Jadrové havárie

K haváriám môže dôjsť v každom priemyselnom odvetví alebo sektore energetiky. Jadrová energetika nie je výnimkou, závažné havárie sú však veľmi zriedkavé. Jadrové reaktory na celom svete majú za sebou viac ako 20 000 reaktorových rokov prevádzky a počas tohto obdobia došlo k niekoľkým závažným haváriám, pričom iba jedna z nich si vyžiadala obete na životoch. Za najvýznamnejšie havárie komerčných jadrových elektrární sa považujú Three Mile Island (1979), Černobyľ (1986) a Fukušima Daiči (2011).

 

Three Mile Island

Jadrová elektráreň Three Mile Island sa nachádza neďaleko Harrisburgu v americkom štáte Pensylvánia. Elektráreň mala dva bloky s tlakovodnými reaktormi PWR. Prvý blok TMI-1 bol uvedený do prevádzky v roku 1974 a dodával do elektrickej siete výkon približne 800 MW. Patril medzi spoľahlivo prevádzkované americké jadrové bloky s malým počtom odstávok. Druhý blok TMI-2 s elektrickým výkonom 906 MW bol uvedený do komerčnej prevádzky v roku 1978. O niekoľko mesiacov neskôr na ňom došlo k závažnej havárii, po ktorej už jeho prevádzka nebola obnovená.

Havária sa začala 28. marca 1979 približne o 4. hodine ráno. Porucha v sekundárnom okruhu spôsobila nárast teploty a tlaku v primárnom okruhu. Automatický ochranný systém zasunul regulačné tyče do aktívnej zóny a odstavil reaktor. V dôsledku zvýšenia tlaku sa otvoril odľahčovací ventil kompenzátora objemu, ktorý sa mal po poklese tlaku opäť automaticky uzavrieť. Ventil však zostal zaseknutý v otvorenej polohe a chladivo začalo unikať z primárneho okruhu.

V dôsledku poklesu tlaku sa automaticky aktivovalo havarijné dopĺňanie chladiva do primárneho okruhu. Zmes vody a pary však naďalej unikala cez otvorený ventil. Operátori nemali priamu informáciu o množstve vody v tlakovej nádobe reaktora a zároveň sa domnievali, že odľahčovací ventil je zatvorený. Zvyšujúca sa hladina vody v kompenzátore objemu ich preto viedla k nesprávnemu záveru, že v primárnom okruhu je príliš veľa vody, a obmedzili prívod havarijného chladiva. Strata chladiva pokračovala, časť aktívnej zóny zostala bez dostatočného chladenia a došlo k jej vážnemu poškodeniu a roztaveniu významnej časti jadrového paliva.

Pri havárii uniklo z primárneho okruhu rádioaktívne kontaminované chladivo. Časť bola prečerpaná do pomocnej budovy mimo kontajnmentu a do životného prostredia sa dostalo aj malé množstvo rádioaktívnych plynov. Reaktor sa v priebehu nasledujúcich dní podarilo stabilizovať.

Havária bola na stupnici INES spätne klasifikovaná stupňom 5 – havária so širšími následkami. K jej vzniku a rozvoju prispela kombinácia technických nedostatkov, nedostatočných informácií poskytovaných operátorom, nedostatkov v ich výcviku a nesprávnych zásahov obsluhy. Operátori nedokázali správne rozpoznať stav reaktora a niektorými zásahmi priebeh havárie zhoršili. Havarijné vstrekovanie chladiva do primárneho okruhu sa aktivovalo a fungovalo správne, operátori ho však následne obmedzili. Závažným narušením bezpečnosti bolo prečerpanie rádioaktívnej vody do priestoru mimo kontajnmentu.

Únik rádioaktívnych látok nepredstavoval závažné radiačné ohrozenie obyvateľstva v okolí elektrárne. Dávky, ktorým bolo obyvateľstvo v okolí elektrárne vystavené v dôsledku havárie, boli veľmi nízke. Epidemiologické sledovanie približne 32 000 osôb počas 13 rokov nezistilo zdravotné následky, ktoré by bolo možné preukázateľne pripísať havárii.

Nedostatočná a nejednoznačná komunikácia počas prvých dní havárie vyvolala medzi verejnosťou značné obavy. Nebola nariadená všeobecná povinná evakuácia obyvateľstva, mnohí ľudia však oblasť v okolí elektrárne dobrovoľne opustili. K obavám verejnosti pravdepodobne prispel aj film The China Syndrome, ktorý mal premiéru iba 12 dní pred haváriou a ktorého dej sa týkal závažnej udalosti v jadrovej elektrárni.

Odstraňovanie následkov havárie a dekontaminácia bloku TMI-2 trvali približne 12 rokov a stáli približne jednu miliardu amerických dolárov. Blok TMI-2 už nebol uvedený späť do prevádzky. Analýza havárie viedla k významným zmenám v oblasti jadrovej bezpečnosti, výcviku operátorov, havarijnej pripravenosti, rozhrania medzi človekom a riadiacimi systémami a dohľadu nad prevádzkou jadrových elektrární.

 

Vedeli ste, že...?

Trvalo niekoľko mesiacov, kým sa zistilo, že sa časť aktívnej zóny reaktora elektrárne Three Mile Island roztavila.

 

Černobyľ

Ukrajinská jadrová elektráreň Černobyľ sa nachádza približne 130 kilometrov od Kyjeva a 20 kilometrov od hranice s Bieloruskom. Elektráreň mala štyri reaktory typu RBMK-1000, uvedené do prevádzky v rokoch 1977 až 1983. V čase havárie boli vo výstavbe ďalšie dva bloky, ktoré už neboli dokončené. Zostávajúce tri bloky boli po havárii modernizované a postupne prevádzkované až do roku 2000. Najbližším mestom k elektrárni je Pripiať. V čase havárie mala približne 49 000 obyvateľov a dnes je opustená. Mesto Černobyľ, podľa ktorého elektráreň dostala názov, sa nachádza približne 15 kilometrov od elektrárne.

Havária sa začala v noci 26. apríla 1986 po sérii nesprávnych rozhodnutí a zásahov počas prípravy a vykonávania skúšky. Pred plánovaným odstavením reaktora sa mala vykonať skúška, ktorej cieľom bolo zistiť, ako dlho dokáže dobiehajúci turbogenerátor po strate vonkajšieho elektrického napájania dodávať dostatok elektrickej energie vybraným zariadeniam, kým sa spustia záložné dieselgenerátory. V rámci prípravy skúšky bol vyradený z činnosti systém havarijného chladenia aktívnej zóny. Znižovanie výkonu reaktora sa začalo počas dňa, na žiadosť dispečingu elektrizačnej sústavy však bolo na niekoľko hodín prerušené, pretože elektrická energia z bloku bola naďalej potrebná.

Samotná skúška sa začala neskoro v noci. Po polnoci pri ďalšom znižovaní výkonu klesol tepelný výkon reaktora až približne na 30 MW a reaktor sa dostal do nestabilného prevádzkového stavu. Operátori sa pokúsili výkon opäť zvýšiť a z aktívnej zóny vysunuli veľké množstvo regulačných tyčí. Prevádzkové predpisy stanovovali minimálnu rezervu reaktivity zodpovedajúcu určitému počtu regulačných tyčí, táto požiadavka však bola počas skúšky porušená. Pri prevádzke na nízkom výkone navyše dochádzalo k xenónovej otrave reaktora – hromadeniu xenónu-135, ktorý veľmi účinne pohlcuje neutróny.

Operátorom sa napokon podarilo stabilizovať tepelný výkon reaktora približne na 200 MW a skúška sa začala. Po uzavretí prívodu pary do turbíny začal turbogenerátor dobiehať a jeho otáčky postupne klesali. Tým sa znižoval aj výkon ním napájaných cirkulačných čerpadiel a prietok chladiva reaktorom. V aktívnej zóne sa začalo vytvárať väčšie množstvo pary.

Následne bolo aktivované havarijné odstavenie reaktora AZ-5 a regulačné tyče sa začali zasúvať do aktívnej zóny. Konštrukcia regulačných tyčí s grafitovými časťami na ich spodnom konci však spôsobila, že v počiatočnej fáze ich zasúvania došlo v dolnej časti aktívnej zóny k miestnemu zvýšeniu reaktivity. V kombinácii s veľkým kladným dutinovým koeficientom reaktivity v danom prevádzkovom stave to viedlo k prudkému nárastu výkonu reaktora. Palivové kanály sa poškodili a prudká tvorba pary spôsobila explóziu, ktorá nadvihla približne 1 000 ton vážiacu hornú biologickú ochranu reaktora. Pri následnej deštrukcii došlo k rozsiahlemu poškodeniu reaktora a potrubí chladiaceho systému. Nasledovali ďalšie explózie a požiare. Z poškodeného reaktora boli vymrštené horúce úlomky paliva a grafitu a odkryté grafitové bloky moderátora začali horieť.

Po havárii sa hasiči snažili uhasiť požiare v areáli elektrárne a z vrtuľníkov boli do odkrytého reaktora zhadzované tisíce ton materiálov vrátane bóru, dolomitu, piesku, ílu a olova. K významným únikom rádioaktívnych látok z poškodeného reaktora dochádzalo približne desať dní. Väčšina menej prchavých rádioaktívnych látok zostala v blízkosti elektrárne, zatiaľ čo prchavé rádionuklidy, predovšetkým izotopy jódu a cézia, boli atmosférickým prúdením prenesené do rozsiahlych oblastí Európy. Celková aktivita rádioaktívnych látok uvoľnených do životného prostredia sa odhaduje približne na 14 × 10¹⁸ Bq, pričom významnú časť predstavovali krátkožijúce rádionuklidy.

Nad poškodeným reaktorom bola následne vybudovaná ochranná konštrukcia, známa ako objekt Ukrytie alebo „sarkofág“. Keďže jej stav sa postupne zhoršoval, nad pôvodným objektom bol neskôr vybudovaný Nový bezpečný kryt (New Safe Confinement), ktorý bol nasunutý nad blok 4 v roku 2016 a umožňuje bezpečnejšie vykonávanie ďalších prác na poškodenom reaktore.

Černobyľská havária bola spätne klasifikovaná stupňom 7 – veľká havária, teda najvyšším stupňom stupnice INES. K jej vzniku prispela kombinácia závažných nedostatkov konštrukcie reaktora RBMK, jeho nepriaznivých fyzikálnych vlastností v určitých prevádzkových stavoch, nedostatkov bezpečnostných predpisov a bezpečnostnej kultúry, ako aj konania operátorov počas prípravy a vykonávania skúšky.

Na odstraňovaní následkov havárie sa v nasledujúcich rokoch podieľali státisíce pracovníkov, označovaných ako likvidátori. Zo skupiny pracovníkov a zasahujúcich osôb prítomných v elektrárni bezprostredne po havárii bolo 134 ľudí diagnostikovaných s akútnym radiačným syndrómom, pričom 28 z nich zomrelo v priebehu prvých troch mesiacov. Dvaja pracovníci zomreli na následky zranení spôsobených samotnou haváriou.

U detí a dospievajúcich vystavených rádioaktívnemu jódu bol v nasledujúcich rokoch zaznamenaný výrazný nárast výskytu rakoviny štítnej žľazy. Pri ostatných zdravotných následkoch vystavených skupín je situácia zložitejšia a ich hodnotenie závisí od konkrétnej skupiny obyvateľstva, dávok a sledovaného ochorenia.

Evakuácia neďalekej Pripiate sa začala popoludní 27. apríla, približne 36 hodín po havárii. Neskôr bola vytvorená približne 30-kilometrová evakuačná zóna a presídľovanie obyvateľstva pokračovalo aj v nasledujúcich rokoch. V roku 1986 bolo z postihnutých oblastí evakuovaných približne 116 000 ľudí a ďalších približne 220 000 bolo presídlených v nasledujúcich rokoch. Nedostatok informácií o havárii, jej rozsahu a možných následkoch výrazne prispel k neistote a obavám verejnosti. Informácie o havárii sovietske úrady spočiatku nezverejnili a zvýšenú rádioaktivitu mimo Sovietskeho zväzu prvýkrát zaznamenali 28. apríla vo Švédsku.

Po havárii boli reaktory RBMK technicky upravené s cieľom znížiť kladný dutinový koeficient reaktivity, odstrániť nebezpečné vlastnosti regulačných tyčí a zvýšiť účinnosť a rýchlosť havarijného odstavenia. Zároveň boli sprísnené prevádzkové postupy a prijaté ďalšie opatrenia na zvýšenie jadrovej bezpečnosti.

 

Fukušima

Japonské jadrové elektrárne sú prevažne budované na pobreží, pretože na chladenie využívajú morskú vodu. Jadrová elektráreň Fukušima Daiči sa nachádza na ostrove Honšú, približne 90 km od mesta Sendai. Elektráreň mala šesť varných reaktorov (BWR), uvedených do prevádzky v rokoch 1971 až 1979. Vzhľadom na polohu na pobreží bola elektráreň vystavená riziku cunami a bola vybavená ochrannými konštrukciami proti zaplaveniu. Cunami, ktoré elektráreň zasiahlo 11. marca 2011, však výrazne prekročilo hodnoty, s ktorými sa počítalo pri jej projektovaní.

Dňa 11. marca 2011 došlo približne 130 kilometrov od severovýchodného pobrežia Japonska k mimoriadne silnému zemetraseniu s magnitúdou 9, známemu ako Veľké východojaponské zemetrasenie alebo zemetrasenie Tóhoku. V tom čase boli v elektrárni Fukušima Daiči v prevádzke bloky 1, 2 a 3, ktoré sa po zemetrasení automaticky odstavili zasunutím regulačných tyčí. Bloky 4, 5 a 6 boli odstavené z dôvodu plánovaných prác. Zemetrasenie zároveň spôsobilo stratu vonkajšieho elektrického napájania, preto sa automaticky spustili núdzové dieselgenerátory zabezpečujúce napájanie systémov potrebných na chladenie odstavených reaktorov.

Približne o hodinu neskôr zasiahlo elektráreň cunami s výškou približne 14 metrov. Voda prekonala ochranu elektrárne a zaplavila viaceré dôležité priestory a zariadenia vrátane núdzových dieselgenerátorov a elektrických rozvádzačov. Elektráreň tak stratila väčšinu zdrojov elektrického napájania a zároveň boli poškodené systémy potrebné na odvod tepla do mora. V blokoch 1 až 3 postupne došlo k strate dostatočného chladenia. Napriek automatickému odstaveniu reaktory naďalej produkovali zvyškové teplo, hladina vody v tlakových nádobách klesala, palivo sa prehrievalo a došlo k vážnemu poškodeniu a roztaveniu aktívnych zón všetkých troch reaktorov.

V snahe obnoviť chladenie bola do reaktorov neskôr vstrekovaná aj morská voda. Zároveň bolo potrebné znižovať tlak a odvádzať paru a plyny z kontajnmentov. Pri prehrievaní paliva reagovala zirkóniová zliatina pokrytia palivových prútikov s vodnou parou, pričom vznikalo veľké množstvo vodíka. Ten sa nahromadil v reaktorových budovách a spôsobil explózie na blokoch 1 a 3. K vodíkovej explózii došlo aj na bloku 4, ktorý bol v čase havárie odstavený; vodík sa tam dostal zo spoločných systémov z bloku 3. Explózie vážne poškodili horné časti reaktorových budov.

Situáciu v elektrárni sa postupne darilo stabilizovať počas nasledujúcich mesiacov a v decembri 2011 bol pre bloky 1 až 3 vyhlásený stav cold shutdown condition. Počas havárie došlo k únikom rádioaktívnych látok do atmosféry aj do mora. Najvýznamnejšie z hľadiska radiačných následkov boli rádioaktívne izotopy jódu a cézia. Radiačné následky havárie boli podstatne menšie ako pri havárii v Černobyle; podľa UNSCEAR predstavovali úniky rádiologicky významného rádiojódu a rádiocézia približne 10 % množstva uvoľneného pri Černobyle.

Oblasť v okolí elektrárne bola postupne evakuovaná a 12. marca bola evakuácia rozšírená do vzdialenosti 20 km od elektrárne. Ožiarenie obyvateľstva v dôsledku havárie bolo relatívne nízke. Podľa hodnotenia UNSCEAR neboli medzi obyvateľmi Fukušimy zaznamenané nepriaznivé zdravotné účinky, ktoré by bolo možné priamo pripísať radiačnej expozícii spôsobenej haváriou, a ani v budúcnosti sa neočakáva štatisticky rozpoznateľný nárast zdravotných následkov súvisiacich s ožiarením.

Vyšším dávkam boli vystavení niektorí pracovníci zasahujúci v elektrárni. Z viac ako 20 000 pracovníkov zapojených do zvládania následkov havárie dostalo v období do marca 2012 približne 174 pracovníkov efektívnu dávku vyššiu ako 100 mSv. Neboli zaznamenané prípady akútneho radiačného syndrómu spôsobené haváriou.

Havária vo Fukušime Daiči bola klasifikovaná najvyšším stupňom INES 7 – veľká havária. Napriek rovnakému stupňu INES boli jej radiačné následky podstatne menšie ako pri černobyľskej havárii. Haváriu spôsobila kombinácia mimoriadne silného zemetrasenia a následného cunami, ktoré viedlo k dlhodobej strate elektrického napájania a schopnosti odvádzať zvyškové teplo z odstavených reaktorov. Neskoršie vyšetrovania zároveň identifikovali nedostatky v hodnotení rizika cunami, projektovej ochrane elektrárne a pripravenosti na závažné vonkajšie udalosti.

Havária viedla k rozsiahlemu prehodnoteniu bezpečnosti jadrových elektrární na celom svete. V mnohých krajinách sa uskutočnili dodatočné bezpečnostné hodnotenia a záťažové testy zamerané najmä na odolnosť elektrární voči extrémnym prírodným udalostiam, dlhodobej strate elektrického napájania a strate konečného odvodu tepla. V niektorých krajinách havária ovplyvnila aj ďalšie smerovanie jadrovej energetiky.