Tšernobõl – miks ja kuidas?

Foto:

26. aprillil 1986 lendas Tšernobõlis õhku Lenini-nimelise tuumaelektrijaama neljanda ploki reaktor. Selle katastroofi tagajärgi on meedias palju kirjeldatud, kuid vähem on valgustatud selle põhjusi ja käiku.

Tšernobõli reaktori plahvatus ei olnud mitte ainult tuumaenergeetika ajaloo suurimate inimkaotuste ja majanduslike kahjudega katastroof, see lõi tõsise mõra ka kogu nõukogude süsteemi ning kiirendas riigi hilisemat kokkuvarisemist. Elamis- ja kasutuskõlbmatuks muutus umbes kolmveerandi Eesti pindalaga võrreldav maa-ala. Plahvatuse tagajärjel lühikese aja jooksul surnud inimeste arv oli vähemalt 4000, tervisekahjustusi said ka paljud Eesti mehed, kes saadeti avarii tagajärgede likvideerimisele. Ohualalt viidi minema 200 000–300 000 inimest, kes jäid ilma kodust, tööst… kõigest. Otsene kahju oli vähemalt 35 miljardit rubla, lisaks suured kaudsed kulud. Radioaktiivsed saasted katsid pea poole Euroopa territooriumist.
Laialt on levinud eksiarvamus, et Tšernobõlis toimus tuumaplahvatus, tegelikult oli tegu auruplahvatusega. Samuti on laialt levinud arvamus, et see avarii toimus tuumajaama tavalise töö käigus, tegelikult toimus see hoopis turbogeneraatoriga läbi viidud elektrotehnilise katse tõttu, millele eelnevalt oli reaktor viidud ebatavalisse ja riskantsesse režiimi.

„Millest on tehtud kõik väikesed poisid?”
Tuumaelektrijaamu on ehitatud juba pool sajandit ja nende erinevaid mudeleid on kümneid ning koguarv küünib ligi poole tuhandeni. On ju tuumkütuse kulu sama koguse energia tootmiseks fossiilsete kütustega võrreldes peaaegu olematu – näiteks vabaneb 10 g uraani tuumade lagunemisel sama palju energiat kui terve raudteevagunitäie kivisöe põlemisel, lisaks vabanetakse ka CO2-emissiooni nuhtlusest. Tuumareaktsioone, mida saab kasutada energia tootmiseks, on kahte liiki: esiteks mõnede raskete elementide (nagu uraan ja toorium) lõhustamine, mis ongi tänapäevaste tuumareaktorite töö aluseks, ja teiseks kergete elementide (vesinik, deuteerium jt) tuumasüntees. Neist esimesel juhul on negatiivseks kaasnähtuseks radioaktiivsete jäätmete teke. Teine (tuumasüntees) oleks küll ideaalne, kuid seda tüüpi reaktorite ehitamine on tehniliselt ülikeeruline ja nende loomine võib vajada veel aastakümneid.
Olemuselt on tuumajaamad ikkagi eri tüüpi soojuselektrijaamad, mis koosnevad n-ö suurest ahjust, mille soojuse arvel keedetakse veest auru, mis omakorda käivitab auruturbiini ja see elektrigeneraatori. Põhiline erinevus seisnebki eeskätt „ahjus”, mida ei köeta ei halgude ega kivisöega (põlevkiviga), vaid uraanivarrastega, mis sisaldavad peamiselt isotoopi U-238 ja vähesel määral lõhustuva tuumaga isotoopi U-235, mis ongi see tegelik nn põlev kütus, sest just selle isotoobi tuuma lõhustumisel neutroni neelamise tulemusena vabaneb energia soojuse näol, lisaks eralduvad 2–3 nn kiiret neutronit (14 000 km/s). Et need tuuma lõhustumisel eraldunud neutronid suudaksid omakorda esile kutsuda järgmiste U-235 tuumade lõhustumise ja sellega käivitada ahelrektsiooni, tuleb nende kiirust vähendada umbes 7000 korda. Selleks kasutatakse nn aeglustit, milleks sobib vesi, raske vesi või grafiit.
Kui aeglustatud ja seega reaktsioonivõimeliste neutronite arv kasvab, siis kasvab ka eralduv soojushulk ja reaktori temperatuur. Et aga reaktor üle ei kuumeneks, tuleb õigel ajal hakata vähendama aeglustatud neutronite hulka, milleks viiakse reaktorisse neutroneid neelavaid boorist või kaadmiumist juht- ehk kontrollvardaid. Nende liigutamine üles kasvatab, viimine alla aga kahandab reaktori võimsust, tavaolukorras toimub see automaatselt vastava juhtprogrammi abil.
Reaktoris eralduv soojus liigub mööda sellesse paigutatud torustikke voolava soojuskandjaga (vesi, gaas või sulametall) aurugeneraatorisse, milles toodetud aur käivitab auruturbiini ja elektrigeneraatori. Kuigi asi näib põhimõtteliselt üsna lihtsana, on tuumaelektrijaam väga keerulise konstruktsiooni ja juhtimis- ning kontrollsüsteemidega rajatis.
Tšernobõli reaktor kujutas endast 15 m läbimõõduga ja 10 m kõrgust silindrit, milles oli 1661 vertikaalset kanalit kütusevarraste ja 211 kanalit juhtvarraste jaoks. Igas kütusekanalis oli 115 kg uraanoksiidi rikastusastmega (s.o U-235 sisaldusega) 2%.

Tšernobõli tuumareaktori ehituse iseärasused
Tšernobõli tuumaelektrijaama kõigis neljas energiaplokis kasutati RBMK-tüüpi reaktorit (esitähed vn k: reaktor bolšoi moštšnosti kanalnõi), mille konstruktsioon oli välja töötatud 1960ndatel aastatel peamiselt instituudi Teploelektroprojekt poolt. Seda tüüpi reaktorit kasutati üksnes Nõukogude Liidus – lisaks Tšernobõlile ka Leningradis, Kurskis ja Ignalinas. Kokku ehitati neid 16. Läänes neid ei ehitatud, sest neid peeti ebakindlateks. Läänes olid/on kasutuses peamiselt PWR-tüüpi surveveereaktorid ja BWR-tüüpi keevveereaktorid.
Nõukogude RBMK-tüüpi reaktorite põhimõtteline erinevus eelnimetatutest seisnes selles, et neutronite aeglustina kasutati grafiiti, mis madala võimsusrežiimi korral võis põhjustada ohtlikku positiivset tagasisideefekti. See tähendab, et võimsuse liigsel suurenemisel hakkab vesi reaktori kanalites keema ja tekkinud aurumullide tõttu väheneb neis neutronite neeldumine, sellega kaasneb ka ahelreaktsiooni kiirenemine, mis omakorda suurendab veelgi aurumullide teket jne ning võib tekkida võimsuse laviinitaolise suurenemise oht. PWR- ja BWR-reaktorites, kus aeglustiks on vesi, põhjustab aurumullide teke ahelreaktsiooni võimsuse vähenemise, sest auru tõttu väheneb reaktsioonivõimeliste aeglaste neutronite teke.
Oluline on lisada, et RBMK-reaktorite eripära tõttu ei ehitatud nende ümber radioaktiivsete ainete keskkonda sattumist tõkestavat tugevat raudbetoonist kaitsekuplit, nagu see on läänes kohustuslik.
Võiks küsida, miks siiski ehitati RBMK-tüüpi reaktoreid? Esiteks, neid võis ehitada märksa suurema võimsusega – 1000 MW elektriliselt, soojusliku võimsusega isegi 3200 MW – ja odavamalt, kuna sai rohkem kasutada tööstuses juba valmistatavaid sõlmi, detaile ja elemente. Kuid veelgi olulisem põhjus seisnes selles, et nende abil sai toota tuumarelva jaoks lõhkeainet plutoonium-239, mis tekib kütusevarrastes neutronite toimel uraan-238st. Kui varrastesse on juba kogunenud paras kontsentratsioon Pu-239, siis tõstetakse nad spetsiaalse kraana abil reaktorist välja ning asendatakse uutega. Olenevalt reaktoris kasutatud võimsusest, asendatakse niimoodi 2–5 kütusevarrast päevas ning seda võib teha reaktori normaalset tööd katkestamata. Standardse kaitsekupli korral ei oleks RBMK-reaktori suure kõrguse tõttu selline kraanatöö võimalik. Pealegi puudusid ülisuurte kaitsekuplite ehitamiseks tehased ja kohaletoimetamiseks transpordivahendid.

Miks võeti Tšernobõlis ette katastroofini viinud katse?
Läbi reaktori kanalite voolab tema töö käigus suur kogus jahutusvett – kuni 75 tonni minutis. Kui vesijahutus on ebapiisav, võib tekkida reaktori ohtlik ülekuumenemine. Näiteks võib see juhtuda siis, kui kogu kohalik elektrivõrk lülitub välja ning seetõttu veepumbad seiskuvad – nagu see juhtus ka Jaapanis pärast märtsikuist maavärinat. Seepärast oli jaamas pumpade toiteks varuks kolm diiselmootoriga elektrigeneraatorit, kuid nende vajaliku täisvõimsuse 5,5 MW saavutamiseks oleks kulunud 60–75 sekundit, mis ei ole siiski ka arvutuste kohaselt piisavalt kiire. Seepärast küpses idee, et elektrikatkestuse korral võiks ära kasutada suure generaatori pöörlemishoo energiat elektri tootmiseks, millega saaks toita veepumpasid seni, kuni avariigeneraatorid saavutavad täisvõimsuse. Kuigi energeetilised arvutused näitasid selle põhimõttelist võimalust, ei olnud seda varasemates katsetes siiski õnnestunud saavutada. Seekordne katse oli planeeritud läbi viia 25. aprillil 1986, mil 4. reaktor pidi seisatatama plaanilisteks hooldus- ja remonditöödeks, ning kasutatama generaatorites ergutusmagnetvälja tekitamiseks täiustatud süsteemi.

Tahtsime kõige paremat, kuid välja tuli nagu ikka
Katse plaan ja tingimused nägid ette, et see tuleb ohutuse eesmärgil läbi viia reaktori termilisel võimsusel 7000–800 MW. 25. aprillil kell 11, kui võimsus oli juba langetatud 1600 MWni, tuli Kiievi regiooni peadispetšerilt käsk võimsust mitte enam langetada, sest pühade-eelses ja kuulõpu tormamises oli ülekoormuse tõttu juba üks elektrijaam rivist välja langenud ning Kiiev vajas voolu. Katse läbiviimine lükkus öise vahetuse peale.
Tuumajaama vahetuspersonal, kes oli valmistunud katseks põhjalikult, lahkus ning operaatorina asus tööle väheste kogemustega insener L. Toptunov. Katse läbiviimiseks sobiv võimsus (700 MW) saavutati alles 26. aprillil kell 00:05, kuid Toptunovi jaoks arusaamatutel põhjustel hakkas reaktori võimsus järsult edasi langema ning ta tegi pabinas jämeda vea – sisestas juhtvardad liiga sügavale reaktorisse, mistõttu selle võimsus langes peaaegu seiskumiseni – vaid 30 MW, ehk umbes viiele protsendile katse alustamiseks vajalikust. Kontrollruumi personal tõmbas nüüd võimsuse taastamiseks juhtvardad välja äärmisse ülemisse asendisse.
Reaktori sellise ebanormaalse käitumise põhjuseks oli nn ksenoonimürgistus, millest Toptunov polnud ilmselt teadlik. Nimelt on uraan-235 lõhestumise üks tüüpilisi produkte lühikese poolestusperioodiga jood-135, mis muundub omakorda ksenoon-135ks. See on aga erakordselt tugev neutronite neelaja, mistõttu ta pidurdab oluliselt ahelreaktsiooni reaktoris. Suurema võimsuse juures toimub reaktoris tema edasine kiire lagunemine, kuid madala võimsuse juures võib teda reaktoris kuhjuda ohtlikult palju. Tegelikult oleks nüüd tulnud reaktorit juhtiv arvuti ümber programmeerida, kuid seda ei tehtud ja reaktor jäi ebastabiilsesse, halvasti juhitavasse seisundisse, samuti jätkus ka personali poolt sooritatud vigade jada. Et ära hoida reaktori peatamine avarii vältimise automaatika poolt, mis oleks järgnenud jahutusveepumpade väljalülitamisele – see oli ju katse osa –, lülitati välja hädaolukorra jahutussüsteem ning mitmed teised kaitsesüsteemid. Samal ajal töötasid kõik 8 jahutuspumpa madalal võimsusel ja kanalites oli vesi peaaegu ilma mullideta, mis muutis reaktori eriti tundlikuks võimsuse tõusu suhtes. Vaatamata sellele et reaktor ei olnud katse läbiviimiseks sobivas režiimis, alustati siiski peainseneri käsul katsega kell 1:23:04 ja turbogeneraator ning neli retsirkulatsioonipumpa lülitati välja. See põhjustas muidugi reaktoris veevoolu nõrgenemise ning aurumullide tekke ja see omakorda positiivse tagasiside tõttu järsu võimsuse tõusu. Seepärast käivitati kell 1:23:40 peamine avarii-päästesüsteem, mis pidi juhtvardad rektorisse sisestama ja selles ahelreaktsiooni pidurdama. Nüüd sai saatuslikuks veel üks RBMK-reaktori konstruktsiooni puudus – esiteks, pikkade juhtvarraste liiga aeglane liikumine (vaid 0,4 m/s) ja teiseks, nende otsas olevate grafiidist osade tõttu need vardad hoopis suurendavad kanalitesse sisenemise algfaasis reaktori võimsust aeglaste neutronite arvu suurenemise tõttu. Võimsus tõusis 10 korda üle normi, kanalid deformeerusid ülekuumenemise tõttu ning juhtvardad jäid neisse kinni ning reaktori võimsuse edasist tõusu ei olnud enam võimalik millegagi peatada. Mitmed tonnid reaktoris olnud vett aurustus peaaegu hetkega ning tekkis auruplahvatus, millega liitus ka vesinikuplahvatus, sest ülikuum aur lagunes kütusevarrastes sisalduva tsirkooniumi toimel vesinikuks ja hapnikuks (paukgaasiks). Plahvatus, mille võimsuseks hinnatakse 1 tonn TNT-ekvivalenti, rebis ära reaktori 2000 tonni kaaluva kaane ja paiskas õhku suure osa reaktorist. Ülikuum grafiit süttis õhu käes ja hakkas põlema. Tekkis nagu väike vulkaan, mis purskas õhku reaktori radioaktiivset materjali peaaegu üheksa ööpäeva vältel, sest seda grafiidimäge oli tavapäraste vahenditega peaaegu võimatu kustutada – seda vaatamata tuletõrjujate, kes ülisuure kiiritusdoosi saanutena hukkusid, mehisusele ja ennastsalgavusele.
Inimesed evakueeriti 30 km raadiuses. Neile öeldi, et midagi kaasa võtta pole vaja, kolme päeva pärast tuuakse neid tagasi, mistõttu paljud ei võtnud isegi suuremat summat raha kaasa. Koduloomad jäeti nende suure radioaktiivsuse tõttu (karvadesse kogunenud tolm) maha, kuni nad näljast metsistusid ja üksteist murdma hakkasid – siis saadeti neid jahtima selleks palgatud püssimehed…
Reaktori ümber ehitati kiiruga radiatsiooni tõkestav raudbetoonist (300 000 tonni betooni, 7000 tonni terast) sarkofaag, et peita ligi 200 tonni tuumkütust, kuid see on hakanud ehitamisega kiirustamise ja aja jooksul eraldunud soojuse tõttu murenema ja lekkima. Seepärast sõlmis Ukraina valitsus lepingu Prantsuse ehitusfirmaga Novarka Tšernobõli 4. reaktoribloki ja sarkofaagi täiendavaks katmiseks 150 m pikkuse ja 105 m kõrguse terasest varjega, mille maksumus on 505 miljonit dollarit. Loodame, et lõpuks saabub ka seal rahu.

Lisa kommentaar

Turvaküsimus: *