Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu

Otázka dne: Došlo v Černobylu k jadernému výbuchu?

aktualizováno 
Po letošním 30. výročí černobylské katastrofy nám dorazila do redakce jednoduchá otázka: Dá se výbuch na havarovaném černobylském reaktoru označit za jaderný?

Poničená jaderná elektrárna v Černobylu na snímku z května 1986 | foto: AP

Nejprve si ovšem vyjasněme, o co v otázce vlastně jde. Za jaderný výbuch se považuje takový, při kterém vznikla energie hlavně díky rychlé jaderné reakci. Může jít o reakci štěpnou jako u atomové bomby, nebo fúzní jak u vodíkové bomby. Ten druhý případ necháme stranou, protože v případě Černobylu na místě nebyly látky k němu nutné.

Ke štěpné reakci na první pohled nutné přísady byly. Atomová bomba stejně jako reaktor pracuje na principu štěpné řetězové reakce: rozštěpení jednoho jádra paliva vede k uvolnění energie a neutronů, které zasáhnou další jádra, způsobí zase jejich rozštěpení, a reakce se tímto způsobem stále zesiluje a uvolňuje se při ní stále více energie.

Stavba černobylské elektrárny

Stavba černobylské elektrárny

Navíc „černobylský“ reaktor RBMK je nešťastný kus zařízení, který je skutečně možné uvést do stavu, kdy se jeho výkon zcela nekontrolovaně rozeběhne a raketově rychle narůstá. Jinými slovy, pokud se nakupí dostatek chyb či nepříznivých okolností, řetězová reakce se v něm skutečně může poměrně rychle zesilovat a zrychlovat, až dojde ke zničení zařízení, aniž by s tím obsluha už mohla cokoliv udělat.

Což ale pořád neznamená, že se změní v jadernou bombu. V reaktorech je tato reakce usměrňována tak, aby počet rozštěpených se jader byl přibližně stejný a vznikalo stále stejné množství energie. V bombách jde o něco úplně jiného: rozjet reakci v co největším měřítku co nejrychleji, aby se maximum energie z reakce uvolnilo předtím, než nevyhnutelně dojde ke zničení celého zařízení. I přes podobný základní princip jsou bomby a reaktory hodně odlišné.

Je to asi jako rozdíl mezi automobilem a napalmovou bombou. Ano, obě využívají podobných chemických procesů (hoření), ale jinak spolu technicky či využitím mnoho společného nemají. Abychom si pomohli další analogií: rozdíl bude stejný jako mezi zapálením kanystru benzínu a tím, kdy zapálíte velkou louku pokropenou stejným množstvím této kapaliny. V jednom případě může být výsledkem výbuch, v druhém jím bude požár - ovšem také velmi nebezpečný.

Konstruktéři se samozřejmě hodně snaží, aby elektrárny k bombám měly co nejdále. A tak si rovnou řekněme, že jaderný výbuch na libovolné jaderné elektrárně není jen nepravděpodobný, ale téměř nemožný. Odborníci obecně řečeno nepředpokládají, že by Černobyl byl výjimkou, a mají dobře padnoucí vysvětlení, které se bez jaderného výbuchu obejde. Pravda, jak uvidíme, ne všichni možnost jaderného výbuchu vylučují - důkazy pro takový scénář jsou ovšem dosti chabé.

Krátké anatomie velké havárie

Ale o tom dále. Teď si krátce shrňme černobylské události: nehoda na IV. reaktoru černobylské elektrárny se odehrála v noci z 25. na 26. dubna a došlo k ní v důsledku ohromnému nárůstu energie v reaktoru z příčin, které už jsme rozebírali v jiných textech (v jednom o jejím průběhu, ve druhém spíše o konstrukčních vlastnostech černobylských reaktorů). V té době, kolem půl druhé v noci, se ozvaly dva velké výbuchy, které roztrhly ocelovou nádobu reaktoru i budovu kolem něj. Právě o ně v dotazu jde.

Výbuchy ovšem nezpůsobily největší přímé škody. Ty vznikly během několika dní po explozi samotného reaktoru, kdy se do atmosféry uvolňovalo z reaktoru (který už hořel prakticky pod otevřeným nebem) ohromné množství radioaktivních látek. Situace byla o to horší, že v reaktoru v té době stále ještě probíhala štěpná reakce. Byl to důsledek konstrukce „černobylských“ reaktorů RBMK. V nich se ke zvýšení pravděpodobnosti štěpení totiž používal grafit (tj. uhlík). Jiné typy reaktorů ke stejnému účelu - tedy ke zvýšení pravděpodobnosti štěpení - používají vodu, která z poškozeného reaktoru vyteče, nebo se vypaří, a štěpení se tak zastaví.

V Černobylu po výbuchu zůstal grafit promíchaný s palivem, a část funkcí reaktoru tak zůstala zachována. Podle novějších simulací černobylský IV. reaktor ještě několik dní po nehodě vyráběl zhruba 110 MW tepla (viz tato práce). Štěpení nakonec skončilo samovolně, bez zásahu zvenčí: energie vznikající štěpením i hořením nakonec roztavila palivo, které tak odteklo od grafitu, a reakce se sama, vlastně bez přičinění záchranářů zastavila.

Vraťme se ale není do okamžiku explozí. Jak jsme říkali, byly dvě, a došlo k nim s malým odstupem několika sekund zhruba v jednu hodinu 24 minut po půlnoci. Síla té první byla taková, že vyhodila do vzduchu mohutné víko reaktoru, do kterého pak volně mohl proudit kyslík živící plameny. Druhá byla ještě silnější a vedla mimo jiné ke zničení horních pater a střechy celé haly.

Na tom všem se svědci, odborníci i přístrojové záznamy shodnou. Brzy po nehodě také došlo k určení příčiny první exploze: v podstatě šlo o výbuch „papiňáku“. Reaktor vyráběl tolik tepla, že se v něm vypařila všechny voda a ta (a zřejmě i další plyny) se zahřála natolik, že hermeticky uzavřený reaktor explodoval jako parní kotel.

Co se týče druhé, podstatně mohutnější exploze, situace je poněkud komplikovanější. Když sovětští vědci podávali ještě v roce 1986 podrobnější zprávu o nehodě svým západním protějškům, možné příčiny se uváděly dvě: buď šlo o další výbuch páry způsobem produkcí tepla při štěpení paliva, nebo o výbuch vodíku. Především druhá zmíněná možnost se nakonec ukazuje jako velmi dobré vysvětlení.

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“).

Velká vodíková

Vodíkové výbuchy v reaktorech nechvalně proslavila nehoda ve Fukušimě, kde došlo k velmi dramaticky vyhlížejícím explozím na čtyřech tsunami zasažených reaktorech. Vodík v japonských reaktorech vznikal, když zbytkový rozpad radioaktivních prvků vznikých v palivu při předchozím provozu (už ne řetězová štěpná reakce) zahřál reatkory na velmi vysoké teploty, zhruba kolem 1 300 °C. Za běžných okolností by nebyl problém reaktory „uchladit“, ve Fukušimě ale tsunami zničila všechny zdroje energie pro chlazení.

Vznik vodíku proběhl díky přítomnosti zirkonia - kovu, ze kterého jsou v jaderných reaktorech tyče (vlastně tenké trubice) obsahující palivo. Zirkonium je chemicky i fyzikálně velmi stabilní prvek, který navíc nepohlcuje neutrony nutné k udržení štěpné reakce v reaktoru. Při zvýšení teplot zhruba do pásma nad 1 000°C ovšem má nepříjemnou vlastnosti: „poutá“ k sobě kyslík z vody za vzniku oxidu ZrO2 a volného vodíku. Pokud vodík unikne či musí být vypuštěn z reaktoru jako ve Fukušimě, nebo pokud do reaktoru může vzduch jako v Černobylu po první parní explozi, může dojít k mírně řečeno velmi bouřlivé reakci s kyslíkem.

V Černobylu vodík vznikal v hlavní míře zřejmě jinak (viz tato práce). Měl vznikat na grafitu, který v japonských reaktorech nebyl. Jak jsme říkali, bloky z čistého uhlíku sloužily v reaktorech ke zvýšení pravděpodobnosti štěpení. A to tím, že zpomalují neutrony vylétající z rozštěpených atomů paliva. I když to vypadá na pohled trochu nelogicky, pomalejší neutrony totiž mají větší šanci zasáhnout další atom uranu, a způsobit tak jeho štěpení. Bez grafitu by neutrony z reaktoru rychle vylétly, a ten by vůbec nefungoval.

Sarkofág chránící poničený čtvrtý blok elektrárny v Černobylu

Sarkofág chránící poničený čtvrtý blok elektrárny v Černobylu

Ve většině ostatních reaktorů slouží ke zpomalování neutronů, tedy jako tzv. moderátor, voda. Protože ale má jiné vlastnosti, musí být reaktory konstruovány jinak - třeba být menší - aby voda nepohltila všechny neutrony dříve, než vůbec doletí k palivu. Využití grafitu mělo umožnit konstruktérům postavit jednodušší a levnější zařízení (výsledek je diskutabilní), ale s velkými nevýhodami proti „vodním“ reaktorům. Jednou bylo třeba to, že grafit se na rozdíl od vody z reaktoru při jeho přehřátí neodpaří, a nadále usnadňuje štěpení paliva, jak se ukazovalo v Černobylu ještě několik dní po nehodě.

Grafit byl problémový ovšem už před explozemi. Už před nimi totiž teplota v některých částech reaktoru zřejmě vystoupila nad 500° C. V tu chvíli uhlík začal reagovat s vodní párou za vzniku vodíku a oxidu uhelnatého. Černobylský IV. reaktor se tak po přehřátí natlakoval nejen vodní parou, ale i těmito plyny. Když byl tlak tak veliký, že odlétlo jeho „víko“, podle rozšířeného názoru se vyvalilo do haly na reaktorem možná až 10 tisíc m³ vodíku a oxidu uhelnatého, které dohromady se vzduchem utvořily velmi třaskavou směs. Její exploze přišla po několika sekundách, a mohla mít dostatečnou sílu, aby způsobila rozsáhlé poškození celého budovy. Síla exploze se pohybovala zhruba ekvivalentu 10 tun TNT. Výbuch vyvrhl z aktivní zóny do okolí reaktoru velkou část materiálu, který se v něm nacházel.

Šlo by to i jinak?

Taková je dnes nejšířeji přijímaná a „nejaderná“ možnost vývoje černobylských událostí - kterou ne všichni uznávají. Údaje z Černobylu nejsou v mnoha ohledech tak podrobné, aby odborníci nezvažovali i jiné možné hypotézy. Některé z nich hledaly vysvětlení události spíše než v chemických procesech (tvorbě vodíku) naopak v procesech jaderných. Otázkou je, zda argumenty pro jiné scénáře obstojí při podrobnějším zkoumání.

V druhé polovině 90. let ruští vědci přišli s myšlenkou, že část aktivní zóny IV. reaktoru se mohla změnit v podstatě na velmi neúčinný jaderný reaktivní motor. Teplem štěpné reakce vyrobené plyny měly vynést jaderný materiál do haly nad reaktorem, kde mělo ve směsi grafitu a paliva dojít k dalšímu výbuchu, který poškodil celou budovu.

Dramatická hypotéza má ovšem celou řadu slabin, které ji odsoudily k neúspěchu. Nevysvětluje například velmi dobře a mnoha měřeními prokázaný fakt, že z reaktoru unikaly produkty jaderného štěpení i několik dní po nehodě - přitom podle hypotézy se mělo štěpení zastavit v okamžiku exploze. Materiál aktivní zóny se totiž při něm nezbytně musel rozmetat po okolí - a v takových podmínkách prostě další štěpení nemohlo probíhat. K tomu je zapotřebí, aby palivo bylo blízko u sebe a to nejlépe i s grafitem, který štěpení usnadňuje.

Sarkofág chránící poničený čtvrtý blok elektrárny v Černobylu

Sarkofág chránící poničený čtvrtý blok elektrárny v Černobylu

I když se tato ulička ukázala jako slepá, teoretici o „jaderné stopě“ v explozi uvažovali dále. Jistou „proslulost“ mezi laiky a zájemci o problematiku si získala tato práce ruských fyziků Sergeje Pachomova a Jurije Dubasova z roku 2008 (je citována třeba v heslu „Černobylská havárie“ na anglické Wikipedii). Autoři v ní hledají vysvětlení měření ze sovětských stanic, které sledují v atmosféře výskyt prvků spojovaných s výbuchy jaderných zbraní. Měření těchto látek, konkrétně některých izotopů xenonu, se používalo a používá k detekci zkušebních explozí a tedy dodržování smluv o jaderných zbraních.

Pisatelům se zdá, že po černobylské explozi se do atmosféry dostalo nečekaně velké množství „variant“ (izotopů) xenonu, které by v reaktoru za běžných okolností měly být poměrně vzácné. Zvýšený podíl těchto izotopů podle nich nasvědčuje spíše tomu, že v Černobylu se mohlo uvolnit velké množství energie při neřízené řetězové reakci v nějaké velmi malé malé části reaktoru, zhruba 0,01 až 0,1 procenta z celkového množství paliva.

Hypoteticky tak měla vzniknout jakási malá a hodně nepodařená atomová bomba, která nevybuchla dokonale, protože ji vlastní výbuchu roztrhl dřív, než se reakce dosáhla maximální možné energie. Ale je to jen dohad - autoři svou představu v článku vysvětlují jen velmi nejasně a další publikace na toto téma nezveřejnili.

„Hypotéza je to zajímavá, ale autoři k její podpoře dospěli spíše na základě hypotéz než jednoznačných a ověřených výsledků,“ říká k článku Jan Rataj z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské pražského ČVUT. Práce vychází z jen velmi malého počtu údajů, navíc výsledky nejsou příliš přesvědčivé. Ruští fyzici také podle Rataje na základě svých výchozích argumentů a výsledků měření došli k výsledku, že exploze by měla být mnohonásobně, možná až stokrát silnější, než jaká podle seismických měření a škod na budově skutečně byla. Proč byl výbuch slabší, ale přitom měl být stále jaderný, příliš uspokojivě autoři nevysvětlili. (Výtky Jana Rataje najdete podrobněji rozepsané v boxu na konci článku.)

Závěr bez velkých závěrů

Chcete se zeptat?

Svět i naše hlavy jsou plné zajímavých, zábavných či jen vtipných problémů a otázek, na než nikdy nebudeme znát odpověď. Zároveň jsou učebnice, vědecké časopisy i hlavy odborníků plné odpovědí, které tápající většina nikdy neuslyší. Pomozte nám tento nepoměr alespoň malou měrou vyrovnat.

Pokud máte pocit, že jste narazili na otázku, na kterou by věda mohla znát odpověď, ale nemáte čas ji hledat, či nevíte, kde začít, neváhejte nám ji položit v diskusi, nebo poslat na adresu:redakce@technet.cz(do předmětu ideálně napište „Otázka dne“). Nedokážeme určitě odpovědět na všechny, a v současné době tak máme mnohem více zajímavých otázek než hotových odpovědí, ale pokusíme se rozdíl alespoň snížit.

Abychom tedy odpověděli na úvodní otázku: události evidentně v Černobylu mohly proběhnout bez jaderného výbuchu, a takový průběh dobře odpovídá známým faktům. Je pravda, že exploze by mohla být do nějaké míry „jaderná“, a zřejmě se najdou i fyzikové, kteří tomu budou věřit - ale jde právě jen o přesvědčení, které není podloženo mnoha fakty. Taková fakta se mohou objevit, a v tu chvíli bude asi nutné změnit názor, ale vzhledem k časovému odstupu od událostí už je to velmi nepravděpodobné.

V praktických ohledech ovšem nehraje odpověď příliš velikou roli. Stejné katastrofické selhání jako v Černobylu se už téměř určitě nebude opakovat. Události v reaktoru byly podmíněné použitou technologií, která se od té doby změnila přesně proto, aby už se nemohly stejně opakovat. Navíc jde o technologii, kterou žádný jiný stát kromě dědiců Sovětského svazu nepoužívá. U nás provozované reaktory by se při nehodě chovaly zcela odlišně, a tak pro naše odborníky nemá odpověď, co se přesně dělo v době výbuchu ve IV. reaktoru, velkou praktickou relevanci. Případné potíže by jim to pomoci nevyřešilo.

Mnohem důležitější poučení z Černobylu je pro nás v jiných ohledech, především v přístupu k bezpečnosti. Sovětská tendence obcházet předpisy a technická doporučení může škodit i na jiných reaktorech, než byly ty černobylské. Hledání jednodušších, či levnějších řešení láká evidentně u nás, jak dokazuje velmi neplánovaná a velmi drahá odstávka dukovanských reaktorů v loňském a tomto roce kvůli chybám v dokumentaci.

Kde může být chyba

Požádali jsme Jana Rataje z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské pražského ČVUT o reakci k článku ruských fyziků z roku 2008, který se čas od času používá (viz Wikipedie) jako podpora hypotézy o možnosti jaderné exploze během černobylské havárie.

Český fyzik své výtky shrnul do několika bodů:

Autoři článku vycházejí z poměru radioizotopů xenonu, konkrétně se jedná o poměr 133Xe/133mXe, které se používají v rámci světové monitorovací sítě k identifikaci jaderných výbuchů (testů jaderných zbraní). Nicméně standardně se analýza provádí na základě určování až 6 poměrů. Kromě již uvedeného se používá také poměr 135Xe/133mXe, 135Xe/133Xe, 135Xe/131mXe, 133mXe/131mXe, 133Xe/131mXe. Proč se autoři nezaměřili na další izotopy xenonu, není bohužel uvedeno.

K použitým naměřeným datům (viz Tab. 1) není uvedena žádná reference a ani není uvedeno, zda byla ověřena správnost těchto dat. Nebyly využity hodnoty z jiných zdrojů apod. Chyby u uvedených dat dosahují až 25 % a určené podíly mají chybu ještě větší. Časový průběh aktivity xenonu ne zcela jasně koresponduje s poločasy rozpadu uvedených izotopů a autoři se tím vůbec nezabývali.

Výpočet závislosti podílu 133Xe/133mXe na okamžité uvolněné energii je dost nejasně popsán a vychází z toho velmi pozoruhodný závěr, že při nehodě mělo dojít k uvolnění energie 1014 – 1015 J. Tato hodnota by měla dle autorů odpovídat explozi o síle 100 – 1000 kt TNT. Nicméně to neodpovídá skutečnému průběhu nehody v Černobylu a jejím následkům. Autoři to vysvětlují velmi spekulativně a z mého pohledu nevěrohodně, tj. že k jaderné explozi došlo lokálně pouze v části aktivní zóny.

Oprava: Článek nepřesně uváděl, že exploze v Černobylu měla sílu 10 kilotun TNT, ve skutečnosti byla odhadovaná síla exploze o tři řády (tedy tisíckrát) menší. Došlo také k záměně zirkonu (minerálu) za zirkonium (prvek.) Za chyby se omlouváme.







Hlavní zprávy

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

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.