Redaktørens note: Denne historie blev opdateret mandag den 10. juni kl. 04.45. E.D.T.
I den nye HBO-miniserie "Chernobyl" afslører russiske videnskabsmænd grunden til en eksplosion i reaktor 4 ved Chernobyl-kernekraftværket, der sprøjtede radioaktivt materiale over Nordeuropa.
Den reaktor, et design kaldet RBMK-1000, blev opdaget at være grundlæggende defekt efter Tjernobyl-ulykken. Og alligevel er der stadig 10 af samme type reaktor i drift i Rusland. Hvordan ved vi, om de er sikre?
Det korte svar er, det gør vi ikke. Disse reaktorer er blevet ændret for at mindske risikoen for en anden katastrofe i Tjernobyl-stil, siger eksperter, men de er stadig ikke så sikre som de fleste reaktorer i vestlig stil. Og der er ingen internationale sikkerhedsforanstaltninger, der kan forhindre opførelse af nye anlæg med lignende mangler.
"Der er et helt antal forskellige typer reaktorer, der overvejes nu i forskellige lande, der adskiller sig væsentligt fra standardlysvandreaktoren, og mange af dem har sikkerhedsmangler, som designerne bagatelliserer," sagde Edwin Lyman, en seniorforsker og fungerende direktør for Nuclear Safety Project ved Union of Concerned Scientists.
"Jo flere ting der ændrer sig," fortalte Lyman til Live Science, "jo mere forbliver de de samme."
Reaktor 4
I centrum af Tjernobyl-katastrofen var RBMK-1000-reaktoren, et design, der kun blev brugt i Sovjetunionen. Reaktoren var forskellig fra de fleste atomvandsreaktorer med let vand, det standarddesign, der blev brugt i de fleste vestlige nationer. (Nogle tidlige amerikanske reaktorer på Hanford Site i delstaten Washington var et lignende design med lignende mangler, men blev rettet i midten af 1960'erne.)
Letvandsreaktorer består af et stort trykbeholdere, der indeholder nukleart materiale (kernen), der afkøles ved en cirkulerende forsyning af vand. I kernesplosion splittes et atom (uran, i dette tilfælde), hvilket skaber varme og frie neutroner, som zing i andre atomer, hvilket får dem til at splitte og frigive varme og flere neutroner. Varmen vender det cirkulerende vand til damp, som derefter vender en turbin, der genererer elektricitet.
I letvandsreaktorer fungerer vandet også som en moderator til at hjælpe med at kontrollere den igangværende nukleare fission i kernen. En moderator bremser frie neuroner, så de er mere tilbøjelige til at fortsætte fission-reaktionen, hvilket gør reaktionen mere effektiv. Når reaktoren opvarmes, vender mere vand til damp, og mindre er tilgængelig til at spille denne moderator-rolle. Som et resultat bremser fissionreaktionen. Denne negative feedback-loop er en nøglesikkerhedsfunktion, der hjælper med at forhindre, at reaktorerne overophedes.
RBMK-1000 er anderledes. Det bruges også vand som kølemiddel, men med grafitblokke som moderator. Variationerne i reaktorkonstruktionen gjorde det muligt at bruge mindre beriget brændstof end normalt og at blive brændstofpåfyldt under kørsel. Men med kølevæsken og moderatorrollerne adskilt, blev den negative feedback loop af "mere damp, mindre reaktivitet" brudt. I stedet har RBMK-reaktorer, hvad der kaldes en "positiv tomrumskoefficient."
Når en reaktor har en positiv hulrumskoefficient, fremskyndes fissionreaktionen, når kølevæsken vender til damp i stedet for at aftappe. Det skyldes, at kogning åbner op for bobler eller hulrum i vandet, hvilket gør det lettere for neutroner at rejse ret til den fission-forbedrende grafitmoderator, sagde Lars-Erik De Geer, en kernefysiker, der er pensioneret fra det svenske forsvarsforskningsagentur.
Derefter fortalte han Live Science, bygger problemet sig: Fission bliver mere effektiv, reaktoren bliver varmere, vandet bliver dampere, fission bliver stadig mere effektiv, og processen fortsætter.
Opkald til katastrofe
Da Tjernobyl-anlægget kørte med fuld kraft, var dette ikke et stort problem, sagde Lyman. Ved høje temperaturer har det uranbrændstof, der styrker fissionreaktionen, en tendens til at absorbere flere neutroner, hvilket gør det mindre reaktivt.
Ved lav effekt er RBMK-1000-reaktorer imidlertid meget ustabile. I opkørslen til Tjernobyl-ulykken den 26. april 1986 foretog operatører en test for at se, om anlæggets turbin kunne køre nødudstyr under et strømafbrydelse. Denne test krævede kørsel af anlægget med reduceret effekt. Mens strømmen blev sænket, blev operatørerne beordret af Kievs magtmyndigheder til at sætte processen på pause. En konventionel fabrik var gået offline, og Chernobyls kraftproduktion var nødvendig.
"Det var meget den vigtigste grund til, at det hele skete i sidste ende," sagde De Geer.
Anlægget kørte med delvis kraft i 9 timer. Da operatørerne fik styr på det meste af resten af vejen ned, havde der været en opbygning af neutronabsorberende xenon i reaktoren, og de kunne ikke opretholde det passende fissionniveau. Strømmen faldt til næsten intet. Ved at forsøge at øge det, fjernede operatørerne de fleste af kontrolstængerne, der er fremstillet af neutronabsorberende borcarbid og bruges til at bremse fissionreaktionen. Operatører reducerede også strømmen af vand gennem reaktoren. Dette forværrede det positive tomrumskoefficientproblem, ifølge Nuclear Energy Agency. Pludselig blev reaktionen faktisk meget intens. Inden for sekunder steg strømmen 100 gange, hvad reaktoren var designet til at modstå.
Der var andre designfejl, der gjorde det vanskeligt at få situationen under kontrol igen, når den startede. For eksempel blev kontrolstængerne tipset med grafit, siger De Geer. Da operatørerne så, at reaktoren begyndte at gå på højen og prøvede at sænke kontrolstængerne, blev de fast. Den øjeblikkelige virkning var ikke at bremse fission, men at forstærke den lokalt, fordi den yderligere grafit ved spidserne oprindeligt øgede fissionreaktionens effektivitet i nærheden. To eksplosioner fulgte hurtigt. Forskere debatterer stadig nøjagtigt, hvad der forårsagede hver eksplosion. De kan begge have været dampeksplosioner fra den hurtige stigning i trykket i cirkulationssystemet, eller den ene kan have været damp, og den anden en brinteksplosion forårsaget af kemiske reaktioner i den svigtende reaktor. Baseret på påvisning af xenonisotoper i Cherepovets, 370 kilometer nord for Moskva efter eksplosionen, tror De Geer, at den første eksplosion faktisk var en jetstråle, der skød flere kilometer ud i atmosfæren.
Ændringer foretaget
Den øjeblikkelige efterslæb af ulykken var "en meget nervøs tid" i Sovjetunionen, sagde Jonathan Coopersmith, en historiker af teknologi ved Texas A&M University, som var i Moskva i 1986. Først holdt de sovjetiske myndigheder information tæt; den statslige presse begravede historien, og rygtemøllen tog over. Men langt væk i Sverige opdagede De Geer og hans medforskere allerede usædvanlige radioaktive isotoper. Det internationale samfund ville snart vide sandheden.
Den 14. maj holdt sovjetleder Mikhail Gorbatsjov en tv-tale, hvor han åbnede for, hvad der var sket. Det var et vendepunkt i den sovjetiske historie, fortalte Coopersmith Live Science.
"Det gjorde glasnost til virkelighed," sagde Coopersmith og henviste til den nye politik for gennemsigtighed i Sovjetunionen.
Det åbnede også en ny æra i samarbejde om nuklear sikkerhed. I august 1986 afholdt Det Internationale Atomenergiagentur et topmøde i Wien, og sovjetiske forskere nærmede sig det med en hidtil uset følelse af åbenhed, sagde De Geer, der deltog.
”Det var utroligt, hvor meget de fortalte os,” sagde han.
Blandt ændringerne som svar på Chernobyl var modifikationer af de andre RBMK-1000-reaktorer, der var i drift, 17 på det tidspunkt. Ifølge World Nuclear Association, som fremmer atomkraft, omfattede disse ændringer tilføjelsen af hæmmere til kernen for at forhindre løbende reaktioner ved lav effekt, en stigning i antallet af kontrolstænger, der blev brugt under drift, og en stigning i brændstofberigelse. Kontrolstængerne blev også eftermonteret, så grafitten ikke ville bevæge sig i en position, der ville øge reaktiviteten.
Tjernobyls andre tre reaktorer arbejdede indtil 2000, men er siden lukket, ligesom to RBMK'er i Litauen er blevet lukket ned som et krav for, at landet skulle indtræde i EU. Der er fire RBMK-reaktorer, der opererer i Kursk, tre i Smolensk og tre i Skt. Petersborg (en fjerde blev pensioneret i december 2018).
Disse reaktorer "er ikke så gode som vores," sagde De Geer, "men de er bedre, end de plejede at være."
"Der var grundlæggende aspekter af designet, der ikke kunne løses uanset hvad de gjorde," sagde Lyman. "Jeg vil ikke sige, at de var i stand til at øge sikkerheden for RBMK samlet set til den standard, du ville forvente af en vestlig stil let vandreaktor."
Derudover påpegede De Geer, at reaktorerne ikke var bygget med fulde indeslutningssystemer, som det ses i vestlige stilreaktorer. Indeslutningssystemer er afskærmninger lavet af bly eller stål, der er beregnet til at indeholde radioaktiv gas eller damp fra at flygte ud i atmosfæren i tilfælde af en ulykke.
Oversyn overset?
På trods af de potentielt internationale virkninger af en atomulykkeulykke er der ingen bindende international aftale om, hvad der udgør et "sikkert" anlæg, sagde Lyman.
Konventionen om nuklear sikkerhed kræver, at lande er gennemsigtige om deres sikkerhedsforanstaltninger og giver mulighed for peer review af planter, sagde han, men der er ingen håndhævelsesmekanismer eller sanktioner. Individuelle lande har deres egne reguleringsagenturer, som kun er så uafhængige, som lokale regeringer giver dem mulighed for at være, sagde Lyman.
"I lande, hvor der er voldsom korruption og mangel på god regeringsførelse, hvordan kan du forvente, at ethvert uafhængigt regulerende agentur vil være i stand til at fungere?" Lyman sagde.
Selvom ingen andre end Sovjetunionen lavede RBMK-1000 reaktorer, involverer nogle foreslåede nye reaktorkonstruktioner en positiv tomrumskoefficient, sagde Lyman. F.eks. Har hurtigopdrætterreaktorer, som er reaktorer, der genererer mere spalteligt materiale, når de genererer kraft, en positiv tomrumskoefficient. Rusland, Kina, Indien og Japan har alle bygget sådanne reaktorer, skønt Japans ikke er operationelt og er planlagt til nedlukning, og Indien er 10 år efter åbningsplanen. (Der er også reaktorer med små positive tomrumskoefficienter, der opererer i Canada.)
”Designerne argumenterer for, at hvis man tager alt i betragtning, er de samlet set sikre, så det betyder ikke så meget,” sagde Lyman. Men designere skulle ikke være overmodige i deres systemer, sagde han.
”Den slags tankegang er det, der fik sovjeterne i problemer,” sagde han. "Og det er hvad der kan få os til problemer ved ikke at respektere det, vi ikke ved."
Editors note: Denne historie blev opdateret for at bemærke, at de fleste, men ikke alle, af kontrolstængerne blev fjernet fra reaktoren, og for at bemærke, at nogle tidlige reaktorer i USA også havde en positiv tomrumskoefficient, skønt deres designfejl var rettet .
