Czarnobyl, Majak, Tokaimura... czyli o skali wypadków jądrowych INES

Międzynarodowym standardem, gdy przychodzi do oceny powagi danego niepokojącego zdarzenia w dziedzinie energetyki jądrowej, jest skala INES: International Nuclear Event Scale; formalnie: „Międzynarodowa skala zdarzeń jądrowych i radiologicznych”. Choć jest na niej tylko siedem punktów, kryją one za sobą potężny zakres możliwych zdarzeń. Skala INES ma bowiem w zamiarze charakter logarytmiczny (o podstawie dziesięć), jak skala Richtera służąca do opisu siły trzęsień – oznacza to, że zdarzenie zaklasyfikowane jako „INES 3” jest dziesięciokrotnie  poważniejsze od zdarzenia typu „INES 2”. Oto te poziomy:

1 – Anomalia
2 – Incydent
3 – Poważny incydent
4 – Awaria bez znaczącego zagrożenia poza obiektem
5 – Awaria z zagrożeniem poza obiektem
6 – Poważna awaria
7 – Wielka awaria

Występuje ponadto poziom zerowy (określany jako „Bez znaczenia dla bezpieczeństwa”), będący w istocie „nie-zdarzeniem”: INES 0 to przypadki, gdy zgłoszono jakieś zdarzenie lub zjawisko jako niepokojące, ale okazało się, że w rzeczywistości nie było żadnych powodów do niepokoju.

W dotychczasowej historii energetyki jądrowej tylko dwa zdarzenia zasłużyły na określenie ich jako INES7: wypadki w Czarnobylu (1986) i Fukushimie (2011). Ich historia jest dobrze znana, zaś lepszego wglądu w bezpieczeństwo jądrowe dostarczają pozostałe poziomy skali INES, te częściej rejestrowane.

Incydenty

Poziomy 1-3 określa się łącznie jako „incydenty”, zaś poziomy 4-7 jako „awarie”. Granicę wyznacza obecność przynajmniej jednej śmierci w wyniku danego zdarzenia: ofiary śmiertelne automatycznie oznaczają, że mamy do czynienia z czterema najwyższymi poziomami INES.

Co zasługuje na miano „incydentu”? Ot, w 2014 r. podczas rutynowej inspekcji w brytyjskiej elektrowni jądrowej Hunterston zauważono, że w osłonach grafitowych w rdzeniu jednego z bloków występują pęknięcia. To jednak nie jest nawet zdarzenie typu INES1, ponieważ pewna liczba pęknięć jest zgodna z przepisami regulującymi obsługę reaktora. Dopiero w 2018 r., podczas planowego zatrzymania reaktora stwierdzono, że pęknięć jest więcej niż przypuszczano, bo aż 370, podczas gdy dozwolona liczba to 350. Zatrzymanie reaktora nr 3 przedłużono więc do czasu rozwiązania problemu. I tyle – tak przedstawia się „anomalia” z poziomu pierwszego INES.

Przykładowy „incydent” (INES2) miał miejsce 18 czerwca 1999 r. w elektrowni Shika w Japonii. Częścią planowanej  inspekcji było wsunięcie dodatkowego pręta kontrolnego w wyłączonym reaktorze. W wyniku niewłaściwego przeprowadzenia procedury, zamiast wsunięcia, zostały wysunięte dodatkowe 3 pręty kontrolne i przez 15 minut reaktor był w stanie krytycznym, tj. wytwarzał ciepło (choć nie miał). Incydent ten wyszedł na światło dzienne dopiero 15 marca 2007 roku (!). Później okazało się, że podobne zdarzenia miały miejsce również w Chubu i Tohoku, 8 i 11 lat wcześniej, ale pręty były zbyt oddalone, aby osiągnięta została masa krytyczna.

„Poważny incydent” to choćby to, co miało miejsce w latach 2004-2005 w zakładzie THORP w Sellafield (Wielka Brytania). Miał więc on miejsce nie w samym reaktorze, lecz zakładzie przetwarzania zużytego paliwa jądrowego. Paliwo takie najpierw się schładza, następnie zaś przesyła do tego typu zakładu, gdzie zostaje całkowicie upłynnione (w THORP służy do tego kwas azotowy) i odseparowuje się z niego pożądane składniki (np. pluton albo rozszczepialny uran). 9 maja 2005 r. ujawniono, że miał miejsce wyciek radioaktywnego roztworu, trwający prawdopodobnie wiele miesięcy. Łącznie wyciekły 83 m³ roztworu z pękniętego przewodu doprowadzającego (!), gromadząc się w zewnętrznej obudowie bezpieczeństwa, mającej pojemność 250 metrów sześciennych. Wyciek zauważono więc „na papierze”, analizując niepokojącą niezgodność między objętością płynu „wchodzącego” i „wychodzącego”. Wyciek zneutralizowano, a płyn przepompowano. Dzięki podwójnej warstwie zabezpieczeń nie doszło do skażenia środowiska.

Awarie

Awarie to już złożone zdarzenia – elektrownie jądrowe konstruowane są i obsługiwane tak, aby zminimalizować ryzyko niepożądanych zdarzeń. Jak dotychczas skutki tej ostrożności są mimo wszystko imponujące: choć dziś w użyciu są 443 cywilne reaktory jądrowe, a po dołączeniu reaktorów zamkniętych, testowych i militarnych liczba ich sięga tysiąca, w całej historii energetyki jądrowej doszło do zaledwie ok. 30-35 zdarzeń w przedziale 4-7 skal INES, z czego ledwie 3 znalazły się w górnej części skali (dwie wspomniane już „wielkie awarie” i „poważna awaria” w zakładzie Majak w 1957 r., tzw. katastrofa kysztyńska). Każdy tego typu przypadek to więc osobna, złożona historia, którą niełatwo jest krótko podsumować. Im zaś poważniejsze zdarzenie, tym więcej czynników odpowiada za awarię.

Przypadki mieszczące się na poziomie 4 INES mogą jeszcze powstać w wyniku jednostkowych zaniedbań. Przykładowo, 30 września 1999 r. w japońskim zakładzie przetwarzana paliwa jądrowego przy elektrowni Tokaimura trzech techników nieprawidłowo, bo zbyt szybko, dodawało roztwór zawierający radioaktywny uran do zbiornika retencyjnego. Rezultatem tego było osiągnięcie masy krytycznej i błyskawiczna emisja promieniowania. Łącznie 39 pracowników zostało narażonych na promieniowanie, z czego dwóch zmarło. Na wszelki wypadek ewakuowano 161 osób mieszkających w pobliżu stacji, jednak późniejsze badania wykazały, że nie otrzymali oni szkodliwej dawki promieniowania – stąd zaklasyfikowanie tego zdarzenia jako „INES 4”.

Jest tylko około 10 zdarzeń, które zasłużyły na klasyfikację „INES 5”, m.in. słynny wypadek w amerykańskiej elektrowni Three Mile Island w 1979, w wyniku którego doszło nawet do częściowego stopienia rdzenia. Późniejsze dochodzenie wykazało szereg drobnych problemów technicznych i zaniedbań, które zbiegły się w nieszczęśliwy sposób. Przykładowo, kontrolka na panelu informująca o stanie pewnego zaworu, która miała zapalać się, gdy zawór ten był zamknięty, w istocie, wskutek błędnej konstrukcji obwodów elektrycznych, zapalała się zawsze wtedy, gdy czujnik sprawdzający stan zaworu funkcjonował prawidłowo – a więc zarówno wtedy, gdy sam zawór był otwarty, jak i zamknięty.

Bezpieczeństwo

Jedyny przypadek zdarzenia zaklasyfikowanego jako „INES 6” to tzw. katastrofa kysztyńska, do której doszło w 1957 r.  na terenie Związku Radzieckiego, w Kombinacie Chemicznym Majak. W owych pionierskich latach energetyki jądrowej procedury bezpieczeństwa były skandalicznie luźne, nawet w porównaniu z tym, co doprowadziło trzydzieści lat później do wypadku w Czarnobylu. W zakładach Majak odpady radioaktywne składowano w podziemnych zbiornikach, jednak nie monitorowano prawidłowo stanu ich przegrzania. Awaria systemu chłodzenia jednego ze zbiorników doprowadziła do eksplozji, w wyniku której do środowiska przedostało się ok. 70-80 ton materiałów radioaktywnych. Ewakuowano ponad 20 osad ludzkich, zaś od nazwy największego miasta w okolicy, Kysztym, pochodzi potoczna nazwa incydentu. Do dziś nie oszacowano poprawnie liczby ofiar tego zdarzenia.

Wypadki w Czarnobylu i Fukushimie, jedyne „wielkie awarie” w historii energetyki jądrowej, to zdarzenia tak złożone i wielowymiarowe, że bezcelowe byłoby ich pospieszne streszczanie w tym miejscu – zwłaszcza, że lepszego, syntetycznego wglądu w temat bezpieczeństwa jądrowego dostarczają chyba wszystkie pozostałe zdarzenia, mieszczące się w niższej części skali INES. Warto dodać na koniec, że nawet po zsumowaniu wszystkich w ogóle niepożądanych zdarzeń w dziedzinie energetyki jądrowej, pozostaje ona najbardziej bezpiecznym sposobem produkcji energii znanym ludzkości.

Nauka na żywo II: wielkie debaty - zadanie finansowane w ramach umowy 761/P-DUN/2019 ze środków Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę.

Wykład dr. Łukasza Lamży: