Sprawozdanie z wyjazdu technicznego do Elektrowni jądrowej w Czarnobylu w dniach roku.

Transkrypt

1 K-Koźle Źródła: Sprawozdanie z wyjazdu technicznego do Elektrowni jądrowej w Czarnobylu w dniach roku. - Wikipedia [1] - strefaczarnobyl.pl [2] - materiały własne Organizator:. Za pośrednictwem: Uczestnicy: 1) 2)... 3) 1. Cel wyjazdu: Zapoznanie się z zastosowanymi rozwiązaniami technicznymi, przebiegiem i skutkami największej katastrofy w historii energetyki jądrowej. Rozpoznanie stosowanych w Elektrowni Atomowej typów armatury i innych urządzeń będących w ofercie Zamkon Armaturen K. Zamczewski i S-ka, Spółka Jawna oraz niezbędnych dla nich wymagań materiałowych, dozorowych i atestów. Odbycie spotkań z pracownikami elektrowni w celu poznania ich doświadczeń. 2. Program techniczny wyjazdu: Wizyta na terenie zespołu anten odbiorczych Duga 2 zwanej Oko Moskwy Zwiedzanie miasta Prypeć i miejsc pamięci ofiar katastrofy Wizyty techniczne w Elektrowni Atomowej w Czarnobylu 3. Charakterystyka celu wyjazdu: Katastrofa elektrowni jądrowej w Czarnobylu miała miejsce 26 kwietnia 1986 roku w reaktorze jądrowym nr 4. W wyniku przegrzania reaktora atomowego doszło do 1

2 wybuchu wodoru, pożaru oraz rozprzestrzenienia się substancji promieniotwórczych. Była to jedna z największych katastrof przemysłowych w historii. 4. Zagadnienia techniczne: Pierwszym obiektem technicznym, który zobaczyliśmy było Oko Moskwy. Duga 2, zwana także Czarnobyl-2 wymagała około 1000 osób obsługi. W rejonie kompleksu zbudowano dla personelu i ich rodzin zamknięte miasteczko, nazwane Kurczatow. Personel stacji nadawczej mieszkał w specjalnie wybudowanym miasteczku Lubecz-1. W Czarnobylu-2 postawiono dwa zespoły anten odbiorczych, każdy nastrojony na inne pasmo KF. Mniejszy zespół składał się 12 masztów wysokości 90 m (85 m) na zakres 14 do 30 MHz; większy z 17 masztów wysokości 150 m (135 m), na zakres 4 do 14 MHz. Oba położone były jeden obok drugiego na przestrzeni około 900 m. Każdy z masztów podtrzymywał 21 szerokopasmowych anten o konstrukcji zbliżonej do dipola Nadienienki. W tylnej części konstrukcji znajdowała się siatka, pełniąca rolę reflektora fal. Konieczność zastosowania dwóch anten podyktowana była rozszerzeniem zakresu częstotliwości, aby uniknąć utrudnień propagacyjnych związanych z zakłóceniami jonosfery przez zorze polarne. Pozostałe konstrukcje Duga, których wiązka nie przebiegała przez strefę polarną, zbudowane były z pojedynczych anten. W bezpośrednim sąsiedztwie anten pod ziemią znajdowały się urządzenia odbiorcze i centrum dowodzenia. Na południowy zachód od głównego zespołu anten ścianowych znajdowała się konstrukcja antenowa typu CDAA, zbudowana na planie koła z dwoma koncentrycznymi pierścieniami anten, nastrojonymi na te same zakresy co anteny ścianowe, oraz z częściowo zagłębionym w ziemi, centralnie położonym budynkiem z aparaturą i anteną centralną. Konstrukcja ta pełniła rolę pomocniczą, weryfikując odczyt z anten ścianowych oraz służyła do prac eksperymentalnych. Masa całej konstrukcji w Czarnobylu-2 to ok ton. Koszt budowy radaru szacuje się na 0,5 do 1,5 mld dolarów. Na terenie kompleksu znajdowała się niezbędna infrastruktura towarzysząca, w tym środki łączności. 2

3 Rysunek 1. Na zdjęciu Oko Moskwy. W kolejnych dniach wizytowaliśmy Elektrownię Atomową w Czarnobylu: - Reaktor nr 4 RBMK - Sarkofag Rieaktor Bolszoj Moszcznosti Kanalnyj (ros. Реактор Большой Мощности Канальный, tłum. Reaktor Kanałowy Dużej Mocy) lekkowodny, wrzący reaktor atomowy z moderatorem grafitowym. Pierwszy reaktor tego typu uruchomiono w Leningradzkiej Elektrowni Jądrowej. RBMK był celem sowieckiego programu budowy reaktorów służących do produkcji plutonu do celów militarnych. Jego prototyp, AM-1 ( Атом Мирный, Atom Mirnyj, pokojowy atom ) uruchomiony 27 czerwca 1954 w Obnińsku produkował dla miasta 5 MW mocy do 1959 roku. Chłodzenie lekką wodą i moderacja grafitem umożliwiła stosowanie jako paliwa naturalnego uranu, bez jego uprzedniego wzbogacania. Czyni to z RBMK jeden z najekonomiczniejszych reaktorów. Jednak kombinacja ta oznacza również wzrost reaktywności przy zwiększaniu się ilości pary w rdzeniu reaktora, co utrudnia jego sterowanie i może doprowadzić do utraty stabilności reaktora. Właśnie ten defekt był jedną z przyczyn katastrofy w Czarnobylu. Rdzeń nie ma obudowy bezpieczeństwa w sensie rozumianym na Zachodzie (tzw. containment ). Reaktor jest umieszczony w betonowej studni o wymiarach 21,6 na 21,6 na 25,5 m. Rdzeń stanowi 1661 bloków grafitowych o przekroju kwadratu o boku 250 mm, z pionowymi otworami na kanały paliwowe. Przewodność ciepła między blokami jest 3

4 zwiększona poprzez mieszaninę helu i azotu, wprowadzaną w przestrzeń pomiędzy nimi. Rdzeń otoczony jest warstwą grafitu o grubości mm, spełniającą funkcję reflektora neutronów i pierwszej bariery ochronnej. Całość jest oddzielona od środowiska zewnętrznego pierścieniowym zbiornikiem wodnym o grubości 1,2 metrów, dwumetrową ścianą betonową, a z góry i z dołu płytami stalowymi o grubości mm. Kanały paliwowe są rurami o średnicy 88 mm, wykonanymi ze stali nierdzewnej, a ich główna część przechodząca przez grafit ze stopu niobu i cyrkonu. Każdy kanał był chłodzony indywidualnie, i w każdym z nich wrze osobna porcja wody ogrzewana przez reaktor do temperatury 290 C. Wewnątrz nich umieszczone są po dwa zestawy paliwowe o wysokości 3650 mm po 18 prętów każdy. Pojedynczy pręt paliwowy to rurka (koszulka) cyrkonowoniobowa o średnicy 13,6 mm i grubości 0,9 wypełniona pastylkami paliwowymi o wysokości 15 mm z dwutlenku uranu, minimalnie wzbogaconego do 1,8%. Całkowita masa paliwa wynosi 190 t. Czas przebywania pręta w reaktorze wynosi około 3 lat, a ich przeładunek może przebiegać podczas normalnej pracy reaktora. Rdzeń wyposażony jest w 211 prętów kontrolnych wykonanych z węgliku boru, umożliwiających kontrolę mocy reakcji. Kilkanaście mniejszych prętów wsuwanych od spodu ma za zadanie odpowiednio rozprowadzać energię po rdzeniu, zaś główne pręty wprowadzane są od góry. Część z nich jest sterowana automatycznie, część ręcznie, a pozostałe awaryjnie (aktywowana tylko poprzez przełącznik AZ-5). W razie odchylenia od normalnych parametrów (np. skoku mocy) pręty mogą być opuszczone w celu zmniejszenia lub zaprzestania aktywności reaktora. Zazwyczaj podczas normalnej pracy część prętów jest na stałe wsuniętych do rdzenia, w przeciwieństwie do reaktorów PWR. Blok pracuje z jednym obiegiem technologicznym, ale w dwóch osobnych systemach chłodzenia. W kanałach paliwowych woda pod ciśnieniem odbiera większość ciepła wygenerowanego w trakcie reakcji. Jej część odparowuje, a w separatorach następuje oddzielenie wody z mieszaniny parowo-wodnej wychodzącej z reaktora. Uzyskana para nasycona (o temp. 284 C i ciśnieniu 6,5 MPa, w ilości średnio 5780 t/h) doprowadzana jest do dwóch turbogeneratorów po 500 MW każdy. Po przejściu przez turbiny i skropleniu w kondensatorze kierowana jest z powrotem do reaktora. Sprawność elektrowni wynosi 31%. Rdzeń jest wyposażony w układ awaryjnego chłodzenia reaktora, uruchamiany jeśli obieg chłodziwa zostanie poważnie zaburzony. Reaktory pracują w wieloblokowych elektrowniach, po 2-6 bloków. Zbudowano także udoskonalony reaktor RBMK-1500, o mocy zwiększonej do 1500 MW, który pracował w Ignalinie. Przygotowano także projekty udoskonalonego reaktora RBMK-2000, w którym zastosowano jądrowy przegrzew pary do 450 C i zwiększono wzbogacenie uranu do 2,2%. Bezpieczeństwo. Siłownie oparte na RBMK nie spełniały norm bezpieczeństwa obowiązujących w państwach zachodnich, dlatego budowano je wyłącznie na terenie byłego Związku Radzieckiego. Faktem jest jednak również to, że Związek Radziecki nie byłby zainteresowany żadnymi propozycjami transferu technologii, ze względu na możliwość łatwego wytwarzania plutonu, choć on sam nigdy nie wykorzystywał reaktorów do tego celu. Po pierwsze, należało oddzielać rozżarzony do 750 C grafit od wody i innych źródeł tlenu. W razie rozszczelnienia się któregokolwiek kanału, mogło dojść do zapłonu grafitu i niebezpiecznej eksplozji. Kolejnym problemem był dość powolny mechanizm opuszczania prętów (zaledwie 0,4 m/s), przez co czas od uruchomienia systemu awaryjnego do całkowitego zduszenia reakcji bardzo się wydłużał. Co więcej, obsługa rdzenia ze względu na konieczność wprowadzenia lokalnych systemów zabezpieczeń i sterowania była niezwykle trudna. Rdzeń reaktora w Czarnobylu podzielony był na 12 sekcji z 4

5 lokalnymi systemami sterowania. Ogromną wadą rdzenia był wzrost reaktywności przy zwiększeniu ilości pary (zmniejszenie ilości wody ciekłej) w rdzeniu. W innych reaktorach typu BWR po odparowaniu części wody dochodzi do zmniejszenia reaktywności reaktora, ale w RBMK głównym moderatorem jest grafit, który jest lepszym moderatorem od wody, tak więc gdy woda przekształci się w parę, wzrośnie szybkość reakcji, a wytworzona temperatura może doprowadzić do reakcji cyrkonu z wodą, co może doprowadzić do rozszczelnienia się kanałów i prętów paliwowych. Na dodatek, układ awaryjnego chłodzenia reaktora był oddzielony od obiegu pierwotnego zaworem odcinającym, a nie zwrotnym. Oznaczało to, że woda do układu nie dopływała samoczynnie w wypadku awarii obiegu, lecz trzeba było ją włączać ręcznie. Większość (179) prętów kontrolnych wyposażona była w charakterystyczne głowice tzw. jeźdźców. Między jeźdźcem, a trzonem pręta występowała niewielka przestrzeń. Jeździec, wykonany z grafitu, gdy wsuwa się do rdzenia, jest praktycznie przezroczysty dla neutronów, podczas gdy woda, którą wypycha z kanału, jest ich pochłaniaczem. Oznacza to, że podczas wprowadzania pręta, jego jeździec zwiększa moc rdzenia, nim trzon pręta ją obniży. Reaktor miał jeszcze jeden, bardzo poważny defekt przy pracy poniżej 200 MW stawał się bardzo niestabilny. Przepisy nakazywały w przypadku zejścia poniżej tego progu całkowite wyłączenie reaktora, gdyż w rdzeniu powstawał krótko życiowy izotop ksenonu-135, zaburzający kontrolę mocy i doprowadzający do jeszcze większego spadku energii. Eksplozja rdzenia czarnobylskiego reaktora nr 4 była wynikiem wielu zaniedbań i problemów. Na potrzeby testu wyłączono całkowicie układ awaryjnego chłodzenia i usunięto wszystkie pręty kontrolne, co w połączeniu z odcięciem chłodziwa spowodowało najpoważniejszą awarię w historii energetyki jądrowej. Modyfikacje Po katastrofie wszystkie działające reaktory RBMK w byłym Związku Radzieckim poprawiono w celu poprawy bezpieczeństwa eksploatacji poprzez: zwiększenie liczby prętów kontrolnych sterowanych manualnie z 30 do 45; zainstalowanie dodatkowych 80 pochłaniaczy, aby utrzymać lepszą kontrolę nad reaktorem podczas pracy na małych mocach; wzrost wzbogacania paliwa do 2,4%, aby wypalać je ze zwiększoną ilością neutronów, co ułatwia ich pochłanianie. Kolejnym celem było skrócenie czasu wyłączania reaktora i usunięcie dodatniej reaktywności poprzez: skrócenie czasu wprowadzania głównych prętów kontrolnych z 18 do 12 sekund; przeprojektowanie prętów kontrolnych; zainstalowanie systemu szybkiego opuszczania prętów (tzw. procedura SCRAM); wprowadzenie dodatkowych środków ostrożności przed nieupoważnionym dostępem do systemów bezpieczeństwa. Reaktory RBMK zostały jednak o wiele bardziej zmodernizowane. Szersze modyfikacje polegały na: wymianie kanałów paliwowych we wszystkich reaktorach oprócz Smoleńska 3; unowocześnieniu układu awaryjnego chłodzenia rdzenia; poprawieniu systemu ochrony przed kawitacją wysokociśnieniową reaktora; wymianie komputera procesowego. 5

6 Tabela nr. 1 Parametry techniczne reaktorów RBMK. Rysunek 1. Schemat reaktora RBMK. 6

7 Rysunek 2. Schemat reaktora RBMK z urządzeniami. Rysunek 3. Porównanie klasycznego reaktora zbiornikowego LWR z reaktorem RBMK. 1 - Moderatorem LWR jest woda pod ciśnieniem, podczas gdy rdzeń RBMK moderuje palny grafit. 2 - W RBMK dodatnia reaktywność przestrzeni parowych mogła spowodować skok mocy i eksplozję. 3 - Mechanizm opuszczania prętów w RBMK było wiele wolniejszy niż w LWR. 4 - Na dodatek RBMK nie posiadał budowli ochronnej. W związku ze złym stanem technicznym obudowy reaktora i zapadnięciem się fragmentu dachu w 2013 roku podjęto budowę nowej osłony tzw. sarkofagu. Koszt budowy sarkofagu wyniósł ok. 85,5 mln euro. Sarkofag został wybudowany obok reaktora i następnie na niego nasunięty. Ma on wymiary: 150 x 200 m, wysokość 100 m i masę 29 tys. ton. Jest wyposażony w zdalnie sterowane urządzenia do demontażu pozostałości po reaktorze. 7

8 Rysunek 1. Zdjęcie sarkofagu reaktora nr 4. 8

9 Rysunek 2. Makieta reaktora nr 4 po awarii. Rysunek. 3. Wizyta w sterowni reaktora nr Skutki awarii (źródło: Wikipedia). 9

10 W wyniku awarii skażeniu uległ obszar o powierzchni od do km 2. Po katastrofie ewakuowano i przesiedlono ponad osób. Miasto Prypeć,w którym mieszkało ok. 50 tysięcy pracowników elektrowni i ich rodzin, ewakuowano w ciągu 48 godzin. Pozostawili oni na miejscu dorobek całego swojego życia. Ze względu na możliwość rozprzestrzeniania pyłu radioaktywnego i inne możliwe skutki, zabito wszystkie żyjące tam zwierzęta. Wg opublikowanych danych wśród 134 pracowników i strażaków likwidujących skutki awarii wystąpiła choroba popromienna, 28 osób zmarło z jej powodu w 1986 roku, a 19 kolejnych w w latach W trakcie akcji ratowniczej zginęły 3 osoby. Według innych badań ok. 600 tys. osób na świecie narażonych zostało na podwyższoną dawkę promieniowania rzędu 1 msv. Liczbę śmiertelnych nowotworów w wyniku awarii oszacowano na ok. 4 tys. Skutkiem jest również wzrost zachorowań na nowotwory tarczycy. Raport Lekarzy Przeciw Wojnie Nuklearnej ((źródło: Wikipedia). Raport Lekarzy Przeciw Wojnie Nuklearnej szacuje liczbę wypadków raka tarczycy powstałych z powodu katastrofy na i sądzi, że istnieje możliwość kolejnych przypadków, do tego doszło do deformacji płodów i śmierci 5000 niemowląt. Jednak do tej pory nie zaobserwowano jakichkolwiek negatywnych skutków wśród dzieci urodzonych po awarii. Związek Czarnobyla, organizacja zrzeszająca likwidatorów elektrowni podaje, że 10% z osób pracujących przy tym procesie już nie żyje (20 lat po tragedii), a kolejnych jest niepełnosprawnych. Z kolei profesor Wade Allison z Uniwersytetu Oksfordzkiego oszacował ilość śmierci nowotworowych z powodu Czarnobyla na 81. Współcześnie status osoby poszkodowanej w wyniku katastrofy w Czarnobylu posiada 1 milion dzieci i 2 miliony dorosłych. Kolejnym naszym celem było zwiedzanie miasta Prypeć. Rysunek 4. Opuszczone miasto Prypeć ( zdjęcie wykonane z dachu budynku). 10

11 Rysunek 5. Na biurku w szkole. Rysunek 6. W przedszkolu. 11

12 Rysunek 7. Diabelski młyn 12

13 Rysunek 8. Wskazania dozymetru na terenie miasta Prypeć. Po katastrofie wokół elektrowni utworzono kilkanaście całkowicie lub częściowo zamkniętych stref ( rysunek 9 ) o powierzchni km 2. Czerwony Las znajduje się w czarnobylskiej strefie zamkniętej, która otrzymała najwyższe dawki promieniowania w wyniku przejścia chmury radioaktywnego pyłu i dymu po katastrofie w Czarnobylu. Drzewa obumarły z powodu silnego skażenia promieniotwórczego. Eksplozja i ogień w reaktorze nr 4 zanieczyściły glebę, wodę i atmosferę. W wyniku przeprowadzonej po katastrofie akcji oczyszczania, większość sosen miała zostać zniszczona przy pomocy buldożerów i zakopana w rowach przez tzw. likwidatorów. Następnie rowy miały zostać zasypane grubą warstwą piasku i zasadzono tam nowe drzewa. Akcja niestety zakończyła się niepowodzeniem. Z rozkopanej gleby zaczęły wydostawać się silne dawki promieniowania, które przyjęli też pracownicy tej akcji. Projekt porzucono, jednak oficjalnie akcja ta odbyła się. Ludzie zostali ewakuowani ze skażonej strefy wokół Czerwonego Lasu. 13

14 Rysunek 9. Mapa radiacji z 1996 roku (źródło: Wikipedia). 14

15 Rys. 10. Czerwony las i w tle sarkofag. Kiedy ludzie opuścili ten obszar w 1986 roku, osiedliły się tam zwierzęta. Radioaktywne skażenie wywarło silny wpływ na florę i faunę Czerwonego Lasu. Różnorodność biologiczna Czerwonego Lasu wzrosła po wybuchu w elektrowni jądrowej. Ze sprawozdań wynika, że występuje większa liczba mutacji wśród niektórych roślin w strefie. Powyższe wyniki badań stanowią bazę dla niepotwierdzonych opowieści o lesie cudów, zawierającym wiele dziwnie zmutowanych roślin. W szczególności niektóre drzewa mają dziwnie skręcone gałęzie, które nie są zwrócone w kierunku nieba. W latach po katastrofie niektóre rośliny zaczęły wykazywać gigantyzm, przejawiający się normalnym kształtem i rozmiarem znacznie powyżej średniej dla danego gatunku. Gigantyzm i inne anomalie roślin Czerwonego Lasu można zobaczyć w najbardziej radioaktywnych częściach strefy zamkniętej. Strefa Czerwonego Lasu pozostaje jednym z najbardziej skażonych obszarów na Ziemi. Jednakże zona okazała się zaskakująco płodnym siedliskiem dla wielu zagrożonych gatunków. Ewakuacja obszaru wokół reaktora atomowego przyczyniła się do stworzenia bujnego i unikalnego rezerwatu przyrody. Długofalowy wpływ radioaktywnego opadu na florę i faunę tego regionu nie jest w pełni znany, gdyż rośliny i zwierzęta mają znacząco różną i zmieniającą się odporność na promieniowanie. Zaobserwowano, że niektóre ptaki mają skarłowaciałe pióra ogonowe. Odnotowano w tym regionie populacje bocianów, wilków, bobrów i orłów ( źródło: srefaczarnobyl.pl). Własne obserwacje z wyjazdu nie potwierdzają obecności ptaków i zwierząt w obrębie miasta Prypeć. 15

16 Podsumowanie. Wizyta w Czarnobylu dla wszystkich uczestników była wielkim przeżyciem w aspekcie technicznym ale również emocjonalnym. Zobaczyliśmy elektrownię jądrową, w której wydarzyła się wielka tragedia, która w jednej chwili przyniosła wiele ofiar, ogrom ludzkiego nieszczęścia, olbrzymie szkody dla środowiska naturalnego i straty materialne w skali dotąd niespotykanej. Należy również pamiętać o bohaterskiej postawie ratowników i pracowników elektrowni, którzy poświęcając własne życie i zdrowie usuwali skutki awarii i nieśli pomoc poszkodowanym. Wszyscy, którzy wzięli udział w naszym wyjeździe technicznym poznali niezwykle skomplikowaną technologię elektrowni atomowych ale przede wszystkim mają świadomość do czego może doprowadzić stosowanie niedoskonałych technologii, nienależyta organizacja pracy i podporządkowywanie wszystkiego polityce. 16