Havárie v jaderných zařízeních 1: 50. léta

Jaderná bezpečnost je pro všechny provozovatele reaktorů nejvyšší prioritou a na její zajištění je kladen velký důraz. Uplatňují se zde opatření, která u jiných elektráren nenajdeme, jako například bezpečnostní systémy se zařízením nejvyšší jakosti, 200 – 300 % záloha těchto systémů, fyzická ochrana, požární ochrana, havarijní připravenost a mnohé další. I proto má jaderná energetika na svědomí mnohem méně úmrtí než energetika uhelná, fosilní, vodní (protržení velkých přehrad a následné hladomory) a dokonce i solární (nehody spojené s instalací panelů si vyžádaly doposud více lidských životů, než celá historie jaderné energetiky). Přesto jsou pro mnoho lidí mnohem děsivější jaderné elektrárny, možná právě pro jejich „mediální prezentaci“. Tento seriál připomene některé nehody, které se v minulosti staly a příčiny které vedly k jejich vzniku.

Limity a podmínky bezpečného provozu – soubor jednoznačně definovaných podmínek a parametrů, pro které je prokázáno, že provoz jaderného zařízení je bezpečný.

Stupnice INES

Pro přehledné posouzení vážnosti situace se používá mezinárodně uznávaná stupnice INES (The International Nuclear Event Scale). Její zavedení usnadňuje komunikaci mezi odborníky, sdělovacími prostředky a veřejností v případě nehody či havárie v oblasti jaderného průmyslu. Stupnice obsahuje sedm stupňů závažnosti, kdy stupně 4 až 7 jsou nazývány jako havárie, stupně 1 až 3 jako nehody a stupeň nula jako odchylka.

• Odchylka
  Nemá bezpečnostní význam

1. Anomálie
   Bez dopadu uvnitř ani vně zařízení. (Porušení předpisů, podmínek či limit pro provoz či přepravu)
   
2. Nehoda
   Rozšíření kontaminace či ozáření zaměstnance uvnitř jaderného zařízení.
   (Nehoda v japonské elektrárně Mihama-2 roku 1991, nebo kanadské elektrárně Pickering A-B v roce 2003)
3. Vážná nehoda
   Velmi malý únik do okolí zařízení. Velké rozšíření kontaminace uvnitř provozu či akutní účinky na zdraví zaměstnanců.
   (Vandellos, Španělsko 1989; Davis-Besse-1 v USA roku 2002; JE Pakš, Maďarsko v roce 2003)
4. Havárie bez rizika vně zařízení
   Malý únik s ozářením obyvatel v povolených mezích. Významné poškození aktivní zóny, ochranných bariér nebo úmrtí zaměstnance.
   (Přepracovatelský závod Windscale Pile, VB, 1973; JE Saint Laurent, Francie, 1980; Tokaimura, závod na výrobu paliva, Japonsko, 1999; JE Jaslovské Bohunice, Slovensko, 1976, 1977)
5. Havárie s rizikem vně zařízení
   Únik vně zařízení s pravděpodobně částečným uplatněním havarijních plánů. Těžké poškození jaderného zařízení.
   (Windscale Pile, VB, 1957; Jaderná elektrárna Three Mile Island v USA roku 1979)
6. Těžká havárie
   Únik radioaktivních materiálů do okolí s pravděpodobným uplatněním havarijních plánů v plném rozsahu.
   (Přepracovatelský závod Kyštym v Sovětském svazu roku 1957)
7. Velmi těžká havárie
   Závažné dopady na zdraví a životní prostředí.
   (Černobyl, SSSR (v současnosti území Ukrajiny), 1986; Fukušima Daiči, Japonsko, rok 2011)

Laboratoře Chalk River (1952 a 1958) – INES 5

Chalk River je kanadské vývojové středisko, které má za sebou mnoho úspěchů ve výzkumu těžkovodních reaktorů. I díky těmto laboratořím vyvinula Kanada svůj vlastní typ reaktorů pojmenovaných CANDU. Pracoval zde i nositel Nobelovy ceny Bertram Brockhouse.

Středisko provádělo pokusy na dvou těžkovodních reaktorech NRX a NRU. První závažnější problém vznikl v prosinci roku 1952 u reaktoru NRX, kdy došlo k částečnému roztavení aktivní zóny. Zaměstnanec laboratoří otevřel ventily, aby z reaktoru vytáhl regulační tyče, čímž způsobil zvýšení výkonu reaktoru. Mechanickou závadou se následně nepodařilo zasunout tyče zpět do reaktoru. Tři tyče zůstaly v horní poloze, což vedlo k přehřátí aktivní zóny a roztavení palivových elementů. Na povrchu palivových článků dochází za vysoké teploty k rozkladu vody na kyslík a vodík, které mohou vytvořit výbušnou směs. Následný vodíkový výbuch přibližně o metr posunul víko reaktoru.

Do sklepení se dostalo asi 4500 litrů kontaminované vody. Část této vody vtekla přes kanály do 1600 metrů vzdálené řeky Ottawy. Odhadovaný únik radionuklidů byl 370 TBq. Na likvidaci havárie se podílel i budoucí americký prezident John Carter, v té době jako důstojník námořnictva. Dva roky po havárii byl reaktor opět spuštěn.

Druhá nehoda vznikla o 6 let později a měla podobný průběh. Některé z palivových souborů vlivem přehřátí popraskaly. Zavážecí stroj se pokusil jednu z palivových tyčí z reaktoru vytáhnout. Při vytahování tyče z reaktoru si obsluha stroje všimla, že tyč začala hořet. Následně došlo k přetržení hořící tyče a větší část spadla zpět do reaktoru. Celá budova reaktoru byla kontaminována a vlivem otevřené ventilace budovy se část rozšířila i do okolí. Požár byl uhašen vědci a údržbáři v ochranných oblecích, kteří pomocí kbelíků sypali mokrý písek do reaktoru.

Zaměstnanci byli dlouhodobě sledováni, ale žádné zdravotní potíže u nich nebyly zjištěny. Přesto byli pracovníci podílející se na odklízení havárie na reaktoru NRU (většinou vojáci) odškodněni za újmu na zdraví. Laboratoře Chalk River slouží pro jaderný výzkum dodnes. Avšak ani jeden z výše uvedených reaktorů není v provozu.

Přepracovatelský závod Majak (1957) – INES 6

Tento komplex v Čeljabinské oblasti v dnešním Rusku byl vybudován v letech 1945-1948 za účelem přepracování paliva z Bělojarské, Kolské a Novovoroněžské jaderné elektrárna a reaktorů jaderných ponorek. Získávalo se zde plutonium pro zbraňový průmysl a dodnes areál slouží jako obrovské skladiště jaderných odpadů, skladovaných především v kapalném skupenství.

Závod Majak (rusky Kyštym) byl chlazen otevřeným okruhem, který využíval vodu z jezera Karačaj a řeky Teča. Závažnou lidskou nedbalostí došlo dne 29. 9. 1957 vlivem ztráty chlazení k havárii na zásobníku s radioaktivním materiálem. Obrovský výbuch vystřelil 150 tunové víko zásobníku a uskladněný materiál byl rozptýlen do okolí závodu a řeky Teča. Únik je odhadován až na 740 PBq, což je srovnatelná hodnota s Fukušimou (900 PBq, Černobyl 5 200 PBq). Kontaminováno bylo několik tisíc km2.

Po havárii byla sledována skupina 29 873 lidí narozených před rokem 1950 a pobývajících v okolí řeky Teča v letech 1950-1960. V následujících letech se vyskytlo 1842 úmrtí způsobených nádorovým onemocněním a 61 případů leukémie. Kolik obětí má na svědomí samotný výbuch v Majaku, nebylo zjištěno. Nyní je radiační pozadí ve městech Kyštym i Ozerskoe velmi nízká (nižší než v Moskvě). Jezero Karačaj a dvě nádrže na řece Teča vybudované pro omezení šíření radionuklidů vykazují dosud nadlimitní hodnoty. Oblast je nazývána Východouralskou radiační stopou. Havárie byla organizaci MAAE přiznána až v roce 1989.

Windscale Pile (1957) – INES 5

V severozápadní části Velké Británie se nachází jaderný komplex Sellafield, který se původně zabýval vojenským jaderným programem. Zdejší dva reaktory Windscalle Piles produkovaly plutonium, které bylo získáváno z použitých palivových souborů v rozsáhlém laboratorním komplexu. Později zde vznikly prototypy britských energetických reaktorů (palivo bylo opět přepracováváno a získané plutonium bylo určeno pro vojenské účely). Dnes se zaměřuje na konec palivového cyklu, tedy nakládání s radioaktivními odpady a použitým jaderným palivem.

Po druhé světové válce usilovala Velká Británie o jadernou zbraň. To se jí díky USA povedlo a roku 1952 proběhl první test britské plutoniové bomby. Pro účely produkce plutonia byly vybudovány dva vojenské reaktory (Windscale 1 a 2). Následně, po objevení vodíkové bomby, začala Anglie prahnout i po ní a tak přebudovala tyto dva reaktory pro účely výroby tritia.

V důsledku tlaku vlády na urychlení dokončení výstavby, minimálním zkušenostem s jadernými reaktory a alibismu některých osob byl projekt od počátku velmi odvážný. Byly zanedbány mnohé faktory jaderné bezpečnosti a možné hrozby byly záměrně bagatelizovány.

Reaktor byl moderován grafitem a chlazen vzduchem. Vzduch byl vháněn do reaktoru ventilátorem ve směru vkládání palivových kartridží a vystupoval z reaktoru do 130 m komína. V komíně byly umístěny filtry, které však nedokázaly pohlcovat Kr, Xe a nakonec ani I131. Palivové kartridže s obsahem uranu se za provozu reaktoru vkládaly z přední strany do reaktoru, čímž došlo k vysunutí použité kartridže na druhé straně. Použité kartdriže po vysunutí padaly do vodního kanálu. V době výstavby ještě nebyla známa tzv. Wignerova energie a proto termočlánky určené pro měření teploty nebyly uzpůsobeny k měření při jejím uvolnění.

Wignerova energie – vlivem neutronového toku dochází k přesunu atomů grafitu z jejich původní polohy v krystalové mřížce do nových poloh, kde způsobují poruchy krystalové mřížky (vakance a intersticiál). V grafitu se hromadí napětí, které je v určitém okamžiku spontánně uvolněno ve formě energie, při přechodu atomů do jejich původní polohy.

Produkce plutonia probíhala po několik let v podstatě bez problémů, proto se vědci i obsluha domnívali, že přechod na výrobu tritia bude podobně hladký. Při výrobě tritia jsou potřeba vyšší teploty, proto byly palivové kartridže upraveny tak, aby měly chladící plochu pro odvod tepla.

Dne 8. října bylo spuštěno vyžíhání grafitu při sníženém výkonu a chlazení. Grafit je vyžíhán ozařováním za účelem samovolného uvolnění potřebné energie. Před tímto samovolným uvolněním, je grafit zahřát a tím dojde ke kontrolovanému uvolnění energie. Den poté pokračovalo vyžíhání při zvýšeném výkonu. Proces byl následně zastaven a opakován. Kvůli selhání měření teploty a následné špatné interpretaci hodnot obsluhou došlo k přehřátí grafitu, který se vznítil. Po tomto souběhu událostí mělo 10. října dojít ke snižování teploty aktivní zóny. To se však nestalo a tak bylo rozhodnuto o zintenzivnění chlazení, čímž byl ohěň rozdmýchán.

Celkově hořelo 11 tun paliva včetně hořčíkového pokrytí teplotou 1300 °C. Požár se dva dny nedařilo uhasit, proto bylo rozhodnuto o riskantním kroku. Vypnou ventilaci a chladit reaktor vodou. V případě kontaktu vody s hořícím palivem by se však vytvořila výbušná směs vodíku a kyslíku. Chlazení nakonec bylo úspěšné a zamezením přívodu vzduchu došlo udušení požáru.

Do okolí elektrárny tehdy uniklo poměrně značné množství izotopů Xe133, I131 a Cs137. V oblasti nehody byla naměřena v produkovaném mléce aktivita překračující až 80 krát naše současné limity. Havárie se dlouho dobu tajila, neproběhla žádná evakuace, mezi obyvatelstvem nevznikla žádná panika. Jediné vyhlášené opatření zakazovalo po dobu 44 dnů pít a využívat mléko. Z této havárie nejsou známy žádné oběti.