Černobyľ

Černobyľ
 
Úvod
Černobyľ. Stal sa jedným z novodobých tragických divov sveta. Nevýrazné mestečko na Ukrajine, ktoré by pravdepodobne vôbec nebolo tak smutne slávne, keby tam nevybuchla atómová elektráreň. Zapísala sa do dejín ako najväčšia katastrofa spôsobená človekom. Vybuchla, spôsobila pár úmrtí a neporiadok, ale uvoľnené rádioaktívne žiarene ovplyvňuje život ľudí a prírody doteraz. Myslím, že nie je jednoduché odstrániť a napraviť škody po výbuchu elektrárne (napr. vodnej), ale poškodenie elektrárne jadrovej je obrovké nešťastie. Plus, je až neuveriteľné, ako sa Rusko v prvých dňoch ani nechcelo priznať, že sa vôbec niečo stalo...  ale to vysvetlím až neskôr.
Vo svojom projekte by som chcela informovať kedy a ako sa táto tragédia stala, lebo mám pocit, že nie každý pozná celú históriu Černobyľu. Dôležité je ukázať aj dôsledky, ktoré ešte stále môžeme vidieť. A samozrejme nezabudnem priblížiť mechanizmus fungovania jadrových elektrárni, keďže som túto prácu zaradila v predmete fyzika.

1 JADROVÁ ENERGIA
Energia je schopnosť vykonávať prácu. Predmet alebo látka má vtedy energiu, ak sa môže pohybovať alebo ak môže vyprodukovať teplo, zvuk či elektrinu. Nemôže sa nikdy zničiť, ale premieňa sa z jednej formy na inú.
 
1.1 Štiepenie jadier atómu
Najskôr treba priblížiť atóm ako taký. Atóm je nesmierne malý - museli by sme za sebou položiť viac ako milión atómov, aby sme z nich urobili retiazku s dĺžkou jeden milimeter. Jadro, ktoré je vnútri atómu, je však stotisíckrát menšie. A predsa je v tomto nepatrnom "zrniečku" uložená takmer všetka hmota atómu. Elektróny, ktoré sa pohybujú okolo jadra, sú totiž asi 2000-krát ľahšie ako protóny a neutróny z ktorých je zložené jadro. Atómové jadro je kladne nabité. Je zložené z častíc dvoch druhov: protónov, ktoré majú kladný náboj, a neutrónov ktoré sú bez elektrického náboja. Zaberá väčšiu časť atómu a protóny s neutrónmi sú  navzájom viazané silnými jadrovými silami, omnoho väčšími ako sú elektrické sily, ktoré viažu elektróny k jadru.

Hmotné číslo A jadra sa rovná počtu nukleónov, alebo protónov a neutrónov a obsahuje atómové číslo Z, ktoré vyjadruje počet pozitívne nabitých protónov. Špecifické jadro je určené ako podiel A a Z (X)-prvku, napr. 235/92U –vyjadrenie uránu. Väzbová energia jadra je miera, akou sú protóny a neutróny spolu viazané jadrovými silami. Väzbová energia jedného nukleónu, čiže energia potrebná na odštiepenie jedného protónu alebo neutrónu z jadra, je funkcia hmotného čísla A. Krivka väzbovej energie naznačuje, že ak dve ľahké jadrá splynú a vytvoria ťažšie, alebo ak sa ťažšie jadro rozdelí na dve, dôjde k pevnejšiemu spojeniu jadra a energia sa uvoľní.

Na výrobu jadrového paliva sa využíva prírodný urán. Urán obsahuje dva hlavné izotopy U 238 a U 235. Pre štiepnu reakciu sú použiteľné jadrá atómov U 235. V súčasnosti sa vo veľkej miere využíva v jadrových elektrárňach mierne obohatený urán, to je taký, v ktorom je podiel U 235 pomocou špeciálnej technológie zvýšený na 2 až 4%. Urán je obohatený a upravený do vhodnej chemickej formy (oxid uránu) a potom tepelne a mechanicky spracovaný do tabliet. Tablety oxidu uránu sú umiestnené do kovových tenkostenných rúrok zo zliatin zirkónu, ktoré sa zatavia. Vznikajú tzv. palivové prúty, ktoré vhodným geometrickým usporiadaním vytvárajú palivové články (kazety), využívané ako palivo pre reaktory.

Jadrová štiepna reakcia, ktorá je zdrojom tepelnej energie, prebieha v aktívnej zóne jadrového reaktora na jadrách izotopu uránu 235. Štiepna reakcia je vyvolaná prienikom voľného neutrónu do jadra izotopu uránu 235. Jadro uránu 235 sa pritom rozštiepi na dva štiepne fragmenty s rôznymi hmotnosťami a značnou kinetickou energiou. Tento proces je sprevádzaný uvoľnením 2 až 3 neutrónov, ktoré môžu vyvolať ďalšiu štiepnu reakciu v okolitých jadrách uránu 235. Pri štiepení sa uvoľní energia, ktorú vo forme tepla odoberá chladivo. Neutróny vznikajúce pri štiepnej reakcii sú spomaľované moderátorom na tzv. tepelné neutróny, ktoré majú väčšiu pravdepodobnosť vyvolať ďalšie štiepenie jadier uránu. Reguláciu výkonu reaktora umožňuje absorbačná časť regulačných kaziet, ktoré zachytávajú tepelné neutróny vznikajúce pri štiepnej reakcii. Absorbačná časť regulačnej kazety je vyrobená z nehrdzavejúcej ocele s prísadou bóru, ktorá pohlcuje neutróny. Regulácia výkonu reaktora je možná i pomocou kvapalných absorbátorov- kyselinou bóritou, ktorá je rozpustená v chladiacej vode primárneho okruhu.
   
1.2 Jadrová elektráreň
V jadrových elektrárňach sa vyrába elektrina pomocou tepla, ktoré sa uvoľní počas zmien v atómových jadrách. Tento proces sa nazýva riadená jadrová reakcia. Energia ukrytá vnútri jadier atómov sa uvoľňuje a koná prácu.
Princíp výroby elektriny v jadrovej elektrárni je podobný ako v klasickej tepelnej elektrárni. Rozdiel je len v zdroji tepla. V tepelnej elektrárni je zdrojom tepla fosílne palivo (uhlie, plyn alebo ropa), zatiaľ čo v jadrovej elektrárni je to jadrové palivo (prírodný alebo obohatený urán).
Činnosť: Palivo je v podobe palivových kaziet. Do tlakovej nádoby reaktora prúdi chemicky upravená voda. Táto preteká kanálikmi v palivových kazetách a odvádza teplo vzniknuté pri štiepnej reakcii. Voda z reaktora (s teplotou asi 297°C) prechádza horúcou vetvou primárneho potrubia do tepelného výmenníka - parogenerátora. V parogenerátore preteká zväzkom trubiek a odovzdáva teplo vode, ktorá je privádzaná zo sekundárneho okruhu s teplotou 222°C. Ochladená voda primárneho okruhu sa vracia späť do aktívnej zóny reaktora. Voda sekundárneho okruhu sa v parogenerátore odparuje a odvádza na lopatky turbíny. Elektrickú energiu vyrába generátor roztáčaný turbínou. Potom para kondenzuje v kondenzátore a ako kvapalina sa vracia do parogeneráora. Zmes v kondenzátore je chladená tretím chladiacim okruhom, kde sa voda ochladzuje vzduchom v chladiacej veže tzv. komínovým efektom. Prúd vzduchu so sebou unáša vodnú paru a drobné kvapky vody, a tak sa nad chladiacimi vežami vytvárajú oblaky pary.
 
OKRUHY ELEKTRÁRNE
Primárny  okruh je  aktívna zóna jadrového reaktora, je zdrojom tepelnej energie, ktorá sa odovzdáva chladivu (vode). Chladivo sa po ohriatí v reaktore odvádza do parogenerátorov, čo sú systémy rúrkových zväzkov, v ktorých prúdi primárne chladivo. Tieto trubky sú obmývané chladnejšou vodou sekundárneho okruhu, ktorá sa mení na paru a ochladená voda primárneho okruhu sa vracia do reaktora. Sekundárny okruh prehriata para v sekundárnom okruhu je vedená do parnej turbíny, ktorá je hriadeľom spojená s generátorom elektrického prúdu, táto časť sa nazýva aj turbogenerátor. Po znížení teploty v turbínach sa v kondenzátoroch para mení na vodu, skondenzovaná voda sa po ohriatí vracia späť do parogenerátorov.
Okruh chladiacej vody kondenzátory sú chladené tretím technologickým okruhom – okruhom chladiacich veží. Tento okruh je otvorený, to znamena úlet pary a drobných čiastočiek vody do ovzdušia.

2 ČERNOBYĽ
2.1 Elektráreň
Černobyľská atómová elektráreň V. I. Lenina bola postavena v blízkosti mesta Pripiať, 18km severozápadne od mesta Černobyľ. Od slovenskych hraníc je to len 566km vzdušnou čiarou. Podľa pôvodného plánu sa mala skladať až z dvanástich reaktorov, ale po dokončení štvrtého v roku 1983, začala fungovať. Vyrábala asi 10% ukrajinskej energie a ostatné reaktory boli rozostavané.
 
2.2 Havária
V elektrárni bežal obyčajný pracovný deň. Dnes prebiehala plánovaná odstávka 4. bloku, pri ktorej sa mal vykonať i rutinný test, ktorý mal odpovedať na otázku, ako dlho po vypnutí reaktora vydrží jeho turbína zotrvačnosťou dodávať energiu pre vodné čerpadlá, ak by náhodou vypadol vonkajší prísun energie. Test išiel podľa plánu už od jednej v noci. Cez deň sa však musel reaktor dostať do pôvodneho výkonu, pretože chýbala elektrina. Večer, mimo špičky, test pokračuje. Po polnoci, v sobotu 26. apríla 1986, prichádza nová zmena a tá nevedela nič o zmenách počas dňa, len pokračovala podľa plánu a časového harmonogramu, podľa ktorého bol test pozadu. Preto sa výkon reaktoru znižoval veľmi rýchlo. Takéto rýchle „hasenie“ reaktora vyvolá tvorbu veľkého množstva xenónu 135, ktorý jadrovú reakciu ešte viac zbrzdí. Reaktor „otrávený xenónom“ sám zhasne ako kachle, ktorým zatvoríte komín, ibaže na rozdiel od kachlí ho potom musíte nechať vypnutý celé týždne, kým sa xenón odstráni. O xenóne operátori nevedeli nič – neboli to jadroví fyzici – takže xenón v reaktore vznikol a reakciu spomalil tak dokonale, že okolo pol jednej výkon klesol na cca 5% normálu, pričom pre test bolo predpísaných 50 až 60%. Operátori netušia, že reaktor je spomalený preto, že je v ňom veľa xenónu. Zato však vedia, že reaktor je možné „rozbehnúť“ aj vytiahnutím brzdných tyčí z reaktora, tie totiž, ak sú vo vnútri, štiepnu reakciu spomaľujú. Vypli teda automatický ochranný systém, ktorý tyčami pohyboval a reguloval rýchlosť štiepenia, a tyče vytiahli na doraz. Podľa plánu zapli o 1:05 v noci vodné pumpy. Zmyslom testu totiž bolo zmerať po úplnom vypnutí reaktora čas, po ktorý ešte dokáže rotujúca turbína zotrvačnosťou poháňať práve tieto pumpy. Zapnutím púmp sa však prietok vody reaktorom zvýšil nad hodnotu, ktorú bezpečnostné predpisy považovali za bezpečnú. Voda v kvapalnom stave, pretekajúca reaktorom, reaktor ochladzuje, a teda reakciu brzdí.
O 1:23 v noci začal test. Prietok pary od reaktora k turbínam bol zastavený a turbíny pokračovali v rotácii už iba zotrvačnosťou. Operátori začali merať čas, ako kázalo razpisánje testu. Turbíny ešte chvíľu poháňali pumpy ženúce vodu cez reaktor, ale ako sa turbíny pomaly zastavovali, prietok vody sa pomaly spomaľoval, chladenie reaktora sa teda zhoršovalo, až v ňom stúpla teplota a v reaktorovej vode sa začali tvoriť bubliny pary. 1:23:40 Leonid Toptunov, operátor zodpovedný za regulačné tyče, stláča špeciálny vypínač havarijného odstavenia. Test beží už 36 sekúnd. Výkon reaktoru dosahuje 100-násobok maximálneho projektového výkonu. 1:23:44 regulačné tyče, ktoré majú reaktor zastaviť, sa dávajú do pohybu, je však počuť údery. Operátori vidia, že sa tyče zasekli. Palivové trubice sa pôsobením zvýšeného tlaku pary deformujú. 1:24:00 test beží už 56 sekúnd. Tlak v reaktore je už tak vysoký, že praskajú palivové články a úlomky padajú do chladiacej vody. Tá sa mení na paru, tlak v trubkách rastie a tie praskajú. Výbuch pary dvíha tisíctonové oceľové veko reaktoru – prvá explózia. Z reaktoru začína unikať rádioaktivita, dovnútra sa dostáva vzduch. Nie je tu dostatok kyslíka a začína horieť grafit. Kov palivových trubiek reaguje s vodou. Vzniká tak sodík, ktorý vybuchuje – druhá explózia. Horiace trosky reaktoru vyletujú do vzduchu a dopadajú na strechu susedného, tretieho bloku.
 
2.3 Po výbuchu
Keď výbuch v sobotu o 1:23 v noci vyrazil strop 4. bloku, tlaková vlna otriasla mestom. Zamestnanecké dozimetre, ktoré merajú „obyčajné“ rozsahy rádioaktivity do 1 mR/s, všetky okamžite ukázali maximum. Dozimetre s rozsahom až do 1000 R/s boli len dva: jeden bol uložený práve vo 4. bloku a zničený – a druhý sa po zapnutí pokazil. Vedelo sa teda, že radiácia je väčšia, ako 1 milirentgen za sekundu, ale nevedelo sa, o koľko. Skutočná radiácia v tesnom okolí reaktora bola 5,6 R/s, teda 5600-krát vyššia... 1,5 minúty v tomto prostredí znamená 500 R a stačí na zabitie človeka. Mesto samotné samozrejme zažilo nižšiu intenzitu, i tá však bola rádovo vyššia od radiácie v Hirošime. Na miesto o pár minút prišli miestni hasiči. Nepovedali im, že horí reaktor, mysleli si, že ide len o obyčajný požiar. Podarilo sa im uhasiť požiar na streche susediaceho 3. bloku, ktorého reaktor bol ešte v činnosti, aj menšie požiare v okolí, ale diera po reaktore 4. bloku horela ďalej. Všetci hasiči dostali pri zásahu smrteľnú dávku žiarenia, na streche strávili 15-20 minút. Obyvatelia Pripjate spali. Mnohí z nich pri otvorenom okne, pretože na apríl bolo neobvykle teplo. Niektorí sa na zvuk výbuchu zobudili a išli sa pozerať na balkóny alebo na strechy panelákov na zaujímavý úkaz – nad elektrárňou visel mrak, temne žiariaci sýtou malinovočervenou farbou. Požiar reaktoru sa podarilo uhasiť až po ôsmich dňoch. Helikoptéry medzitým zvrhli na horiaci reaktor viac ako 5000 ton materiálu: 800 ton dolomitu, ktorý uvoľňuje oxid uhličitý dusiaci plamene; karbid boričitý, ktorý pohlcuje neutróny a zabraňuje štiepeniu uránu; 2400 ton olova, ktoré pohlcuje teplo a žiarenie; 1800 ton piesku a íľu, ktorý bráni prístupu vzduchu a tým oheň dusí.
 
2.4 Následky
Obrovská kontaminácia - v prvých hodinách bolo najviac zasiahnuté mesto Pripjať, vybudované len pár kilometrov od elektrárne pre potreby jej zamestnancov. V dobe havárie tu žilo okolo 50 000 obyvateľov. Namiesto toho, aby ich čo najskôr evakuovali, vyslali vedúci predstavitelia do mesta zosilnené policajné jednotky, ktoré mali zabrániť úteku obyvateľov. Evakuácia mesta Pripjať začala až 26 hodín po havárii. Balenie a sťahovanie obyvateľov tak prebiehalo v čase, kedy bola úroveň radiácie v ovzduší absolútne najvyššia počas celej doby havárie. Najsilnejšie zasiahnuté boli priľahlé oblasti Bieloruska, Ukrajiny a Ruska. Z tridsaťkilometrovej zóny okolo elektrárne bolo evakuovaných 130 tisíc obyvateľov. Neskôr sa ale našli vysoko zamorené miesta aj vo veľkých vzdialenostiach za hranicou tejto „zakázanej zóny“. Dodnes tu žije asi sedem miliónov obyvateľov, ktorí si na zamorenej pôde pestujú zeleninu, zemiaky a ďalšie plodiny potrebné na prežitie. Nemajú inú voľbu. Rádioaktívny mrak sa vplyvom požiaru dostal do výšky niekoľkých kilometrov a postupne kontaminoval celú Európu. Kontaminácia nájdená aj v Bulharsku, Česku, Fínsku, Taliansku, Maďarsku, Moldavsku, Nórsku, Rakúsku, Rumunsku, Grécku, Slovensku, Slovinsku, Švédsku a Švajčiarsku. Ľudské obete: celkovo 600 až 800 tisíc ľudí, väčšinou mladých vojakov, sa podieľalo na likvidácii havárie a bolo vystavených vysokým dávkam žiarenia. Podľa oficiálnych údajov z nich už 25 tisíc zomrelo. Mnohí ďalší trpia chronickými zdravotnými problémami.
 
3 JADROVÉ ELEKTRÁRNE VO SVETE
3.1 Počet
Keď som začala zhromažďovať informácie o jadrovej energetike, prvé čo ma zaujímalo, bol počet jadrových elektrární vo svete i v jednotlivých krajinách, ktoré využívajú energiu jadra na výrobu elektrickej energie. Tento údaj sa však dá len veľmi zložito zistiť, pretože v medzinárodných štatistikách sa neuvádzajú počty elektrární, ale počty jadrových energetických blokov. Každý takýto blok ma jeden jadrový reaktor a možno ho považovať za samostatnú elektráreň, aj keď je bežné postaviť na jednom mieste dva až štyri takéto bloky, ktoré potom vytvárajú elektrárenský komplex. Podľa International Atomic Energy Agency je v súčasnosti využívaných 436 jadrových reaktorov, ktoré majú spolu výkon 370 221 MW, pričom najviac týchto reaktorov má už okolo 25 rokov.Tu vyberám pár štátov s počtom reaktorov a vyrobenou energiu (2009):
 
UNITED STATES OF AMERICA 104 100683 MW
FRANCE   59   63260 MW
JAPAN 53 45957 MW
RUSSIAN FEDERATION 31 21743 MW
CZECH REPUBLIC 6 3634 MW
SLOVAK REPUBLIC   4 1711 MW
 
3.2 Čo sa povedalo na tému jadrová energia
Vedúci Inštitútu pre jadrovú energiu USA NEI (USA Nuclear Energy Institue) povedali komisii senátu, že jadrová energia je jediný obnoviteľný zdroj elektriny, ktorý nevytvára emisie a vyhovuje energetickým požiadavkám rozvíjajúcej sa modernej ekonomiky.

V novembri 2000 generálny tajomník OECD Donald Johnston povedal, že jadrová energia bude hrať kľúčovú úlohu v každej medzinárodnej reakcii na globálne otepľovanie. Popredný vedec OSN v oblasti klimatických zmien Robert Watson na konferencii COP6 uviedol, že jadrová energia je jediným spôsobom, ako dosiahnuť „nákladovo efektívne” zníženie emisií. Predseda Svetovej energetickej rady Jim Adam vyhlásil, že je „morálne chybné”, aby priemyselné krajiny prerušili jadrový rozvoj, lebo rozvojové krajiny by sa tak stali závislé od fosílnych palív. Európska komisia vydala Zelenú knihu o zabezpečení dodávok energie, ktorá uznáva dôležitosť jadrovej energie na výrobu elektrickej energie.

4 AKO ĎALEJ S JADROVOU ENERGETIKOU?
Aj keď atómové elektrárne a jadrové zariadenia patria z bezpečnostného hľadiska k najprísnejšie sledovaným, nie je možné ani u nich ako u každého technického diela vylúčiť možnosť zlyhania, technickú poruchu či ľudský omyl. Na jednej strane je treba vidieť, že atómové elektrárne predstavujú dnes alternatívny zdroj energie, ktorý umožní ľudstvu riešiť krízu spôsobenú postupným vyčerpávaním fosílnych palív. Za normálnej prevádzky je atómová elektráreň nielen pomerne bezpečné zariadenie, ale aj omnoho menej ohrozuje prírodné prostredie, ako uholné elektrárne, pri ktorých vznikajú haldy uhlia. Na druhej strane počas prevádzky stoviek atómových reaktorov na celom svete, výskumných aj energetických, došlo k množstvu drobných aj väčších porúch a v niektorých prípadoch aj k úniku rádioaktívnych látok do okolitého prostredia. K najväčším haváriám atómových elektrární patrí známa porucha na americkej elektrárni v Harrisburgu v roku 1979 a na ukrajinskej elektrárni v Černobyle. V obidvoch prípadoch došlo k havárii v dôsledku vonkajšieho zásahu do prevádzky elektrárne, ako zlyhanie technického i ľudského faktoru a zhodou niekoľko málo pravdepodobných, a preto neočakávaných udalostí.

Napriklád organizácia Greenpeace International je za úplné zrušnie jadrových elektrární na svete, pretože produkujú ohromné množstvá jadrového odpadu, ktorý je po tisíce rokov smrteľne nebezpečný pre okolité prostredie. Ďalej, atómový priemysel neustále ostáva dlžný odpoveď na otázku, ako sa majú tieto hory odpadu zlikvidovať. Na svete existujú iba 3 prepracovateľské závody, ktoré však množstvo jadrového odpadu iba zvyšujú a pritom smrteľne zamorujú svoje okolie rádioaktivitou. Počet výskytu rakoviny v okolí atómových elektrární a prepracovateľských závodov dramaticky stúpa. Postihnuté sú predovšetkým deti a mladí ľudia.

Myslim, že téma jadrovej energetiky sa bude riešiť ešte veľa ďalších rokov. Určite sa nedá zo dňa na deň zrušiť prevádzka všetkých reaktorov na svete aj keby náhodou s tým všetci súhlasili. Áno, majú svoje výhody, aj nevýhody, ako aj tepelné alebo vodné elektrárne, ale v pozornosti ľudí sú viac. Neustále sme informovaní o nových zisteniach a je na každom, či chce alebo nechce žiť v okolí takejto eletrárne. Niekedy sa vybrať nedá, veď ľudia si bývaju aj naďalej pri vybuchnutom Černobyľe, kde je ešte stále obrovká kontaminácia a dokonca si tam pestujú aj plodiny... Neviem, či je to len otázka peňazí alebo im je to jedno, ale ja osobne by som tam nedokázala ostať. Na Slovensku máme síce len Jaslovské Bohunice, no k nim by som sa tiež neprisťahovala. Problém je, že dôsledky reaktivity sa väčšinou objavia až po pár rokoch, pri ďalšej generácii a zobrať na seba zodpovednosť, že moje deti sa narodia s leukémiou alebo s nejakou poruchou, tak takú zodpovednost nechcem mať.