Zwalczamy mity - elektrownia jądrowa NIE MOŻE wybuchnąć jak bomba atomowa!

Owszem, wybuchnąć może, ale będzie to wybuch chemiczny, na skutek zapłonu wodoru powstałego wskutek reakcji pary wodnej z rozgrzanymi powyżej 800 st. C cyrkonowymi koszulkami prętów paliwowych. W reakcji tej powstaje tlenek cyrkonu oraz wodór, gaz łatwopalny, a w mieszaninach z powietrzem wybuchowy. Taka mieszanka bardzo łatwo wybucha z ogromną siłą, tym niemniej wyzwolona energia jest mniejsza niż podczas wybuchu jądrowego, inne są też skutki takiej eksplozji. Nie jest to niekontrolowana reakcja łańcuchowa, jak podczas wybuchu bomby.

Przypomnijmy, że wybuch bomby atomowej wywołuje następujące efekty:

1. błysk jaśniejszy niż tysiąc słońc
2. gwałtowny wzrost temperatury, powodujący odparowanie przedmiotów znajdujących się w pobliżu epicentrum
3. podmuch (fala uderzeniowa), po którym następuje gwałtowny spadek ciśnienia powietrza, powodujący dalsze zniszczenia
4. impuls elektromagnetyczny 
5. promieniowanie przenikliwe
6. opad promieniotwórczy zarówno w miejscu eksplozji (lokalny), jak i roznoszony wiatrem na duże odległości (globalny)

W przypadku awarii reaktora występują tylko dwie ostatnie pozycje. Wzrost temperatury nie jest tak gwałtowny jak w bombie, nie ma fali uderzeniowej ani oślepiającego błysku. Oczywiście, temperatura jest znaczna, w Czarnobylu powodowała odparowanie ołowiu, zrzucanego ze śmigłowców na ognisko pożaru, przyczyniając się do zatruć u pilotów, tym niemniej, otoczenie nie wyparowało. Promieniowanie i opad radioaktywny to wspólny mianownik dla bomby i reaktora, ale skład izotopowy opadu jest różny - dzięki  temu w Polsce i Szwecji jednoznacznie stwierdzono, że przyczyną skażenia jest reaktor, a nie eksplozja bomby. Jeżeli chodzi o impuls elektromagnetyczny, to choć nie występuje podczas awarii reaktorów, to jednak zwiększona moc dawki promieniowania beta i gamma może uszkadzać obwody elektroniczne. Z tego powodu uległ awarii słynny radziecki radar Duga, zwany Rosyjskim Dzięciołem, położony w pobliżu Czarnobyla. Również zdalnie sterowane roboty, których chciano użyć do likwidacji skutków wybuchu w najbardziej skażonych miejscach - odmawiały posłuszeństwa, posłużono się więc "robotami biologicznymi", czyli ludźmi.

Zostawiając dygresje na marginesie, przyjrzyjmy się liczbom. W reaktorze w Czarnobylu znajdowało się 190 t paliwa jądrowego. W bombie Little Boy zrzuconej na Hiroshimę - jedynie 64 kg, z czego przereagowało ok. 700-800 g, czyli 1,5%, wyzwalając energię równą 13–16 kT TNT. Nie trzeba skomplikowanych obliczeń, by przekonać się, że podobna eksplozja, wykorzystująca 190 t uranu zniosłaby wszystkie cztery bloki energetyczne czarnobylskiej elektrowni wraz z otoczeniem z powierzchni ziemi. Tymczasem pożar reaktora nr 4, choć rozpylił kilka ton paliwa jądrowego po całej Europie, nie uszkodził pozostałych bloków, z których ostatni został wyłączony... w 2000 r.

Od strony technicznej eksplozja reaktora jest niemożliwa z powodu zbyt małego skoncentrowania materiału rozszczepialnego (pręty paliwowe rozdzielone moderatorem, samo paliwo w postaci tabletek, często z dwutlenku uranu zamiast pierwiastka metalicznego), jego mniejszego wzbogacenia (80% w bombie, a jedynie 1,8% w reaktorze typu czarnobylskiego) i znacznego rozciągnięcia całego procesu w czasie. Przypomnę, że w bombie dwa lub trzy kawałki uranu bądź plutonu są gwałtownie zbliżane do siebie za pomocą konwencjonalnych ładunków wybuchowych.

http://blog.nuclearsecrecy.com/2012/11/30/soviet-drawings-of-an-american-bomb/

Reakcja łańcuchowa musi zajść na tyle szybko, by większość materiału zdążyła przereagować ZANIM wybuch rozniesie bombę na wszystkie strony świata - stąd niska sprawność pierwszych bomb, później podnoszona specjalnym reflektorem neutronów z naturalnego uranu, stanowiącym też dodatkowy materiał rozszczepialny. W reaktorze, gdzie pręty paliwowe, złożone z pastylek, umieszczone są w koszulkach, tkwiących w specjalnych kanałach, otoczonych chłodziwem i moderatorem - nie ma takiej możliwości - pojedyncze pręty mogą się przegrzać, stopić, czy nawet wyparować, a w kontakcie z wodą - zapalić i rozsiać opad promieniotwórczy na sporym obszarze - ale grzyba atomowego nie uświadczymy. Aby teoretycznie uczynić z reaktora bombę atomową, należałoby otoczyć go olbrzymimi ilościami konwencjonalnych materiałów wybuchowych, których jednoczesne odpalenie zgniotłoby rdzeń i zbliżyło pręty paliwowe do siebie, zwiększając ich gęstość - a i tak nie doszłoby do eksplozji z uwagi na niskie wzbogacenie paliwa jądrowego (3-4 %, podczas gdy w broni jądrowej jest to ponad 90%, tzw. weapon grade uranium). Poniżej schemat słynnego reaktora z Czarnobyla, czyli RBMK-1000:

http://ncbj.edu.pl/rbmk-reaktor-z-czarnobyla/budowa-reaktora-rbmk

Do tej pory nie zdarzył się ŻADEN wybuch reaktora jądrowego, który można by porównać z eksplozją bomby atomowej. Wszystkie awarie były efektem przegrzania i stopienia rdzenia reaktora. Przy awariach w Windscale i Three Mile Island skażeniu uległ obszar w bezpośrednim otoczeniu elektrowni. W Czarnobylu, gdzie zadziałał tzw. efekt kominowy, a reaktor płonął przez kilka dni, zasięg skażenia był dużo większy. Pożar reaktora widoczny był z satelity, a zmienny wiatr rozniósł 3 fale radionuklidów nad całą Europę, w tym częściowo nad Polskę. Przyczyny katastrofy przystępnie wyjaśnia film:

Również w radzieckich zakładach „Majak”, położonych w pobliżu Czelabińska, miały miejsce 2 poważne wypadki - w 1957 i 1968 r. - lecz oba nie miały charakteru eksplozji jądrowej - w pierwszym wypadku było to przegrzanie zbiornika z wysokoaktywnymi odpadami, w drugim - niedopracowany eksperyment z organicznym roztworem plutonu. Czyli jak zwykle - zawinił czynnik ludzki. Pomimo projektowania reaktorów jądrowych z dużym marginesem bezpieczeństwa i stosowania licznych, równoległych systemów zabezpieczających - ostateczna obsługa pozostaje nadal w rękach człowieka. Systemy bezpieczeństwa, konstruowane na zasadzie redundancji (w skrócie - kilka niezależnych systemów robiących to samo) mają wyeliminować choć część błędów spowodowanych obsługą, natomiast są bezsilne, jeżeli się je wyłączy, co miało miejsce w Czarnobylu (zagadnieniu temu poświęcę osobną notkę). Najnowsze modele reaktorów, np. typu TRIGA są praktycznie niezniszczalne, wzrost temperatury paliwa jądrowego powoduje spadek jego mocy (w przeciwieństwie do znanych z Czarnobyla reaktorów RBMK-1000). Czyli nawet najbardziej niedoświadczony żółtodziób, choćby chciał, nie wysadzi go w powietrze. 

Wracając jeszcze na moment do czarnobylskiej katastrofy warto wspomnieć, że naukowcy podczas pożaru reaktora obawiali się niekontrolowanej reakcji jądrowej, ale i tak nie byłaby to eksplozja porównywalna z bombą. Jak wspomniałem wyżej, pręty paliwowe oddzielone są od siebie moderatorem, a jeszcze dodatkowo pręty sterujące pochłaniają nadmiar neutronów, kontrolując prędkość reakcji rozszczepienia. Jednakże po stopieniu rdzenia, gdy paliwo wraz z elementami konstrukcyjnymi uzyskało postać lawy, tzw. corium i zaczęło przeciekać do przestrzeni pod reaktorem, istniało niebezpieczeństwo przekroczenia masy krytycznej w tej objętości paliwa jądrowego. Mógł powstać tam swego rodzaju "dziki" reaktor jądrowy, pozbawiony możliwości sterowania. Mimo wszystko jednak, z uwagi na niskie wzbogacenie paliwa i powolność procesu topnienia i ściekania nie byłaby możliwa eksplozja, taka jak w bombie. Cała ta masa mogłaby jedynie mocno się rozżarzyć od niekontrolowanej reakcji jądrowej, a w kontakcie z wodą wywołać wybuch chemiczny, opisany wyżej. Nic takiego jednak się nie stało i corium zastygło w tzw. nogę słonia, do chwili obecnej znajdującą się pod reaktorem:

https://www.pinterest.jp/pin/336292297166630536/

Niestety, przeliczenia ilości paliwa jądrowego w czarnobylskim reaktorze na siłę eksplozji bomby z Hiroszimy spowodowały apokaliptyczne wizje zagrożenia eksplozją liczoną w megatonach, choć, jak wykazałem wyżej, taki scenariusz nie miał prawa się spełnić.

***

A wszystkim osobom obawiającym się energetyki jądrowej polecam tą stronę:

Fakty i mity dotyczące energetyki jądrowej - Świadomie o atomie 

Rzetelną i wyczerpującą publikacją jest również książka Grzegorza Jezierskiego - Energia jądrowa wczoraj i dziś (tu pod błędnym tytułem)