Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu

Proč Sověti stavěli černobylské reaktory a v čem byla chyba

aktualizováno 
Důvody, proč Sověti přistoupili ke stavbě v principu nadprůměrně rizikových reaktorů černobylského typu, byly mnohočetné. Velkou roli v tomto rozhodování sehrály ropa a peníze.

Jeden z nejznámějších symbolů černobylské havárie, opuštěné ruské kolo v zaměstnaneckém městečku Pripjať | foto: Čeněk Třeček, iDNES.cz

V roce 1986 nebyla situace SSSR nijak radostná. Jeho ekonomické zaostávání za Západem bylo markantní, země potřebovala devizy nejen na spotřební zboží, ale i potraviny, technologie či podporu různých skupin a režimů. Tím hlavním, co mohla mezinárodním trhům nabídnout, byly nerostné suroviny, především ropa a také zemní plyn.

Rusové přitom došli ke stejnému závěru jako třeba Saúdská Arábie, kde se v posledních desetiletích vytrvale zvyšoval objem paliv spotřebovaných v domácí ekonomice - tedy k závěru, že je dobré doma šetřit. Oba státy kromě zvyšování těžby (které šlo v SSSR těžko třeba kvůli nedostupnosti vyspělých technologií těžby) tedy pracovaly, či pracují, na využití zdrojů energie, které se tak lukrativně vyvážet nedají. Na Arabském poloostrově se počítá s intenzivnějším využíváním hojného slunečního záření, SSSR sáhlo po jiné možnost: jaderné energetice.

Stavba černobylské elektrárny

Stavba černobylské elektrárny

Využití jádra k výrobě energie, v první řadě elektřiny, ale někdy i tepla, se zvažovalo, už když se před více než půlstoletím, v roce 1954, spouštěl první ruský reaktor v Obninsku. Už ten byl zapojený do sítě, byť jeho spolehlivost a provozní výkony nebyly z dnešního hlediska nijak oslnivé. V první chvíli ovšem nebylo jasné, jak velký podíl by jádro v energetice mohl mít, a neexistovaly seriózní plány na stavbu velkého jaderného civilního průmyslu. Což je jen logické, odborníci neměli příliš co nabídnout, jejich zkušenosti byly malé a nutné technologie neznámé či nevyzkoušené.

V 80. letech už byla situace zcela jiná a politické vedení SSSR ji využilo. Jaderná energetika měla pomoci uvolnit na export paliva, která se spotřebovávala jak přímo ve „Svazu“, tak i ve spřátelených zemích socialistického bloku. Poznamenejme, že tyto státy v jaderné energetice neměly velké technologické zázemí (až na výjimku ČSSR, která byla schopná vyrábět i reaktorové nádoby, turbíny a další klíčové prvky) a navýšení podílu jaderných elektráren na výrobě by zvýšilo i jejich závislost na na SSSR. Což byl zřejmě pro sovětské vedení příjemný druhotný důsledek celého plánu.

Mapa zobrazuje celkový nakumulovaný spad Cesia 137 v Evropě následkem katastrofy v Černobylu. Data pochází z databáze REM (Monitorování radioaktivity v životním prostředí).

Mapa zobrazuje celkový nakumulovaný spad Cesia 137 v Evropě následkem katastrofy v Černobylu. Data pochází z databáze REM (Monitorování radioaktivity v životním prostředí).

Třeba v Polsku se podíl „jaderné“ elektřiny měl mezi lety 1985 a 2000 zvýšit z 0 na 16 procent. (Nepodařilo se, práce na jediné rozestavěné elektrárně byly zastaveny v roce 1990 - Poláci jádru nevěřili.) V samotném SSSR se mělo podle plánů v pětiletce 1986-1990 postavit 41 000 MW výkonu v „jádru“, přičemž do té doby fungovaly v zemi reaktory o celkovém elektrickém výkonu 26 000 MW. Velká důležitost se v plánu přikládala Ukrajině i díky její geografické poloze, která dávala možnost exportu sovětské elektřiny do spřátelených zemí ve východní a jihovýchodní Evropě.

Hlavní díl práce v plánu jaderné elektrifikace měly odvést takzvané „veverky“, podle zkratky VVER pro „vodo-vodní energetický reaktor“. Tedy reaktory podobné temelínským či dukovanským, které jsou dnes nejrozšířenější a nejznámější technologií nejen v bývalém sovětském bloku. Na území SSSR - a nikde jinde - však přechod na jádro padl i na další typ, díky Černobylu nechvalně proslulý RBMK (z ruského Реактор Большой Мощности Канальный, česky se označuje za Kanálový varný reaktor s uranovo-grafitovým moderátorem). Důvody pro to byly různé, do značné míry technologické a ekonomické, ale zřejmě i vojensko-politické.

Projekt RBMK vznikl v 60. letech a dnes je nejstarším stále provozovaným energetickým typem jaderných reaktorů. Byl odvozený od technologie vyzkoušené na již zmiňovaném reaktoru Obninsk AM-1, který fungoval mezi lety 1954 a 1959. Jádro černobylských RBMK (aktivní zóna) má rozměry zhruba 14 krát 8 metrů a z velké části ji tvoří grafitové (tedy uhlíkové) krychle s hranami o délce 250 milimetrů. V grafitu jsou připravené otvory - kanálky z názvu reaktoru - určené hlavně pro tyče s palivem a vodu, která reaktor chladí (v reaktoru IV. černobylského bloku bylo kanálů celkem 1872, z toho 1661 pro palivo a 211 pro tyče řídícího a nouzového systému).

Jak komunisti tajili Černobyl

V USA je to běžné, konejšili po havárii Čechoslováky

Letecký pohled na vybuchlý reaktor jaderné elektrárny Černobyl v dubnu 1986.

Nádoba kolem reaktoru je naplněna netečnou atmosférou z hélia a dusíku, která má jak chránit grafit, tak slouží k přenosu tepla z něj na vodu v kanálech procházejících reaktorem. I když nádoba byla pochopitelně vzduchotěsná, tlaky uvnitř reaktoru byly malé. Proto nebylo nutné náročně vyrábět pevnou tlakovou nádobu jako pro reaktory VVER. Těmi proudí velmi horká voda pod ohromným tlakem až 15 MPa (atmosférický tlak je zhruba 0,1 MPa).

Celý systém byl ještě o něco jednodušší díky tomu, že pára vznikající v reaktoru se dostávala přímo k turbínám pro výrobu elektřiny. U drtivé většiny dnešních elektráren přitom platí, že tzv. primární okruh (ten reaktorový a tedy radioaktivní) nesahá až k turbíně. Voda či pára z reaktoru nepřímo předává teplo už neradioaktivní páře v dalším okruhu, která pak pohání turbíny.

Možná se to nezdá, ale celý reaktor RBMK díky těmto a dalším okolnostem představoval dosti jednoduchou konstrukci, kterou je navíc možné relativně jednoduše zvětšovat či zmenšovat podle přání. Černobylské reaktory, které mohly dodávat do sítě 1 000 megawattů (proto RBMK-1000,) tak měly větší příbuzné s výkonem o polovinu větším (RBMK-1500). A na rýsovacích prknech existoval i ještě větší RBMKP-2400, který se měl podle plánů vyrábět po dílech a mohl být zákazníkovi dodáván v konfiguracích s různým výkonem podle jeho potřeb a přání.

Foto z naší návštěvy v Černobylu před pěti lety prozrazuje, že i v posledních letech zhruba 300 metrů od sarkofágu je radioaktivita zhruba 70krát vyšší než je běžné. Hodnoty ale nejsou tak veliké, aby v blízkosti lidé (s jistou mírou ochrany nebo v odstíněných prostorech) nemohli pracovat v podstatě denně.

Foto z naší návštěvy v Černobylu před pěti lety prozrazuje, že i v posledních letech zhruba 300 metrů od sarkofágu je radioaktivita zhruba 70krát vyšší než je běžné. Hodnoty ale nejsou tak veliké, aby v blízkosti lidé (s jistou mírou ochrany nebo v odstíněných prostorech) nemohli pracovat v podstatě denně.

Typ měl i provozní výhody. Zatímco tlakovodní reaktory jsou kompletně uzavřené a při výměně paliva se musí odstavit, typ RBMK mohl pracovat prakticky nepřetržitě. Palivo se mohlo vyměňovat postupně, po jednotlivých kanálech, a zbytek reaktoru zatím dále pracoval. Když jsme u paliva, zmiňme i další výhody: typ měl používat jen velmi nízko obohacené, případně zcela přírodní palivo. Což zase znamená další, byť méně výraznou úsporu na nákladech.

S palivem a způsobem jeho výměny souvisela také výhoda vojenská: mohly sloužit jako dobrý zdroj plutonia pro jaderné zbraně. To vzniká v reaktorech samovolně, z vyhořelého paliva RBMK se mělo dát získávat relativně snadno a díky systému výměny paliva průběžně podle potřeby. Ne, že by se tento systém běžně využíval, ale ve strategických plánech armády hrál svou roli, a armáda zase měla velké slovo v rozhodování o jaderném programu.

Samotná stavba reaktoru byla o to jednodušší, že mu kromě technicky náročné tlakové nádoby chyběly i některé další bezpečnostní prvky, které se jinde považují za samozřejmost. Tím je míněný především tzv. kontejnment (od anglického „to contain“, tedy zachytit, zabránit eskalaci), což je betonová obálka kolem reaktoru, která má zabránit při případné poruše úniku radioaktivního materiálu do okolí. Ta zafungovala příkladně třeba ve Fukušima, v Černobylu možná pomoci nemohla, ale to už se nedozvíme...

Všechny tyto politické i ekonomické faktory dohromady přispěly k tomu, že RBMK rostly poměrně rychle. První byl uveden do provozu v roce 1974, v roce černobylské havárie už jich po celém SSSR stálo 15, z toho devět bylo postaveno v 80. letech. Jak jsme již uvedli, plány na další rozvoj byly velkorysé. Jak dokládá i příklad Černobylské jaderné elektrárny, kde v době nehody pracovaly čtyři reaktory, další dva byly ve stavbě, a dalších šest v plánu. Rychle se tak měla stát největším podnikem svého druhu na světě.

A ještě jsme zapomněli...

To, že se reaktory RBMK mohly stavět rychle, je samozřejmě nezbavovalo jejich nevýhod. Tou zjevnou byl fakt, že díky své konstrukci se tento typ reaktoru za určitých okolností mohl snadno obrazně řečeno „utrhnout ze řetězu“. Grafit byl v reaktorech RBMK proto, aby zvyšoval pravděpodobnost štěpení - jeho funkcí tedy fakticky je zvyšovat výkon reaktoru. Voda proudící reaktorem naopak jeho výkon snižuje (a také chladí a odvádí teplo na výrobu elektřiny).

Voda dvakrát jinak

Paradox že voda jednou jako „urychlovač“ i jako „zpomalovač“ výkonu reaktoru je jen zdánlivý. Ve skutečnosti v obou případech voda postupně zpomaluje neutrony vznikající rozpadem paliva. Což může být dobře, protože pomalejší neutrony mají větší šanci vyvolat rozpad dalšího atomu paliva. Ale na druhou stranu, pokud se neutrony zpomalí příliš, už štěpení nespustí.

To znamená, že vody lze využití různě. Pokud postavíme fyzicky velký reaktor jako RBMK, ve kterém je levnější málo obohacené palivo - jako v RBMK - by voda úplně „udusila“. Zpomaluje neutrony příliš účinně a neutrony vznikající při rozpadu paliva by téměř nikdy nedolétly k jinému atomu paliva, ale přišly by o svou energii při srážkách s atomy vody. Štěpení by v reaktoru probíhalo příliš pomalu, a v reaktoru by nevznikal dostatek tepla na pohon turbíny a tedy výrobu elektřiny. Což ovšem zároveň znamená, že vodu lze použít k zastavení reaktoru.

U jiného reaktoru - menšího reaktoru s obohacenějším palivem (třeba typ VVER) - ale už voda jako moderátor sloužit může, protože neutronů je více a je zapotřebí je zpomalit rychleji.

Jinými slovy, i když se nám to laikům nezdá, různé typy jaderných reaktorů se od sebe fyzikálně velmi výrazně liší, i když jsou založeny na jednom typu reakce.

Grafit se z reaktoru odstranit nedá, voda ano - a to třeba tím, že se zahřeje a změní na páru, která funguje jako „brzda“ hůře. Pokud se tedy reaktor přehřeje, jaderné reakce v něm probíhají o to snáze, a vyrábí stále více tepla, a tak dále a tak hůře. K tomuto jevu nedojde vždy - třeba čerstvě zavezený a naplněný reaktor tak nezareaguje, ale černobylský IV. blok byl 26. dubna 1986 bohužel už v konfiguraci (část paliva byla vyhořelá atp.), kdy se tak chovat mohl.

Konstruktéři se přitom obvykle snaží reaktory konstruovat tak, aby se v podobných nouzových situacích, jako je přehřátí, sám od sebe zastavil. Třeba tím, že kvůli odlišné konstrukci aktivní zóny a „víceoktanovému“ palivu s větším podílem radioaktivního uranu jako „urychlovač“ (tzv. moderátor) výkonu reaktoru může sloužit právě voda. Když ta se vypaří, štěpení se v podstatě zastaví - ne úplně, ale jen na malinký zlomek původního výkonu.

Což samozřejmě nemusí znamenat, že nedojde k poškození reaktoru, jak dokládá příklad těch fukušimských. V těch štěpení už neprobíhalo, ale po výpadku chlazení v důsledku tsunami v nich zůstalo teplo z předchozího provozu uvězněné jako v termosce. A bylo ho dost, aby reaktory důkladně poničilo - alespoň u některých se aktivní zóna i s palivem podle všeho z velké části roztavila.

Řez (do jisté míry jen předpokládaným) stavem IV. černobylského bloku dne. Samotné „jádro“ reaktoru, jeho aktivní zóna (reactor core) je v podstatě prázdné. Zhruba tisíc tun vážící kryt reaktoru exploze zvedla a vzpříčil se v horní části reaktoru. Část paliva z reaktoru je patrně v reaktorové hale nad aktivní zónou, dost možná pod materiálem (hlavně pískem, který do reaktoru shazovaly vrtulníky těsně po nehodě ve snaze uhasit ohně. A další část paliva se propálila a vytekla dnem reaktoru trochu jako sopečná láva (na snímku jako tzv. fuel „lava“).

Řez (do jisté míry jen předpokládaným) stavem IV. černobylského bloku dne. Samotné „jádro“ reaktoru, jeho aktivní zóna (reactor core) je v podstatě prázdné. Zhruba tisíc tun vážící kryt reaktoru exploze zvedla a vzpříčil se v horní části reaktoru. Část paliva z reaktoru je patrně v reaktorové hale nad aktivní zónou, dost možná pod materiálem (hlavně pískem, který do reaktoru shazovaly vrtulníky těsně po nehodě ve snaze uhasit ohně. A další část paliva se propálila a vytekla dnem reaktoru trochu jako sopečná láva (na snímku jako tzv. fuel „lava“).

O této velmi nepříjemné vlastnosti RBMK se samozřejmě vědělo - minimálně mezi odborníky. Reaktory ale měly i chyby, o kterých se vědělo mnohem méně. Jednou „drobností“, která možná sehrála zásadní roli v Černobylu, byla i vysloveně špatná konstrukce systému nouzového zastavení reaktoru.

Tvořily ho řídící tyče z bóru , který velmi účinně pohlcuje neutrony. Když se tyče zasunou do reaktoru, vychytají neutrony, které by jinak štěpily palivo, a reakce se zastaví. Tyče byly delší než sedm metrů - pod materiálem pohlcujícím neutrony byl na tenkém prutu ještě 4,5 metrů dlouhý kus uhlíku. Za běžných podmínek, když reaktor běžel, byla v jádru spuštěna právě tato uhlíková část tyčí.

Když bylo nutné reaktor zastavit, celá tyč sjela dolů. Přitom ovšem uhlíková část vytlačila ze spodní části kanálku vodu, která, jak jsme již říkali, v reaktoru sloužila ke zpomalování štěpné reakce. Háček byl v tom, že uhlíková část tyčí pohlcovala mnohem méně neutronů než voda. A tak v okamžiku vypnutí reaktoru došlo na chvíli zcela neočekávaně ke zvýšení výkonu ve spodní části reaktoru. Toto nezvyklé chování systému nouzového zastavení reaktoru nakonec podle odhadu fyziků zřejmě bylo poslední kapkou, která reaktor v Černobylu posunula ke katastrofě. Určitě víme, že obsluha IV. bloku tomuto konstrukčnímu rysu nerozuměla, navíc podle dobových dokumentů nebyli rozhodně sami.

Havárie neskončí před rokem 2065

Černobyl polyká tuny vody a miliardy eur

První, co návštěvníci při příjezdu vlakem k Černobylu uvidí, je nedokončená chladící věž bloků 5 a 6

První, co návštěvníci při příjezdu vlakem k Černobylu uvidí, je nedokončená chladící věž bloků 5 a 6

Už v roce 1975 došlo k roztavení části reaktoru RBMK v Leningradské jaderné elektrárně právě kvůli nešťastné konstrukci řídících tyčí. Byla navržena i náprava: v reaktoru mělo být vždy spuštěno více řídících (tedy „brzdících“) tyčí, měl ale zároveň pracovat s obohacenějším palivem. Hrubou analogií si můžeme říci, že reaktor měl v takové konfiguraci vlastně jet s neustále zařazenou brzdou, ale přitom trochu více „pod plynem“. To ho sice činilo z fyzikálního hlediska předvídatelnějším a snáze ovladatelným, ale zároveň to prodražovalo jeho provoz (obohacení paliva není zadarmo). Zřejmě proto doporučení zůstalo v době svého vzniku oslyšeno. A co je hůře, o nehodě se nemluvilo, a tak z ní nikdo nemohl vyvodit žádné poučení.

K nápravě situace změnou konstrukce tyčí i zvýšením obohacení paliva došlo až roky po Černobylu. V první fázi vyšetřování vedeného těsně po nehodě v SSSR a také v první zprávě prezentované Sověty mezinárodní veřejnosti se o chybách reaktoru nemluvilo. V té době se pozornost soustředila především na chyby obsluhy během události. K těm došlo, jak jsme psali i v našem podrobném článku o nehodě samotné. Při zpětném pohledu se autorovi ovšem zdá, že k mužům, kteří 26. dubna 1986 pracovali a de facto zemřeli na velínu IV. černobylského bloku, byl možná až příliš nespravedlivý. Jejich postavení bylo nezáviděníhodné. Kvůli potížím sovětské ekonomiky i strojírenství (s výrobou nádob pro vysokotlaké reaktory), dostali do rukou zařízení s vadami, o nichž minimálně z části nevěděli, nebo alespoň nevěděli vše. A draze za to zaplatili.

Podívejte se z nezvyklého pohledu na konstrukci, která nahradila původní - a již notně děravý - sarkofág nad IV. blokem. Vznikala pomalu a po částech těsně nad zemí, odkud se zvedala celá konstrukce postupně vzhůru. Reaktor IV. bloku je totiž stále zdrojem radioaktivního záření a jeho dávky stoupají s výškou od země. Sarkofág je přes sto metrů vysoký, ale lidé nemohou pracovat už ani ve výškách pár desítek metrů nad zemí.

Informace: Do článku jsme doplnili boxík s vysvětlením zdánlivého paradoxu použití stejného materiálu (vody) k různým účelům v různých typech reaktorů. K mešním změnám došlo i v jiných částech textu.





Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2016 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je součástí koncernu AGROFERT ovládaného Ing. Andrejem Babišem.