Tšornobõli katastroof

Õnnetusest

26. aprillil 1986 kell 1.23.40 öösel kasvas 4. reaktori võimsus reaktori peatamisel hüppeliselt. Võimsuse kasvades tekkis soojakolle. Plahvatuslikult kasvanud aururõhk purustas osaliselt reaktori. Mõne sekundi pärast järgnes teine, tugevam plahvatus. Plahvatused rebisid reaktorilt kaane ja purustasid osaliselt energiaploki hoone. Energiaplokk ei olnud ümbritsetud tugeva betoonkattega nagu lääne tuumajaamad, mis oleks takistanud reaktori plahvatamisel radioaktiivse aine laialipaiskumist. Reaktori purunemisega kaasnes suure koguse radioaktiivse aine paiskumine õhku. Purunenud reaktoris katkes jahutussüsteemi töö, mistõttu süttis reaktori grafiit. Grafiidi põlemine kandis purunenud reaktorist kümne päeva kestel välja suures koguses radioaktiivset ainet.

Katsetuse planeerimine

25. aprilli keskpäeval oli kavas seisata 4. reaktor plaaniliseks hoolduseks. Seoses sellega otsustati katsetada reaktori turvasüsteeme. 
RBMK-1000 reaktor vajab pidevalt ringlevat vett senikaua, kuni tuumkütust jätkub. Ka reaktori avariilisel peatamisel peab jätkuma reaktori jahutusvee tsirkulatsioon. 
Tšornobõli reaktoritel oli kolm varu-diiselgeneraatorit, mis pidid tagama veepumpade töö elektrikatkestuse korral, kuid need saavutasid veepumpade käigushoidmiseks vajaliku võimsuse 40-sekundilise viivitusega. Katsetuse käigus taheti kontrollida, kas reaktori avariilisel peatamisel suudab inertsist pöörlev auruturbiin anda piisavalt elektrit, et varugeneraatorite käivitumiseni hoida käigus reaktori veepumpi. Test viidi eelnevalt kahel korral läbi teistel reaktoritel, kuid negatiivsete tulemustega: turbiin ei genereerinud ergutusmähiste pingelanguse tõttu piisavalt kaua vajalikku võimsust. Turbiinidele tehti muudatusi ning oli vaja teha uusi katsetusi.

Eelnenud tingimused

Plaanitud katsetustele tehti ettevalmistusi 25. aprilli päeval. Energiaploki võimsus oli 1 GW ning reaktori nominaalne soojuslik võimsus 3,2 GW. Katsetuse läbiviimiseks oli vajalik reaktori 700–800 MW-ni vähendatud võimsus. Energiaploki päevane meeskond vähendas reaktori võimsuse 200 MW-ni, aga sel ajal lülitus välja üks Kiievi piirkonna elektrijaam ning Kiievi elektrivõrgu dispetšer nõudis katsetuse edasilükkamist, sest elektrit oli tarvis õhtuse nõudluse katmiseks. Tuumajaama direktor lükkaski katsetuse edasi. 25. aprillil kell 23:04 lubas Kiievi dispetšer katsetust alustada. Ohutustesti läbiviimine jäi reaktori operaatorite õhtuse vahetuse, mis ei olnud selleks katsetuseks valmistunud, ülesandeks ning katsetuse oluline faas sattus õhtuse ja öise vahetuse vahetusajale. Õhtuse vahetuse meeskonnal oli vähe kogemusi RBMK-tüüpi reaktoritega, nad olid eelnevalt töötanud fossiilkütuse-elektrijaamades. Vahetuse juhtivinsener Anatoli Djatlov oli aga töötanud allveelaevade tuumareaktoritega ning osalenud ka eelmistel katsetel.
Reaktoris tekib raskete tuumade lagunemisel suures koguses isotoopi jood-135. Isotoobi I-135 poolestusaeg on 6,57 tundi, sellest tekib ksenoon-135. Xe-135 on potentsiaalne reaktorimürk. See on ülimalt efektiivne neutronite neelaja, seega aeglustab ahelreaktsiooni. Kui Xe-135 aatom neelab neutroni, siis muutub see stabiilseks Xe-136-ks, mis enam neutroneid ei neela. Normaalse võimsusega reaktsioonil saavutatakse tasakaal, mille käigus Xe-135 "põletatakse" reaktori kõrges neutronite voos sama kiiresti, kui I-135 laguneb. Neljanda energiaploki reaktor oli töötanud poolel võimsusel juba pool ööpäeva, mis tõstis ksenoon-135 taset reaktoris. Reaktori võimsuse ja seega neutronite voo kiirel langetamisel kiirenes ka I-135 lagunemisprotsess ning tekkis suures koguses Xe-135 isotoope – kiiremini, kui tekkis Xe-136 isotoope. Reaktori peatamise selles faasis tegi operaator vea ja viis reaktori kontrollvardad liiga sügavale, vähendades nii reaktori võimsust 30 MW-ni – umbes viiele protsendile plaanitud eksperimendi alustamiseks vajalikust. Et reaktori võimsus uuesti soovitud tasemele kasvatada, lülitati automaatne võimsuse regulaator välja ja hakati reaktori võimsust kasvatama, tõstes osa reaktori kontrollvardaid käsitsijuhtimisega reaktorist välja.
Reaktori võimsus suurenes 200 MW-ni, mis oli vähem kui kolmandik eksperimendi juhendis ette nähtust, aga piisav turbiini ja pumpade tööks, ning katset jätkati. Reaktori võimsuse edasist tõusu ei võimaldanud reaktori kiireist režiimimuutustest tingitud Xe-135 isotoopide rohkus. Operaatorid tõstsid käsitsijuhtimisel täiendavalt kontrollvardaid reaktorist välja, et tagada reaktori püsiv võimsus. Kell 1:05 öösel lülitasid operaatorid katse jätkamiseks sisse täiendavad veepumbad ning suurendasid vee voolu reaktoris rohkem kui ohutusnõuded lubavad. Veevool ületas ohutuspiiri kell 1:19 öösel ja kuna ka vesi neelab neutroneid, siis reaktori võimsus kahanes veelgi. Sellele reageeris võimsuse automaatregulaator ja viis reaktorist täiendavalt kontrollvardaid välja. See tekitas eriti ohtliku olukorra: enamus kontrollvarrastest eemaldati ja ainus, mis kontrollis reaktsiooni, olid reaktsiooni käigus tekkivad Xe-135 isotoobid. Reaktori reaktiivsuse varu hinnang osutus valeks, sest operaatorid ei teadnud, et RBMK reaktori veeauru-reaktiivsus on reaktori väikesel võimsusel nii suur, kui see oli. Katastroofijärgsete mudelarvutuste ja katsetega selgus, et reaktoril oli sellel võimsustasemel väga kõrge positiivne veeauru-reaktiivsus.

Saatuslik eksperiment

Kell 1:23:04 alustasid reaktori operaatorid plaanitud eksperimenti. Reaktori ebastabiilset olekut juhtpaneelilt ei märgatud ja tundub, et keegi reaktori-rühmast ei olnud ohust teadlik. Turbiine käitav aur lülitati välja ja käivitati veepumpade diiselgeneraatorid, mis saavutasid vajaliku pöörlemiskiiruse kell 1:23:43. Turbiinide pöörlemiskiiruse kahanedes kahanes veepumpade tootlikkus, mis vähendas reaktori jahutust ning suurendas reaktori tuumas auru teket. Kontrollvarraste kanaleis tekkisid aurutaskud. Need protsessid tekitasid reaktoris positiivse reaktiivsuse ja reaktori võimsus hakkas kasvama. Reaktori võimsuse kasvades hakkasid Xe-135 isotoobid põlema kiiremini kui I-135 isotoobid lagunesid, mis omakorda suurendas reaktori võimsust. Sel ajal suutis võimsuse automaatregulaator võimsuse kasvu kompenseerida. Reaktori juhtpuldis ei olnud ühtegi signaali reaktori ebastabiilsest olekust.
Kell 1:23:40 vajutasid operaatorid lülitit AZ-5 (kiire hädaabi kaitse 5 "SCRAM"). Nii viiakse kõik kontrollvardad viivitamatult reaktorisse. SCRAM on avariilüliti, mida kasutatakse, kui reaktori võimsus ootamatult suureneb. SCRAM-i kasutatakse ka reaktori tavalisel seiskamisel, et reaktor lõplikult peatada. Samal viisil peatati alatiseks 15. detsembril 2000 kell 13:17 Tšornobõli tuumajaama 3. energiaplokk. Ei teata seniajani, kas SCRAM-i kasutati hädaohu tõttu või lihtsalt rutiin-meetodil nagu tavalisel reaktori peatamisel. Djatlov kirjutas oma raamatus:
Enne 01:23:40 .... ei registreerinud süsteemid kesk-kontrollis ühtegi parameetrit, mis õigustaks SCRAM-i. Nagu raportis väidetud, kogus ning analüüsis komisjon suures koguses materjale, kuid ei suutnud kindlaks teha, miks SCRAM-i kasutati. ... Reaktor lülitati lihtsalt välja, kuna eksperiment lõppes.
Tundub, et selle ajani ei tajunud reaktori operaatorid mingit ohtu, vaid lihtsalt lõpetasid katse ning soovisid reaktori lõplikult peatada.
Kontrollvarraste sisestusmehhanism oli aeglane. Kontrollvarraste viimine täies ulatuses reaktori tuuma kestis 18–20 sekundit. Kontrollvarraste disaini eripära vähendas varraste allaliikumisel algselt neutronite neelamist varraste alumise otsa juures. See viis selleni, et SCRAM tegelikult suurendas reaktsiooni võimsust reaktori alaosas. Mõni sekund pärast AZ-5 sisselülitumist hakkas reaktori võimsus hüppeliselt kasvama. Siis hakkasid purunema kütusevardad ja ummistusid kontrollvarraste kanalid. Kontrollvardad kiilusid kinni, kui nad olid sisestatud alles 1/3 ulatuses, ning seega oli reaktsiooni võimatu peatada. 3 sekundiga kasvas reaktori võimsus üle 530 MW. Auru rõhk kasvas plahvatuslikult ja purustas jahutustorud. Mõne sekundi pärast järgnes teine, tugevam plahvatus, mille kõige usutavam põhjus on kriitilise massi ületamine mõnes purunenud reaktori osas. Hinnanguliselt kasvas reaktori võimsus 30 GW-ni, ületades kell 1:23:47 ligi kümme korda reaktori nimivõimsust. Plahvatus paiskas minema reaktori kaane ja purustas osa energiaploki katust. Ülekuumenenud grafiit süttis ja
laialipaiskuvad põleva grafiidi tükid tekitasid mitu tulekahjukollet naaberkorpustel, mille katused olid üle valatud bituumeniga. Grafiidi põlemine purunenud reaktoris aitas kaasa radioaktiivse materjali laialikandumisele ning seega lähedalolevate piirkondade saastumisele.
Djatlov väidab oma raamatus, et reaktori operaatorid ei rikkunud katsetuse käigus
ühtegi reaktori juhtimise reeglit. Katse läbiviimise juhisest oli kaks olulist kõrvalekallet. Katseks valmistudes kahanes reaktori võimsus plaanitust väga palju väiksemaks ilmselt operaatori eksimuse tõttu, aga ka võimsuse regulaatori ebastabiilsuse tõttu reaktori väikesel võimsusel. Katse alustamiseks ei kasvatatud reaktori võimsust 700 MW-ni. Reaktori juhend ei lubanud reaktori võimsust 700 MW-ni kasvatada kiiremini kui poole tunniga ning reaktori omavajadusteks piisas 200 MW võimsusest. Kuivõrd reaktor oli kavas nagunii peatada, piirduti võimsuse kasvatamisega 200 MW-ni.
Plahvatuseni viisid kiiretest režiimimuutustest tingitud reaktori ebastabiilne olek, millest ei andnud tunnistust ükski kontrollseade, ja reaktori konstruktsiooni iseärasused. Reaktori suured mõõtmed raskendasid kogu reaktori ulatuses vajaliku režiimi tagamist. Reaktor oli väikesel võimsusel positiivse reaktiivsusega (see polnud reaktori operaatoritele teada). Mis peamine, reaktori kontrollvarraste grafiitotsad tekitasid reaktori positiivse reaktiivsuse ning varraste väike liikumiskiirus
jättis aega võimsuse kontrollimatuks kasvuks kontrollvarraste alumise otsa juures.

Katastroofi ulatus

Reaktorist välja paiskunud radioaktiivne pilv saastas suured alad Ukrainas, Venemaal ning eriti Valgevenes. Laiali paisatud radioaktiivse aine hulk ületas nelisada korda Hiroshima pommitamisel tekkinut. Atmosfääri paisati umbes pool reaktoris olnud radioaktiivsest joodist (I-131 poolestusaeg on 8 päeva), väga pika poolestusajaga tseesium-137 ja strontsium-90 (Cs-137 poolestusaeg on 30 aastat, Sr-90-l 29 aastat) ja mitmeid teisi lühema poolestusajaga isotoope (Cs-134, Zr-95, Nb-95, Xe, Ba-140, La-140). Saastatud piirkondadest evakueeriti üle 300 000 inimese. Saaste riivas kergelt ka mõningaid Eesti piirkondi.
Katastroofi tõttu kasutamiskõlbmatuks muutunud territooriumid on jagatud kahte rühma: ala, kus isotoobiga Cs-137 saastatus on 15 Ci/km² või rohkem, ja ala, kus saastatus on 5–15 Ci/km². Esimesse gruppi kuulub nn 30-kilomeetrine evakuatsioonitsoon kogupindalaga 10 500 km² (umbes 120-kilomeetrise läbimõõduga ringi pindala). Teise grupi maa-ala kogupindala on umbes 21 000 km². Elamis- ja kasutuskõlbmatu maa kogupindala 31 500 km² on võrreldav kolmveerandi Eesti maismaa pindalaga. Selle pindalahinnangu juures on arvestatud ka Sr-90-ga saastatuse piirnormi 3 Ci/ km². (Kõštõmi plahvatuse "tsoonis" evakueeriti inimesed saastatuse 2 Ci/km² korral.) See, kui kaua saastatud maa ei ole kasutatav põllumaana, oleneb atmosfääri- ja kliimatingimustest, maaparandustööde efektiivsusest ja kvaliteedist. Igal juhul kestab see periood aastakümneid.
Kolm aastat pärast katastroofi hinnati tagajärgede likvideerimisel tehtud kulutusi ja tekitatud kahju vähemalt 35 miljardile rublale. Lisandusid kaudsed kulud: kaotatud maalt saamata jääv tulu, kapitaalmahutuste kaod, elektri tootmise katkemisest tingitud kaod, kulutused töötavate tuumajaamade ohutuse suurendamiseks.
Katastroofi tagajärgede likvideerimises osales rohkem kui 600 000 inimest.

Tšornobõli tuumaelektrijaama katastroof ja Eesti

Tšornobõli avarii tagajärgede likvideerimiseks kaeti aja jooksul lekkiv (kiiritav) energiaplokk betoonsarkofaagiga, mille ehitamisel osalesid ka Eestist "kordusõppustele" kutsutud sõjaväekohuslased. Tagajärgede likvideerimiseks loodud staabi ülem oli Eesti NSV tsiiviilkaitse juht Vello Vare.
Ümber plahvatanud reaktori ehitati betoonsarkofaag. Prõpjati linn, kus elas põhiliselt tuumajaama personal, evakueeriti ja likvideeriti kõrge saasteastme tõttu. Jaama personali tarbeks rajati jaamast umbes 50 km ida poole uus linn Slavutõtš.