Letos uplyne 30 let od havárie v Černobylu. Může se podobná situace opakovat?

Havárie na 4. bloku jaderné elektrárny v Černobylu je jednoznačně nejhorší havárií spojenou s jadernou energetikou v historii. 26. dubna 2016 uplyne od havárie přesně 30 let. Toto jubileum bude jistě připomenuto masovými médii a využito různými zájmovými skupinami k propagaci jejich zájmů. Co se tedy přesně stalo, jaké jsou následky, kolik to všechno stálo a je podobná havárie možná i dnes? Na tyto otázky se článek pokusí odpovědět na základě ověřených informací a statistik z mezinárodních organizací jako IAEA, WHO nebo z exaktního výzkumu prováděného stovkami vědeckých týmů z celého světa.

Havárie

Dne 26. dubna 1986 dva mohutné výbuchy zcela zničily čtvrtý blok jaderné elektrárny Černobyl na území Ukrajiny v tehdejším SSSR. Explozi vodou chlazeného grafitového varného reaktoru RBMK o tepelném výkonu 3200 MW (elektrický výkon 950 MW) způsobil nekontrolovatelný rozběh štěpné řetězové reakce jako následek hrubých zásahů do systémů ochran reaktoru, kterých se dopustila obsluha. Významnou roli však sehrály zvolená koncepce systému umožňující provoz reaktoru s výkonovou kladnou zpětnou vazbou a vážné nedostatky v konstrukci řídicích systémů.

Exploze vyvrhly do okolí jaderné elektrárny 4 % z celkových 114 tun paliva. Silné úniky radioaktivity z hořícího reaktoru se podařilo výrazně omezit až deset dní po osudných explozích. Celkový únik radioaktivity přesáhl 2 milióny TBq. Katastrofa si bezprostředně vyžádala 31 mrtvých (pracovníci elektrárny a hasiči, kteří likvidovali požár), 237 lidí bylo postiženo akutní nemocí z ozáření různého stupně, velkými dávkami záření bylo zasaženo několik tisíc pracovníků, kteří se podíleli na likvidaci následků havárie. Z oblasti o poloměru 30 km od zničeného bloku bylo trvale evakuováno 135 000 obyvatel, tisíce čtverečních kilometrů půdy zůstává dodnes kontaminováno.

Rozvoj jaderné energetiky po Černobylu

Po tragické havárii se ve světě objevily úvahy o zákazu jaderné energetiky, v rámci diskuze bylo nutné zodpovědět dvě základní otázky, které byly v otázce dalšího rozvoje jaderné energetiky rozhodující:

1. Může dojít k havárii typu „Černobyl“ v tlakovodních či jiných reaktorech?
2. Může dojít k havárii typu „Černobyl“ na dalším grafitovém reaktoru RBMK?

Významnou skutečností, která bývá opomíjena, je to, že jaderná elektrárna s reaktory RBMK se zásadně odlišuje od jaderných elektráren s lehkovodními (tedy i českými) reaktory. Tyto rozdíly měly rozhodující vliv na vznik a průběh havárie. Již před havárií v Černobylu v roce 1986 došlo na reaktorech RBMK nejméně ke dvěma nehodám, které signalizovaly závažné nedostatky těchto systémů. Za možnou předzvěst Černobylské havárie lze považovat i havárii, ke které došlo 30. listopadu 1975 na prvním bloku leningradské jaderné elektrárny, kdy následkem lokální kladné zpětné vazby reaktivity došlo k destrukci palivového kanálu a k úniku radioaktivity. K porušení palivového článku došlo rovněž na prvním bloku Černobylské jaderné elektrárny v roce 1982, kde se projevily významné slabiny druhé generace reaktorů RBMK-1000.

Problém kladné zpětné vazby vyvolaný zasouváním regulačních byl odhalen již v roce 1983. Závažnost problému byla odborníkům zřejmá, byla i navržena opatření řešící tento problém, naneštěstí však nebyla realizována. Pozoruhodné a znepokojující je, že možnost provozního režimu reaktoru s kladnou zpětnou vazbou reaktivity vyvolanou zasouváním havarijních tyčí jako bezprostřední příčina havárie byla v roce 1986 sovětskými odborníky v oficiálním výkladu zamlčena.

Problémy provozu RBMK reaktorů

1. Fyzikální:
   • Kladný dutinový (parní) koeficient reaktivity
   • Možnost kladné zpětné vazby při zasouvání regulačních tyčí
   • Xenonové prostorové oscilace
2. Inženýrská:
   • Chybná konstrukce havarijních tyčí
   • Pomalé zasouvání regulačních tyčí v případě havarijního odstavení reaktoru
   • Nedostatečná inženýrská ochrana před možností provozu reaktoru v zakázaném režimu
   • Nedostatečná presentace bezpečnostně důležitých informací operátorům
   • Absence kontejnmentu
   • Nedostatky v systému protipožární ochrany
3. Administrativní
   • Chybějící národní legislativa
   • Nedostatky v předpisech
   • Nedostatky v bezpečnostní dokumentaci
   • Nedůsledná práce a malá autorita státních dozorných orgánů
4. Nerozvinutá kultura jaderné bezpečnosti
   • Nedostatečná hloubka výpočtových havarijních analýz
   • Porušení zásady „zjištěné závady ohrožující bezpečný provoz okamžitě odstraňovat“
   • Přístup personálu i vedení elektrárny k předpisům

Mnohé z těchto faktorů byly po havárii v Černobylu odstraněny a ostatní tři reaktory typu RBMK-1000 zůstaly v Černobylu v provozu až do prosince roku 2000, kdy byl odstaven poslední z nich. V Rusku je stále v provozu 11 bloků RBMK v elektrárnách Kursk 1-4, Leningrad 1-4 a Smolensk 1-3.

Detailní průběh havárie

Dne 25. dubna 1986 v jednu hodinu ráno začal personál s přípravou na plánované odstavení 4. bloku, pracujícího do té doby na jmenovitém výkonu. Palivové články v aktivní zóně již dosáhly plánovaného průměrného vyhoření a reaktor přecházel na ustálenou palivovou kampaň s kontinuální výměnou paliva za provozu. Plánovaná odstávka reaktoru měla být využita k revizní prohlídce a údržbě zařízení.

Před odstavením reaktoru bylo naplánováno provedení experimentu s cílem prokázat, že nově navržený systém regulace napětí na elektrickém generátoru je schopen zásobovat elektrickou energií čerpadlo systému havarijního chlazení po dobu 40 až 50 sekund při dobíhání odstaveného turbogenerátoru. Šlo tedy paradoxně o experiment, zaměřený na zvýšení bezpečnosti reaktoru.

Experiment byl pojímán jednoznačně jako elektrická záležitost z hlediska jaderné bezpečnosti nevýznamná. Řízení experimentu bylo svěřeno specialistům na elektrozařízení, na jadernou bezpečnost byl kladen minimální důraz a vlastní program experimentu nebyl schválen dozornými orgány (jde o vážné prohřešky, které svědčí o nízké kultuře jaderné bezpečnosti, což bylo pro konec osmdesátých let v SSSR bohužel typické).

Snižování výkonu reaktoru započaté v ranních hodinách 25. dubna probíhalo pomalu. Navíc bylo snižování výkonu na žádost energetického dispečinku na 9 hodin přerušeno. V dalším průběhu odstavení reaktoru došlo k celé řadě chyb a vážných porušení bezpečnostních předpisů. Reaktor se tak dostal do nebezpečného provozního stavu, který nebyl v projektových výpočtech ani v bezpečnostních rozborech předvídán. Na základě nových závažných odhalení lze soudit, že operátoři nemohli znát všechna rizika, která realizací experimentu v daných provozních podmínkách podstupovali.

Před provedením vlastního experimentu byla odpojena řada automatických ochran reaktoru, zčásti podle programu experimentu, zčásti však proto, aby experiment mohl být realizován (a případně opakován) bez ohledu na nepřípustné provozní parametry reaktoru. Zejména odpojení poslední ochrany, způsobující automatické odstavení reaktoru při výpadku turbogenerátoru, bylo neomluvitelné, neboť reaktor by se byl dokonce i za dané nepříznivé konfigurace řídicích tyčí v aktivní zóně patrně bezpečně odstavil na samém počátku experimentu, aniž by narušil vlastní průběh pokusu. Nebylo by ovšem možno experiment opakovat (což mohlo ohrozit plnění plánu).

Časový sled událostí

Vlastní experiment byl zahájen 26. dubna v 1:04 hodin uzavřením rychločinné uzavírací armatury posledního turbogenerátoru. Začal růst tlak, současně klesal průtok chladiva reaktorem, tak jak dobíhala cirkulační čerpadla společně s turbogenerátorem. Současně se zvyšovala teplota chladicí vody na vstupu do aktivní zóny, což vedlo k objemovému růstu páry. Při kladném dutinovém koeficientu reaktivity to znamenalo vznik kladné zpětnovazební reaktivity, takže v 1:23,30 hod. byl zaznamenán růst výkonu, který již nemohl být kompenzován automatickým systémem řízení. Operátor sice v 1:23,40 stiskl tlačítko EPS-5, ale tím s ohledem na stav parametrů v aktivní zóně pouze urychlil celý proces. Lze se domnívat, že ještě v tomto okamžiku by bylo možné stisknutím havarijního tlačítka u reaktoru s řádně a rychle fungujícím systémem rychlého odstavení havárii zabránit.

Během několika sekund výkon reaktoru dosáhl mnohonásobku nominálního výkonu. Katastrofální růst výkonu vedl k destrukci paliva a k parní explozi. Během parní exploze došlo k rozptýlení úlomků grafitu a paliva, k poškození hermetického obalu reaktoru, k nadzvednutí těžké horní desky reaktoru, k přetržení všech palivových a regulačních kanálů a patrně i k vymrštění regulačních tyčí nacházejících se v aktivní zóně reaktoru.

Vypařením vody a odstraněním regulačních tyčí z aktivní zóny došlo k dalšímu růstu reaktivity systému. Za vysoké teploty reagovala pára s grafitem a se zirkoniovými materiály, což vedlo k mohutné tvorbě oxidu uhelnatého a vodíku. Další exploze byla patrně způsobena detonací těchto plynů při styku se vzduchem. Následný požár měl za následek vytvoření „horkého komína“, jímž se dostaly radioaktivní látky až do stratosféry. Požár byl díky nezměrné obětavosti požárníků za několik hodin uhašen a v následujících dnech rozžhavené zbytky reaktoru armáda pomocí vrtulníků uzavřela.

V další etapě byl poškozený blok uzavřen do ohromného 60 m vysokého betonového „sarkofágu“, jehož úkolem je zamezit úniku radioaktivních látek. Práce byly uskutečněny bez přítomnosti lidí pomocí dálkově ovládaných zařízení.

Příčiny havárie

Původní sovětská vyšetřovací verze určila jako hlavní příčinu chyby operátorů a selhání lidského faktoru. Pozdější analýzy IAEA však poukazují na konstrukční a koncepční chyby reaktoru a systému regulace. Z materiálů je zřejmé, že tyto skutečnosti nebyly sovětské vyšetřovací delegaci neznámé a je smutnou skutečností, že byly v roce 1986 přes ujišťování o otevřeném a upřímném přístupu sovětské delegace zatajeny. Pozdější sebevražda akademika Legasova, vedoucího sovětského vyšetřovacího týmu, se často dává do souvislostí s touto skutečností.

Jak uvádí zástupce hlavního inženýra Černobylské jaderné elektrárny Anatolij Ďatlov, který byl v průběhu havárie přítomen ve velínu elektrárny, byly nedostatky konstrukce RBMK reaktorů sovětské administrativě známy a vědomě ignorovány. Podle Ďatlova reaktor porušoval více než 30 pravidel projektových norem, k nápravě došlo až po havárii.

Následky havárie

Následky černobylské havárie lze rozdělit do čtyř oblastí:

• Radiologické – relativně limitované důsledky, často pod prahem rozlišení, nicméně vnímané společností jako katastrofické
• Ekonomické následky – rozsáhlé ekonomické přímé i nepřímé škody
• Sociální problémy – evakuace či přesídlení 116 000 obyvatel
• Psychologické – stres, radiofobie a negativní postoj obyvatelstva k jaderné energetice

Během prvního dne bylo velmi těžkým dávkám ozáření vystaveno asi 1000 osob, v průběhu záchranných prací jich však bylo přes 200 000. Mezi první vlnou postižených byl také největší počet obětí. Onemocnění rakovinou vzrostlo ve srovnání s průměrem o 3 %. Dramatičtější je však vzestup v počtu rakoviny štítné žlázy a to především u dětí, které pily mléko krav pasoucích se na kontaminované trávě. Ale ze 4000 mladistvých postižených touto chorobou naštěstí zemřelo jenom 9, neboť rakovina štítné žlázy patří mezi snadně léčitelné formy rakoviny.

237 osob dostalo akutní nemoc z ozáření, z čehož 28 osob zemřelo již v r. 1986 na nemoc z ozáření. Dalších 10 osob zemřelo následně na srdeční choroby a krevní poruchy. Jeden muž zemřel na rakovinu. Zbylých 199 osob poskytovalo ze zdravotního hlediska téměř 10 let po havárii podobný obrázek, jako širší populace obětí: vysoká četnost poruch dýchacího systému, zažívacího a nervového ústrojí.

Aniž chceme zdravotní následky havárie Černobylu podceňovat, je namístě připomenout, že odhady počtu obětí v příštích 40 letech od havárie založené na lineárním modelu účinků nízkých dávek na obyvatelstvo dosáhly několik set tisíc úmrtí na pozdní účinky. Třicet let po havárii se naštěstí tyto spekulace, které někteří publicisté vydávají za realitu, nepotvrzují.

Radiační hormeze

Výraz „hormeze” byl zaveden v roce 1943 pro označení ke stimulaci obranných biologických mechanizmů nízkými dávkami látek, které jsou ve vysokých koncentracích nebezpečné. V 90. letech minulého století se i v českém tisku objevila řada článků věnovaných možnému pozitivnímu působení nízkých dávek záření na lidský organizmus. Zatímco vysoké dávky záření vyřadí kontrolní biologický systém z provozu a navíc vyvolávají obrovské množství mutací, výzkumy naznačují, že nízké dávky působí podobně jako očkování, tj. povzbuzují opravný mechanizmus poškozených buněk i DNA (radiační hormeze). Existují rovněž výzkumné zprávy uvádějící, že organizmy držené v podmínkách, kdy je radiační zatížení nižší než normální, jsou postiženy škodlivě a zotavují se teprve tehdy, když jsou podmínky vráceny k normálu.

Vliv vyšších dávek záření je popisován na zdravotním stavu lidí, kteří přežili atomové bombardování v Japonsku, případně z blízka zažili havárii jaderné elektrárny. Tato populace, sledovaná Radiation Effects Research Foundation, zahrnuje přibližně 75 000 osob, které obdržely více než 1 cGy, s průměrnými dávkami 16 – 18 cGy, a dalších 35 000 kontrolních osob exponovaných méně než 1 cGy. Tyto údaje slouží jako hlavní opora lineárnímu modelu, což je ve skutečnosti extrapolace účinků vysokých dávek k nízkým dávkám, přičemž se faktické údaje v oboru nízkých až středních dávek ignorují.

Jak zjistili japonští výzkumníci, je úmrtnost mezi osobami, které přežily atomové bombardování s dávkami v rozmezí 1 – 9 a 1-19 cGy na rakovinu nižší než u kontrolní skupiny, zejména co se týče leukémie a rakoviny tlustého střeva. Leukémie je nejvýznamnějším negativním zdravotním účinkem, který souvisí se zářením. Vykazuje největší nadměrný výskyt u lidí, kteří přežili atomové bombardování, i u dalších vysoce exponovaných skupin. Nadměrný výskyt leukémie se však pozoruje pouze při dávkách větších než 20 cGy.

Uplatňování lineárního (bezprahového) modelu vyvolává u veřejnosti neoprávněný strach, který přiměl podle odhadů 100 000 až 200 000 žen v západní a střední Evropě, aby se po havárii v Černobylu domáhaly potratu. To byla jedna z největších tragédií způsobených Černobylem.

Situace v Československu

O radiační situaci se mluvilo neurčitě, sdělovací prostředky popisovali havárii jako běžnou poruchu, která je pod kontrolou a Rudé Právo psalo o „Pomlouvačných výmyslech ve sdělovacích prostředcích na Západě“. Radioaktivní mrak však 27. 4. 1986 zasáhl i ČSR. Zaměstnanci JE Dukovany měli paradoxně pozitivní dozimetry když šli do práce, nikoli z práce.

Ze zdravotního hlediska byly nejdůležitějšími radioaktivními látkami cesium a jód. Jód s poločasem rozpadu 8 dní mohl být nebezpečný pouze v prvních týdnech po havárii, ohrožena byla hlavně štítná žláza u dětí. Cesium s poločasem rozpadu 30 let se zapojilo do potravinového řetězce (např. houby, divočina) a bude v něm působit desítky let. Průměrný dávkový ekvivalent však vyhovoval platným předpisům, nelze však vyloučit, že mohl být v individuálních případech překročen.

Byla přijata následující bezpečnostní opatření: Zákaz spotřeby a distribuce mléčných výrobků z ovčího mléka, kravské mléko bylo užíváno pouze k výrobě dlouhozrajících sýrů, aby se obsažený radioaktivní jód stačil rozpadnout a byla pozastavena distribuce dětské mléčné výživy.

Zakázaná zóna

Bezprostředně po havárii bylo přesunuto 116 000 obyvatel z nejhůře postižené oblasti. Později muselo odejít ještě dalších 200 000 osob. Tyto přesuny vyvolaly významné psychologické, sociální a hospodářské problémy.

Okolo elektrárny existují dvě zóny o poloměru 10 km a 30 km. Ve vnitřní zóně je zákaz jakéhokoli pohybu s výjimkou exkurzí a osob, které pracují na elektrárně. V 30 km pásmu proběhla druhá etapa vyklizovacích prací, jejíž součástí byla skrývka milionů metrů krychlových zeminy kontaminované do hloubky 3 cm. Ze zamořené půdy rostou borovice s deformovanými korunami. Ve vnější zóně jsou vesnice, do kterých se především starší lidé rok po havárii vrátili. Dnes jich tam žije na 600. Dostávají finanční dávky od Ministerstva Černobylu a dvakrát týdně jim vozí autobus základní potraviny z území mimo zóny.

Jaká je tedy odpověď na dvě otázky prezentované v úvodu ohledně rozvoje jaderné energetiky po havárii v Černobylu?

1. Fyzikální podstata, konstrukce a značně rozvinuté bezpečnostní systémy tlakovodních reaktorů, varných a dalších pokročilých typů reaktorů znemožňují havárii, která by měla podobné následky, jako havárie v Černobylu. Nelze pochopitelně absolutně vyloučit havárii spojenou s roztavením paliva zbytkovým vývinem tepla v odstaveném reaktoru (Fukušima), nelze si však technicky ani fyzikálně představit okolnosti, které by vedly k nekontrolovanému rozběhu štěpné řetězové reakce na okamžitých neutronech s tak vysokou kladnou reaktivitou, jako v případě 4. bloku Černobylu.
2. Přes ne zcela optimální vývoj v bývalých zemích SSSR provozujících grafitové reaktory RBMK se lze domnívat, že přijatá technická opatření vylučují opakování globální havárie typu „Černobyl“. Neměli bychom však být zaskočeni běžnými poruchami a nehodami, které konec konců provázejí provoz každého technického díla. Lze však předpokládat, že následky případných budoucích havárií elektráren s RBMK zůstanou lokalizovány v prostoru jaderné elektrárny a budou zvládnuty běžnými postupy.

Zdroj úvodní fotografie: Bkv7601