nem vehetnek részt a hasadásokban. A közeg elforrásával – amellett, hogy a moderátor sűrűsége csökken – a neutronelnyelő anyag sűrűsége is csökken, azaz több szabad neutron fog rendelkezésre állni a hasadásokhoz. Ez a folyamat könnyűvizes reaktorokban elhanyagolható a moderátorsűrűségre gyakorolt hatásához képest, a két effektus eredője tehát negatív visszacsatolás. Ezt úgy mondjuk, hogy a könnyűvizes reaktorok üregtényezője (az üreg a gőzbuborékot jelenti) negatív.
Negatív visszacsatolás nyomottvizes reaktorokban, és annak hiánya az RBMK-ban (Forrás: Aszódi Attila)
Az RBMK-ban ezzel szemben a moderátor és a hűtőközeg nem ugyanaz az anyag: a moderátor a fent említett hatalmas grafittömbök formájában a hűtőközeget és üzemanyagot tartalmazó csatornák között helyezkedik el. Így a láncreakció intenzitásának növekedésekor hiába forr el a hűtőközeg egy része, a moderátor anyag magsűrűsége csaknem változatlan marad, hiszen a grafit hőtágulása ilyen szempontból csaknem elhanyagolható, ráadásul a grafit felmelegedése ebben a folyamatban sokkal lassabb. A helyzetet tovább rontja az, hogy a víz elforrásával ebben az esetben is elvesztjük a neutronokat elnyelő hidrogén egy részét, itt a nyomottvizes reaktorokkal ellentétben azonban nem kompenzálja a folyamatot a moderátorsűrűség csökkenéséből eredő neutronszám-csökkenés, hiszen a grafit magsűrűsége a folyamatban alig változik (a szilárd grafit ebben a folyamatban nem "forr el", benne buborékok nem keletkezhetnek). Az RBMK-ban tehát – bizonyos üzemállapotokban – a láncreakció megszaladása a neutronok számának további emelkedését eredményezi, azaz a reaktor nem önszabályozó, üregtényezője pozitív. Ez egy rendkívül veszélyes reaktorfizikai tulajdonsága az RBMK reaktornak, ami teljesen eltér a könnyűvíz hűtésű, könnyűvíz moderálású reaktorokétól.
Ez a pozitív üregtényező mint konstrukciós hiba a csernobili baleset alapvető oka (root cause), emellett azonban még számtalan további tervezési hiányosság terhelte a típust. Ilyen volt például a biztonsági védőépület (konténment) hiánya, vagy a biztonsági rendszerek kikapcsolhatósága.
A baleset
A balesetet egy rosszul megtervezett és a biztonsági rendszabályok sorozatos, durva megszegésével végrehajtott kísérlet okozta, amelynek során lecsökkentették volna a reaktor teljesítményét, majd leállították volna azt. A kísérletet azonban késleltette a teherelosztó kérése, ami miatt fél napig alacsony teljesítményen üzemelt a reaktor, igen jelentős xenon-mérgezettséget eredményezve, és instabil állapotba juttatva a reaktort. (A xenon-mérgezettség azt jelenti, hogy a reaktorban nagy mennyiségű - az urán hasadásából keletkező - Xe-135 izotóp halmozódik fel, amely előszeretettel nyeli el a reaktorban a neutronokat. Mennyisége azonban nem állandó, kiszabályozása emiatt, főleg nagyméretű reaktorokban nehézkes.)
Az operátorok ezután számos biztonsági berendezést kiiktatva próbálták előkészíteni a blokkot a tervezett kísérletre, ami az instabil reaktorban ún. megszaladáshoz, azaz a láncreakció ellenőrizetlen felgyorsulásához vezetett. Ennek következtében hatalmas energiamennyiség szabadult fel a reaktorban gőzrobbanást okozva, tönkretéve az üzemanyagot és a hűtőcsatornákat, és óriási mennyiségű vízgőzt, hidrogént és metánt termelve. A robbanékony gázok berobbanása után a moderátorként alkalmazott grafit meggyulladt, ami a magasabb légkörbe juttatta a kikerülő radioaktív anyagokat.
A tervezési hibák mellett nagyon komoly hiányosságok voltak a vezetési kultúrában és a biztonsági kultúrában is, hiszen a kísérlet, ami a balesethez vezetett, nem lett kellően megalapozva és engedélyeztetve (nem ismerték fel annak biztonsági relevanciáját), ráadásul az operátorok még ettől a rossz tervtől is eltértek, többször megszegték az üzemeltetési szabályzatot.
A felrobbant reaktorépület (Forrás: wikipedia)
Radioaktívanyag-kibocsátások
A robbanás során a reaktorépület gyakorlatilag megsemmisült, emiatt a reaktorban található radioaktív anyagok egy része szinte akadálytalanul kerülhetett a környezetbe. A meggyulladt grafit tüzének eloltása mintegy 8-10 napig tartott, ami tovább fokozta a radioaktív anyagok kibocsátását és transzportját a légkörben. Ennek megfelelően a kibocsátás a baleset után jó egy hétig volt jelentős. A kikerült radioaktív anyagok összes aktivitása a becslések szerint 1-2 EBq (exabequerel = 1018 Bq) lehetett.
A reaktorban lévő nemesgázok (kripton, xenon) 100%-a a környezetbe került. A jód-, tellúr-, és cézium-izotópok 20-40%-a jutott ki. Ezek az izotópok az égő grafit által felmelegített levegővel együtt több kilométer magasságba emelkedtek, és a légköri folyamatok függvényében igen nagy távolságba is eljutottak. A reaktor üzemanyagának kb. 3,5%-a, azaz 6 tonnányi fűtőelem szóródott szét a reaktor körül. A nagyobb fűtőelem-darabkák a reaktor közvetlen környezetében a talajra estek, a kisebb (néhány mikrométeres) darabkák jelenlétét viszont több száz kilométerre is ki lehetett mutatni. (Még Magyarországon is találtak ilyen, Csernobilból származó ún. forró részecskét.) A kevésbé mozgékony izotópok (stroncium, cirkónium, cérium, bárium stb.) az üzemanyagba ágyazódtak, ezért ezeknek is kb. 3.5%-a került a környezetbe a fűtőelem-darabkákkal együtt.
A csernobili baleset által érintett zónákat a talaj felületi radioaktív szennyezettsége alapján határozták meg. Azokat a területeket, ahol a Cs-137 izotóp általi szennyezettség meghaladta a 37 kBq/m2-t, szennyezett, kontaminált zónának nevezték. Súlyosan szennyezett terület alatt az 555 kBq/m2 vagy annál magasabb fajlagos aktivitású területeket értették.
Radiológiai és egészségügyi hatások
A robbanásokban ketten meghaltak. A harmadik elhalálozás másnap reggel történt, égési sérülések miatt. A következő egy hétben további 28 személy veszítette életét égési sérülések vagy súlyos sugárbetegség miatt, így adódik a baleset 31 közvetlen halálos áldozata. Az előzőeket is beleértve 2005 közepéig kevesebb, mint ötven haláleset köthető közvetlenül a balesethez. Ezek többsége olyan erőművi dolgozó és tűzoltó, akik az elhárítás kezdeti fázisában nagyon magas sugárterhelésnek voltak kitéve.
A baleset elhárításán 1986-1987-ben mintegy 200 000 odarendelt katona, belügyminisztériumi dolgozó, tűzoltó, bányász dolgozott, őket hívja a köznyelv likvidátoroknak. Számukra átlagosan 120 mSv effektív dózist adnak a becslések, a későbbi időkben a helyszínen dolgozó további 400 000 likvidátor esetében már sokkal kisebb dózisok adódtak. A 115 000 kitelepítettnek 30 mSv, a 30 km-es zónán kívül szennyezett területeken élőknek 9 mSv a baleset miatti átlagos effektív dózisa.
Szennyezés nagyobb, mint 70 mSievert/óra (a roncstelep kerítésének táblája; Fotó: Aszódi Attila)
A három érintett országon kívül élő európaiak átlagos effektív dózisa 1 mSv lehetett az első évben, később ez jelentősen csökkent. (A távolabbi európai országokban ennél is kisebb sugárterhelés adódott.) Magyarországon az első évben kb. 0,5 mSv volt a lakosság átlagos többletdózisa a baleset következtében, a 70 évre (teljes élettartamra) integrált effektív dózis 1 mSv körüli. Fontos hangsúlyozni, hogy az egyes területek szennyezettsége között nem csupán a távolság miatt lehet különbség, hasonlóan fontos szerepe van a meteorológiai viszonyoknak is. A csernobili balesetet követően elsősorban ott tapasztalták a szennyezőanyagok jelentős kihullását, ahol radioaktív csóva átvonulása idején csapadék is hullott. Ennek tulajdonítható pl. Ausztria Magyarországnál nagyobb szennyezettsége. (Összehasonlításként: a globális átlagos természetes háttérsugárzás 2,3 mSv effektív dózist jelent évente.)
Cs-137 kihullásából adódó szennyezettség Csernobil után (Figyelem! A skála nem lineáris.)
(Forrás: IAEA)
Egyes likvidátorok sugárterhelése jelentősen (akár több nagyságrenddel) meghaladta a lakosság dózisát, így a likvidátorok esetében többféle egészségügyi hatás is kimutatható: a nagyon jelentős sugárterhelést elszenvedettek körében az akut sugárbetegség előfordulásán kívül késői hatásként a szürkehályog, illetve a leukémia gyakoriságának növekedését (a gyakoriság megduplázódását) találták.
A likvidátorokon kívül a lakosságnál is kimutatható a sugárzás egészségügyi hatása, de az más jellegű: 2005-ig mintegy 6000 pajzsmirigyrákos esetet diagnosztizáltak az érintett ukrajnai, orosz és belorusz területeken, amelyek nagy része a pajzsmirigyet ért többlet sugárterhelés következménye. Szerencsére a pajzsmirigyrák nagyon jó prognózisú ráktípus, az időben felfedezett megbetegedések csaknem 100%-ban gyógyíthatók, emiatt is fontos az érintettek monitorozása, melyet a hatóságok kiemelten kezeltek.
A likvidátorok leukémia és szürkehályog esetszám-növekedésén, illetve a lakossági pajzsmirigyrákos eseteken kívül más – sugárzás miatti – hosszú távú hatást, pl. a genetikai mutációk illetve születési rendellenességek gyakoriságának növekedését nem tudták kimutatni.
Kitelepítések
A baleset másnapján, április 27-én kitelepítették az erőmű dolgozóinak is lakhelyéül szolgáló 45 ezres Pripjatyot. Május 14-ig az erőmű 30 km-es körzetében élő összesen 116 ezer lakost áttelepítettek. A későbbiekben 30-ról 40 km-re növelték az erőmű körüli védőzóna nagyságát, ennek eredményeképpen további 220 ezer embert telepítettek át.
Kitelepítés (Forrás: IAEA)
Mintegy ezer kitelepített lakos visszatért az eredeti lakóhelyére, főként az idősebb korosztály képviselői közül. Az elmúlt két évtizedben különböző programok zajlanak a szennyezett területek megtisztítására, 2010-ben pedig Fehéroroszország bejelentette, hogy használatba szeretné venni a korábban szennyezettnek nyilvánított és lezárt területeit. A Fehérorosz Miniszteri Tanács döntése értelmében 2011 és 2015 között, majd egészen 2020-ig egy nemzeti program keretében a korábban szennyezett területeket ismételten használatba veszik, ami a sugárzási szintek figyelembe vétele mellett minimális korlátozások betartása és a használati feltételek rögzítése mellett lehetséges. A csernobili baleset által érintett belorusz területekről (Gomel és Mogilev régiók) korábban 137 ezer embert telepítettek át más területekre. A területen problémát okozhat a mezőgazdasági termelés, hiszen a termények jó része vélt és/vagy valós félelmek miatt eladhatatlan. A túl magas szennyezettségű talajokat beerdősítik.
Hatások az élővilágra a lezárt zónában
Vadlovak a lezárt zónában (Forrás: animal-figures.livejournal.com)
A természeti hatásokat illetően a legsúlyosabban érintett terület a később Vörös Erdőnek nevezett terület volt. Itt a szennyezettség olyan mértékű volt, hogy a fenyők – és számos állategyed is – elpusztultak az akut sugárzás következtében.
Ahogy arról az MNT FINE 2005-ös tudományos expedíciója keretében, a lezárt zónában készített dokumentumfilmben (Csernobil a saját szemünkkel) beszélünk, ott a Vörös Erdőben 1986 április végén, májusában 10 Sv/h nagyságrendű lehetett a dózisintenzitás, ami óriási érték.
A 30 km-es lezárt zónán belül a balesetet követő években az élővilág súlyosan károsodott, az arra érzékeny egyes fajoknál magasabb halálozási rátát és a reprodukciós képesség csökkenését vagy elveszítését, illetve egyes esetekben kromoszómaszintű károsodást is megfigyeltek a magas sugárzási szint miatt. Ugyanakkor a fajok mutációját - egy fenyőfajt leszámítva - nem figyelték meg.
A lezárt zónán kívül nem tapasztalták az élővilág akut sugárkárosodását. A sugárzási szint csökkenésével az élővilág néhány év alatt helyreállt: a területen (az emberi zavaró hatások hiányában) olyan állatfajok jelentek meg, amelyek korábban nem, vagy kevéssé voltak jellemzőek Csernobil környékére. Ezek közül a farkasokat, barna medvét, vörös hiúzt, európai bölényt, és ritka sas-fajokat érdemes kiemelni, valamint a rendkívül ritka vadon élő Przewalski-lovat. Az ENSZ által szervezett 2006-os Chernobyl Forum jelentése alapján a lezárt zóna a vadon élő állatok menedékévé vált. A zóna külső részén a sugárzás lényegesen lecsökkent, az állatok életfeltételei adottak. Néhány nagyobb testű emlős esetében számlálásokat is végeztek, ezek eredménye azt mutatta, hogy az egyes fajok eloszlása nem függ egyértelműen a sugárzási szinttől, és a fajok egyedszáma folyamatosan növekszik.
Szarvasok és vaddisznók egyedszámának változása a sugárzási szint függvényében illetve az idő elteltével (Forrás: cell.com)
A szarkofág
A balesetben megrongálódott reaktorépület természetesen nem volt képes a környezettől elzárni a sérült reaktorzónát, ezért 1986 második felében egy ideiglenesnek szánt védőépületet, az ún. szarkofágot építették a reaktor fölé. A szarkofágot eredetileg csupán tíz évre tervezték, a végleges védőépület felépítését azonban a Szovjetunió felbomlása megakadályozta. Az épület egyre rosszabb állapotban van, nem volt tovább halogatható a cseréje.
A szarkofág (Fotó: Aszódi A.)
Az ukrán állam végül nemzetközi segítséget kért a projekthez, amelyet az Európai Fejlesztési és Újjáépítési Bank (EBRD) koordinál. A létrehozott pénzügyi alapba (Chernobyl Shelter Fund) 1997 óta fizetnek be az országok – Magyarországot is beleértve. 2015 végéig mintegy 1,3 milliárd euró gyűlt össze az alapban, amely fedezi az építés költségeit. A kapcsolódó munkálatokkal együtt a projekt teljes költségvetése 2 milliárd euró lesz.
A teljes szerkezet 257 méter széles, 164 méter hosszú és 110 méter magas lesz, tömege eléri a 29 000 tonnát. Az építés 2012-ben kezdődött meg, az új védőépület befejezését 2017-re tervezik. Az új, immár hermetikus védőépület lehetővé teszi, hogy többnyire távirányítással leszereljék a korábbi szarkofágépületet, amely nélkül nem lenne lehetséges az üzemanyag-maradványok eltávolítása. (Az épülő új védőépületről látványos drónos videó található az EBRD honlapján.)
Az épülő új védőépület (New Safe Confinement) (Forrás: EBRD)
Hatások a nukleáris iparra
A baleset roppant fontos következményekkel járt a nukleáris iparra nézve. A közvélemény – teljesen jogosan – biztonságosan üzemelő atomerőműveket, pontos tájékoztatást, együttműködő üzemeltetőket követelt. Néhány ország végleg elfordult az atomenergia alkalmazásától, de a többi országban is sokat szigorítottak a biztonsági követelményeken. Új reaktortípusok fejlesztése kezdődött meg, ezek lettek a III. generációs reaktorok. Mindamellett, hogy a - nálunk is alkalmazott - nyomottvizes reaktorokban a csernobilihez hasonló megszaladásos baleset fizikai okokból nem tud lejátszódni, és grafit hiányában a kibocsátásokat fokozó grafittűz sem lehetséges, nyilvánvalóvá vált, hogy az új típusok fejlesztésénél figyelembe kell venni az esetleges súlyos balesetek előfordulását is, mérnöki megoldásokat adva súlyos zónasérüléssel járó kis gyakoriságú esetekre és létre kellett hozni a nukleárisbaleset-elhárítást, a lakosság védelméhez szükséges intézkedésekre való felkészülés moder rendszerét is. A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség a csernobili balesetet követően vezette be a nemzetközi nukleáris eseményskálát (az ún. INES skálát) a gyorsértesítések és a lakosság tájékoztatásának elősegítése érdekében.
Csernobil – ismét, a TMI balesetéhez hasonlóan – megmutatta az emberi tényező, a biztonsági kultúra fontosságát, amely ma már alapvető jelentőségű a nukleáris biztonság értékelésében. Emellett a társadalommal való kommunikációt is előtérbe helyezte: ismét bebizonyosodott, hogy a lakosság bizalma csak a megfelelő, őszinte tájékoztatás mellett tartható fenn.
Ajánlott videóanyag: Csernobil a saját szemünkkel
(Dokumentumfilm a 2005-ös magyar tudományos expedícióról, a lezárt zónában végzett mérésekről és megfigyelésekről, Magyar Nukleáris Társaság, FINE)
Részletesebb olvasnivaló: Szatmáry Zoltán, Aszódi Attila: Csernobil - Tények, okok, hiedelmek, Typotex, 2010, ISBN: 978-963-2791-17-3
Felhasznált források:
https://www.iaea.org/sites/default/files/chernobyl.pdf
http://www.cell.com/current-biology/pdf/S0960-9822(15)00988-4.pdf
http://www.unscear.org/unscear/en/chernobyl.html
http://www.ebrd.com/what-we-do/sectors/nuclear-safety/chernobyl-new-safe-confinement.html
