Πυρηνικοί Αντιδραστήρες Ισχύος. Μέρος 2ο - Τσερνόμπιλ

Του Δημήτρη Δημόπουλου

Εικόνα εξώφυλλου: Ένας από τους χιλιάδες σοβιετικούς στρατιώτες που πέρασαν από την οροφή του κτηρίου που στέγαζε τον αντιδραστήρα 4 στο Τσερνόμπιλ. Η αποστολή του διαρκεί μόλις 40 δευτερόλεπτα. Απομακρύνει ραδιενεργά υλικά μέχρι να δεχτεί τη μέγιστη ποσότητα ραδιενέργειας που επιτρέπεται να δεχτεί κάποιος σε ολόκληρη τη ζωή του. Η φωτογραφία του Ιγκόρ Κοστίν αποτυπώνει τις ακτίνες γ ως λευκές λωρίδες στο κάτω μέρος.

Σύνοψη πρώτου μέρους
​
Όπως είδαμε στο πρώτο μέρος του άρθρου, η διαδικασία με την οποία επιτυγχάνεται σταθερότητα στις πυρηνικές αντιδράσεις μέσα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, εξαρτάται μόνο από έναν παράγοντα. Την κρισιμότητα του. Κρισιμότητα είναι σε γενικές γραμμές, το κλάσμα με αριθμητή τα παραγόμενα νετρόνια από τις διάφορες πυρηνικές αντιδράσεις και παρανομαστή τα χαμένα νετρόνια που είτε απορροφούνται  από μη σχάσιμα υλικά είτε διαρρέουν από τον αντιδραστήρα προς τον εξωτερικό χώρο. Για να μπορέσουν τα νετρόνια να απορροφηθούν από το ισότοπο ουράνιο-235 που στη συνέχεια θα μας δώσει την πολυπόθητη αντίδραση σχάσης, θα πρέπει να έχουν μικρή ταχύτητα. Για να χάσουν τη τεράστια κινητική ενέργεια με την οποία παράγονται σε κάθε σχάση, χρησιμοποιούμε κάποιον ρυθιστή (νερό, γραφίτη κτλ) ένα υλικό δηλαδή που μέσα του θα επιβραδυνθούν με διαδοχικές σκεδάσεις τα νετρόνια αλλά δε θα απορροφηθούν από τα άτομα του (τουλάχιστον όχι σε σημαντικό βαθμό). Θέλουμε όμως και να δημιουργήσουμε έναν μηχανισμό ασφαλείας έτσι ώστε αν για κάποιο λόγο η κρισιμότητα του αντιδραστήρα γίνει μεγαλύτερη του 1, ο αντιδραστήρας να την επαναφέρει αυτόματα κάτω του 1 έτσι ώστε να μη δημιουργηθεί μία επιταχυνόμενη καταστροφική αύξηση ισχύος. 

Αναλυτική εξήγηση των όρων της εξίσωσης κρισιμότητας μπορείτε να βρείτε στο άρθρο «Το πρόβλημα της κρισιμότητας».

Αντιδραστήρας τύπου РБМК
​
Έστω ότι έχουμε έναν αντιδραστήρα τύπου РБМК, όπως οι 4 αντιδραστήρες του πυρηνικού εργοστασίου στο Τσερνόμπιλ. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες τύπου РБМК σχεδιάστηκαν και δοκιμάστηκαν στη Σοβιετική Ένωση τη δεκαετία του ‘60 και κατασκευάστηκαν μαζικά για την παραγωγή πυρηνικής ενέργειας μέχρι το 1986. Μετά το πυρηνικό ατύχημα του Τσερνόμπιλ, τον Απρίλιο του 1986, ο αρχικός σχεδιασμός άλλαξε και πολλοί αντιδραστήρες που ήταν ήδη στη διαδικασία παραγωγής ακυρώθηκαν. Από το 1986 έως σήμερα έχουν αποσυρθεί 16 αντιδραστήρες  αυτού του τύπου στην Ουκρανία και Ρωσία ενώ 10 λειτουργούν ακόμη στις επαρχίες Κουρσκ, Λένινγκραντ και Σμόλενσκ. Η βασική διάταξη του РБМК αντιδραστήρα 4 στο Τσερνόμπιλ της Ουκρανίας καταλάμβανε έναν  κυλινδρικό χώρο διαμέτρου 14m και ύψους 8m που περιείχε μπλοκ καθαρού γραφίτη (άτομα άνθρακα C) τετραγωνικής διατομής 0,25 x 0,25 m τα οποία ήταν συνδεμένα σε μία συμπαγή γεωμετρία που δημιουργούσε 2000 στήλες ύψους 8 μέτρων . Κάθε στήλη από μπλοκ γραφίτη είχε μία κεντρική κυκλική οπή από την οποία διερχόταν το υδραυλικό σύστημα κυκλοφορίας νερού από ανοξείδωτο χάλυβα που έψυχε το πυρηνικό καύσιμο και τα προϊόντα σχάσης. Το πυρηνικό καύσιμο και τα παραγόμενα ραδιενεργά ισότοπα βρίσκονταν σφραγισμένα σε δοχεία κράματος ζιρκονίου (Zr) μέσα στους σωλήνες ψύξης. Άρα σχηματικά μπορούμε να πούμε ότι το καύσιμο και τα προϊόντα σχάσης καλύπτονταν διαδοχικά από κράμα ζιρκονίου, νερό, ανοξείδωτο χάλυβα και γραφίτη. Για την μείωση της ισχύος του αντιδραστήρα υπήρχαν συνολικά 211 ράβδοι βορίου.

Εικόνα 1: Ο αντιδραστήρας РБМК με τα μπλοκ γραφίτη. (3D recreation: Mike Bell) 

Πώς επηρρεάζεται η κρισιμότητα όταν ένας αντιδραστήρας τέτοιου τύπου για κάποιο λόγο ανεβάσει ισχύ και θερμανθεί πέρα από το προβλεπόμενο εύρος λειτουργίας του;

Αρνητικός συντελεστής καυσίμου (Negative Fuel Coefficient)

Έχουμε αναφέρει ότι το ουράνιο που βρίσκεται μέσα σε έναν αντιδραστήρα είναι σε ποσοστό ~96%, ουράνιο 238, που απορροφά νετρόνια χωρίς να σχάζεται. Η απορρόφηση νετρονίου από το ουράνιο-238 για να μετατραπεί σε ουράνιο-239 γίνεται μέσω κβαντικών φαινομένων και δεν απαιτεί το νετρόνιο να προσκρούσει στον πυρήνα αλλά να πλησιάσει σε μία περιοχή γύρω του έχοντας την κατάλληλη κινητική ενέργεια.  Χοντρικά μπορούμε να πούμε πως αν η κινητική ενέργεια του νετρονίου είναι τέτοια που το άθροισμα ενεργειών πυρήνα 238 και ελεύθερου νετρονίου να συμπίπτει με κάποια ενεργειακή στάθμη του διεγερμένου ουρανίου 239, τότε το νετρόνιο συλλαμβάνεται από τον πυρήνα! Αυτή η απαίτηση για την κινητική ενέργεια του ελεύθερου νετρονίου, δημιουργεί μία γραφική παράσταση πιθανότητας απορρόφησης που αυξάνεται εκατοντάδες φορές όταν η ενέργεια είναι στην κατάλληλη περιοχή συντονισμού (εικόνα 2). 

Εικόνα 2: Η πιθανότητα σύλληψης νετρονίου (μικροσκοπική διατομή) συναρτήσει της ενέργειας του νετρονίου σε eV. Παρατηρούμε μία περιοχή συντονισμού από 0,1 – 10 keV. (πηγή: Wikipedia)   

Αύξηση της θερμοκρασίας για τα καύσιμα σημαίνει ότι τα άτομα ουρανίου-238 κινούνται με πολύ μεγαλύτερες ταχύτητες και μάλιστα προς όλες τις κατευθύνσεις. Η κίνηση αυτή δίνει την ικανότητα στο ουράνιο 238 να απορροφά περισσότερα νετρόνια αφού οι κορυφές της περιοχής συντονισμού διευρύνονται εξαιτίας του φαινομένου Doppler. Αν ένα νετρόνιο έχει μικρότερη κινητική ενέργεια από την απαιτούμενη, μπορεί πάλι να απορροφηθεί από έναν πυρήνα που κινείται  προς αυτό με την ενέργεια που του λείπει. Το καύσιμο λοιπόν έχει από τη φύση του έναν αρνητικό συντελεστή όταν θερμαίνεται καθώς αυξάνεται η ικανότητα του ουρανίου 238 του να απορροφά νετρόνια άρα η κρισιμότητα μειώνεται.

Δηλητήρια αντιδραστήρα (Reactor poisons)
​
Κατά τη σχάση του ουρανίου 235, στη διάρκεια της προγραμματισμένης λειτουργίας ενός αντιδραστήρα, παράγονται 2 θυγατρικοί πυρήνες που απομακρύνονται με τεράστια κινητική ενέργεια και αφού συγκρουστούν με τους γειτονικούς πυρήνες και αποδώσουν την ενέργεια τους στο περιβάλλον με τη μορφή θερμότητας, παραμένουν μέσα στον αντιδραστήρα ως κατάλοιπα. Υπάρχουν πολλοί συνδυασμοί θυγατρικών πυρήνων στους οποίους μπορεί να διασπαστεί ένας πυρήνας ουρανίου 235. Η παρουσία αυτών των προϊόντων μέσα στον αντιδραστήρα επηρεάζει την κρισιμότητα καθώς το καθένα έχει τη δική του ικανότητα να προσφέρει ή να απορροφά νετρόνια και να τα αφαιρεί από το ισοζύγιο που προσπαθούμε να πετύχουμε. Τα προϊόντα που έχουν μεγάλη ικανότητα απορρόφησης νετρονίων (κάτι που μεταφράζεται σε μεγάλη μικροσκοπική διατομή) αποκαλούνται δηλητήρια του αντιδραστήρα. Το πιο σημαντικό δηλητήριο είναι το ραδιενεργό ισότοπο Ξένον-135 (Xe-135). Το Ξένον είναι ένα γνωστό ευγενές αέριο καθώς το χρησιμοποιούμε στις φωτεινές επιγραφές κι υπάρχει και σε ελάχιστες ποσότητες στην ατμόσφαιρα. Παράγεται απευθείας από σχάση ή από τη ραδιενεργό διάσπαση του Ιωδίου-135 (με χρόνο ημιζωής 6,5 ώρες) που επίσης είναι συχνό προϊόν σχάσης. Όταν το Ξένον-135 παράγεται μέσα στον αντιδραστήρα, υπάρχουν δύο τρόποι να  εξουδετερωθεί. Είτε απορροφώντας ένα νετρόνιο οπότε μετατρέπεται σε Ξένον-136 το οποίο είναι σταθερό ισότοπο και δεν συγκαταλέγεται στα δηλητήρια είτε με περαιτέρω ραδιενεργό διάσπαση του σε Καίσιο-135 (Cs-135) μία διαδικασία με χρόνο ημιζωής 9,2 ώρες. Όταν λειτουργεί ο αντιδραστήρας σε σταθερές συνθήκες, η συγκέντρωση Ξένον-135 και Ιωδίου-135 είναι σε μία ισορροπία που δεν μεταβάλλει απότομα την κρισιμότητα. Το εξαιρετικά επικίνδυνο με αυτό το δηλητήριο όμως είναι ότι αν για κάποιο λόγο αλλάξει η ισχύς του αντιδραστήρα άρα η ροή τω νετρονίων στο εσωτερικό του, τότε η ποσότητα του δηλητηρίου μεταβάλλεται και προκαλεί απότομη αύξηση ή μείωση της κρισιμότητας. Όταν συμβαίνει μία απότομη πτώση στην ισχύ του αντιδραστήρα, τότε ο μειωμένος αριθμός νετρονίων δεν αρκεί για να κάψει το δηλητήριο σε Ξένον-136 ενώ η αυξημένη συγκέντρωση Ιωδίου-135 από την προηγούμενη φάση μεγάλης ισχύος, συνεχίζει να διασπάται σε Ξένον-135. Μέχρι να καεί τελικά το υπερβάλλον Ξένον-135 και να αποκατασταθεί η ισορροπία, ο αντιδραστήρας είναι δηλητηριασμένος και σε μία ασταθή κατάσταση που ονομάζεται Iodine Pit (3). 

​Σε αυτή την περίπτωση ο χειρισμός του δηλητηριασμένου αντιδραστήρα πρέπει να είναι προσεκτικός. Το επιπλέον δηλητήριο θα εξαφανιστεί σε βάθος χρόνου με τους τρόπους που περιγράψαμε. Οπότε οποιαδήποτε ενέργεια για τη διατήρηση της κρισιμότητας θα πρέπει να περιορίζεται όσο το Ξένον-135 εξουδετερώνεται.

Εικόνα 3: Η μεταβολή συγκεντρώσεων Ιωδίου και Ξένου κατά τη φάση του Iodine pit. (πηγή: nuclear-power.com)

Θετικός Συντελεστής Κενού (Positive Void Coefficient)

Το κενό σε έναν αντιδραστήρα που ψύχεται με νερό σχηματίζεται όταν για οποιοδήποτε λόγο δημιουργηθούν φυσαλίδες ατμού μέσα στο σύστημα ψύξης. Το υδρογόνο στο νερό έχει μία μικρή αλλά σημαντική μικροσκοπική διατομή απορρόφησης νετρονίων που συνεισφέρει στο ισοζύγιο που προσπαθούμε να διατηρήσουμε. Η παρουσία ατμού σημαίνει ότι η συγκέντρωση ατόμων υδρογόνου μειώνεται, άρα μειώνεται κι η απορρόφηση νετρονίων. Αν εκτός από ψυκτικό, το νερό είναι κι ο ρυθμιστής του αντιδραστήρα, το υλικό δηλαδή που φρενάρει τα νετρόνια για να είναι πολύ πιο εύκολο να δώσουν αντίδραση σχάσης, τότε η παρουσία ατμού χαλάει τη ρύθμιση και η κρισιμότητα του αντιδραστήρα μειώνεται. Στον αντιδραστήρα РБМК ο ρυθμιστής που είχε επιλεχθεί ήταν ο γραφίτης. Τα νετρόνια σκεδάζονταν στα άτομα άνθρακα που περιβάλλαν τα καύσιμα και μετά από μερικές εκατοντάδες σκεδάσεις επιβραδύνονταν σε ενέργειες μικρότερες του 1 eV αυξάνοντας πολλές τάξεις μεγέθους την πιθανότητα σύλληψης τους από το σχάσιμο Ουράνιο-235. Η παρουσία ατμού λοιπόν (κενού) δε μείωνε καθόλου τη ρύθμιση των νετρονίων αλλά μόνο την απορρόφηση τους από το υδρογόνο. Σε αυτή την περίπτωση ο σχεδιασμός του αντιδραστήρα αποκτούσε σε κάποιες περιπτώσεις ένα χαρακτηριστικό θετικής ανάδρασης. Το κενό αύξανε την κρισιμότητα που δημιουργούσε μεγαλύτερες θερμοκρασίες άρα περισσότερα κενά που αυξάναν ακόμα περισσότερο την κρισιμότητα. Μία αλυσίδα γεγονότων που οδηγούσε τον αντιδραστήρα σε μία δύσκολα ελεγχόμενη υπερκρίσιμη κατάσταση (4).

Ο έλεγχος του αντιδραστήρα
​
Εύλογο είναι να αναρωτηθεί κάποιος τι ρόλο μπορεί να παίξει ο χειριστής ενός αντιδραστήρα μπροστά σε όλα αυτά τα φυσικά φαινόμενα τα οποία αλληλοεμπλέκονται και δημιουργούν μία συνεχώς μεταβαλλόμενη ισορροπία στη ροή νετρονίων. Ο χειρισμός του αντιδραστήρα και ο έλεγχος της κρισιμότητας του, γίνεται κυρίως με έναν τρόπο. Τη μετακίνηση μέσα στον πυρήνα ειδικών ράβδων που απορροφούν νετρόνια. Οι ράβδοι αυτές στους παλιούς αντιδραστήρες όπως του Τσερνόμπιλ αποτελούνταν κυρίως από Βόριο, ένα στοιχείο με μεγάλη ικανότητα απορρόφησης νετρονίων[1]. Η κρισιμότητα ενός αντιδραστήρα με καινούργια καύσιμα και χωρίς ράβδους είναι πάντοτε μεγαλύτερη του 1, συνήθως 1,5. Με την εισαγωγή ράβδων ελέγχου ρυθμίζεται η κρισιμότητα στο 1 και μάλιστα μπορεί να ρυθμιστεί και ποιες περιοχές ενός αντιδραστήρα είναι πιο ενεργές. Αν για κάποιο λόγο η κρισιμότητα μειωθεί, κάποιες ράβδοι αποσύρονται για να επανέλθει στο 1. Αν πάλι η κρισιμότητα αυξηθεί τότε ράβδοι εισάγονται στον πυρήνα ώστε να απορροφήσουν νετρόνια και να την μειώσουν


[1] Στους σύγχρονους αντιδραστήρες το Βόριο έχει αντικατασταθεί από κράμα Ag-In-Cd (Άργυρος, Ίνδιο, Κάδμιο).

Εικόνα 4: Ο τρόπος λειτουργίας των ράβδων ελέγχου με την εισαγωγή τους ή απόσυρση τους από τον πυρήνα του αντιδραστήρα. (πηγή: Wikimedia Commons) 

​Ο έλεγχος αυτός γίνεται πλέον με υπολογιστές αλλά στους παλιούς αντιδραστήρες μπορούσε να γίνει και χειροκίνητα. Παρόλο που οι αντιδράσεις στο εσωτερικό του αντιδραστήρα διαρκούν χιλιοστά του δευτερολέπτου και η ροή νετρονίων αυξάνεται εκθετικά σε περίπτωση υποκρισιμότητας ή υπερκρισιμότητας, τα καθυστερημένα νετρόνια των προϊόντων σχάσης (0,65% του συνόλου) που επίσης προσφέρουν νετρόνια στο ισοζύγιο, επιτρέπουν ο χρόνος απόκρισης ενός αντιδραστήρα να είναι της τάξης των 100 sec όταν οι αποκλίσεις στην κρισιμότητα είναι πολύ μικρές. Ο χειριστής λοιπόν μπορεί να ελέγχει τον αντιδραστήρα σε χρονικά διαστήματα που μπορεί να ενεργήσει ο άνθρωπος. 

Το χρονικό της καταστροφής

Ο αντιδραστήρας 4 του Τσερνόμπιλ ήταν προγραμματισμένος για κλείσιμο τον Απρίλιο του 1986. Πριν το κλείσιμο του για επισκευές και αλλαγή καυσίμου, αποφασίστηκε να διενεργηθεί μία δοκιμή ασφαλείας στα πλαίσια ενός σεναρίου καταστροφής. Αυτό το σενάριο προσπαθούσε να βρει μία λύση σε περίπτωση που για κάποιο λόγο το κτήριο του αντιδραστήρα έπαυε να ρευματοδοτείται από το ηλεκτρικό δίκτυο της περιοχής. Διακοπή ηλεκτρισμού θα σήμανε απότομη παύση της λειτουργίας των αντλιών που τροφοδοτούσαν τον αντιδραστήρα με νερό για να ψύχεται. Μέχρι να ανάψουν οι εφεδρικές ντιζελογεννήτριες που θα αποκαθιστούσαν τον ηλεκτρισμό στο κτήριο, μεσολαβούσαν 60 περίπου κρίσιμα δευτερόλεπτα. Για να μην υπερθερμανθεί ο αντιδραστήρας αυτά τα 60 δευτερόλεπτα έπρεπε η ροή του νερού να συνεχίσει με κάποιον άλλον τρόπο. Αυτό που έπρεπε να δοκιμαστεί ήταν αν η περιστροφική ταχύτητα της τουρμπίνας παραγωγής ρεύματος από τον αντιδραστήρα ήταν αρκετή ώστε ενώ αυτή επιβραδυνόταν να παρείχε για λίγα δευτερόλεπτα ρεύμα προς τις αντλίες που μετακινούσαν το νερό προς τον αντιδραστήρα. Απλό στη σκέψη αλλά η δοκιμή αυτής της υπόθεσης απαιτούσε να εφαρμοστεί αυτό το σενάριο καταστροφής, δηλαδή για ένα περίπου λεπτό ο αντιδραστήρας να σταματήσει να ψύχεται. Ο αντιδραστήρας του Τσερνόμπιλ κανονικά λειτουργούσε στα 3200 MW θερμικής ισχύος αλλά για να γίνει η δοκιμή αποφασίστηκε να μειωθεί η ισχύς του στα 700 MW ώστε να υπάρχει ακόμα μικρότερος κίνδυνος υπερθέρμανσης. Η διαδικασία μείωσης της ισχύος έπρεπε να γίνει πολύ πριν τη δοκιμή ώστε να έχουν ισορροπήσει οι συγκεντρώσεις Ιωδίου και Ξένου. Ένα ατύχημα όμως σε κάποιο άλλο ηλεκτροπαραγωγικο εργοστάσιο της Ουκρανίας επέβαλε η ισχύς του αντιδραστήρα να παραμείνει στα 1400 MW μέχρι μετά τα μεσάνυχτα της 26ης Απριλίου 1986. Όταν η βλάβη αποκαταστάθηκε και ο 4ος αντιδραστήρας του Τσερνόμπιλ μπορούσε να μειώσει την θερμική ισχύ του, αποφασίστηκε να ξεκινήσει και η δοκιμή. Υπεύθυνη λειτουργίας όμως ήταν πλέον η βραδινή βάρδια που αποτελούνταν από απροετοίμαστους χειριστές με μικρή εμπειρία και ελάχιστη ενημέρωση για το τι πρέπει να κάνουν. Επικεφαλής ήταν ο έμπειρος αρχιμηχανικός Ανατόλι Ντιάτλωφ. 

Εικόνα 5: Ο Ανατόλι Ντιάτλωφ στη δίκη του για το ατύχημα του Τσερνόμπιλ που έληξε με καταδίκη του σε 10 χρόνια φυλάκισης. (φωτογραφία από το αρχείο της σοβιετικής υπηρεσίας ατομικής ενέργειας) 

Η ώρα είναι 00.04, 26 Απριλίου 1986 όταν ξεκινά η μείωση ισχύος από τα 1400 στα 700 MW. Ο αντιδραστήρας πλέον παράγει λιγότερα νετρόνια, το Ξένον-135 δεν καίγεται με τον ίδιο ρυθμό και η συγκέντρωση του αυξάνεται καθώς ο πυρήνας είναι πλούσιος σε Ιώδιο-135 που συνεχίζει να διασπάται. Ο αντιδραστήρας πέφτει σε Iodine pit γίνεται υποκρίσιμος κι η ισχύς του μειώνεται κάτω από τα 700 MW. Για να αντισταθμιστεί η δηλητηρίαση από Ξένον, ο χειριστής ανεβάζει ολοένα και περισσότερες ράβδους Βορίου και παρακάμπτει τα συστήματα ασφαλείας. Χωρίς να είναι σαφές πώς, τελικά η ισχύς μειώνεται μέχρι τα 30 MW. Η συγκέντρωση Ξένον-135 εκτοξεύεται. Ο αντιδραστήρας σχεδόν σβήνει. Με την αφαίρεση πρακτικώς όλων των ράβδων ελέγχου, ο αντιδραστήρας ισορροπεί στα 200 MW. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές λειτουργίας του εργοστασίου, η νυχτερινή βάρδια θα έπρεπε να προβεί άμεσα σε πλήρη σβήσιμο του γιατί πλέον λειτουργεί πολύ πιο κάτω από τα προβλεπόμενα όρια χωρίς κανέναν έλεγχο, είναι εξαιρετικά ασταθής καθώς είναι βαριά δηλητηριασμένος και με διάταξη που του προσδίδει μεγάλο θετικό συντελεστή κενού. Το μόνο φρένο σε μία ανεξέλεγκτη υπερκρισιμότητα είναι το δηλητήριο και το νερό που ψύχει τον πυρήνα. Το αυτόματο σύστημα ελέγχου ενημερώνει διαρκώς τους χειριστές για την αστάθεια στη ροή των νετρονίων στο εσωτερικό του και για τη δημιουργία περιοχών με μεταβλητή κρισιμότητα από τον υπόλοιπο πυρήνα. Παρόλο που ακόμα κι η θερμική ισχύς είναι εκτός στόχων της δοκιμής (έπρεπε να διεξαχθεί στο επίπεδο των 500 – 700 MW) ο Ανατόλι Ντιάτλωφ αποφασίζει τη διεξαγωγή της. Το αυτόματο σύστημα έκτακτης ψύξης άλλωστε είχε βγει εκτός λειτουργίας από την προηγούμενη βάρδια εν αναμονή της δοκιμής[1] οπότε όλα είναι έτοιμα.  Στις 1:23:04 ξεκινά η δοκιμή. Κόβεται το ρεύμα στις αντλίες ψύξης που προσπαθούν πλέον να λειτουργήσουν με το ρεύμα που παρέχει η επιβραδυνόμενη τουρμπίνα. Η παροχή νερού ψύξης μειώνεται και στον πυρήνα η θερμοκρασία αυξάνεται στιγμιαία. Η αυξημένη θερμοκρασία κι η ανεπαρκής παροχή νερού δημιουργούν σύντομα φυσαλίδες με ατμό. Η θετικός συντελεστής κενού ενεργοποιείται κι η αντιδραστικότητα του πυρήνα αυξάνεται. Η μεγαλύτερη ροή νετρονίων καίει πιο γρήγορα το Ξένον, το δηλητήριο στον πυρήνα εξαφανίζεται κι η κρισιμότητα αυξάνεται. Ο πυρήνας θερμαίνεται ακόμα περισσότερο, μεγαλύτερα κενά σχηματίζονται, δεν υπάρχει πλέον τίποτα να σταματήσει την αλυσίδα γεγονότων που οδηγούν στην καταστροφή. Στις 1:23:30, μόλις 26 δευτερόλεπτα μετά την έναρξη της δοκιμής, η θερμική ισχύς από 200 MW πλησιάζει τα 3000 MW, ο μόλις 25 χρονών ηλεκτρολόγος μηχανικός Λεονίντ Τοπτούνωφ που ήταν επικεφαλής χειριστής αντιλαμβανόμενος την ανεξέλεγκτη αύξηση ισχύος αποφασίζει να πατήσει το κουμπί έκτακτης ανάγκης ΑΖ-5 που βυθίζει όλες τις ράβδους ελέγχου στον πυρήνα για να σταματήσει η σχάση ουρανίου. Στις 1:23:40 πατάει το κουμπί και οι ράβδοι ξεκινούν να κατεβαίνουν με ταχύτητα 40 εκ. ανά δευτερόλεπτο. Είναι τέτοιος όμως ο σχεδιασμός του РБМК που καθώς οι ράβδοι κατεβαίνουν, μαζί τους κατεβαίνει κι ένα τμήμα γραφίτη για να μετατοπίσει το νερό από τον πυθμένα του καναλιού που κινείται η ράβδος. Η αντικατάσταση του νερού από επιπλέον ρυθμιστή συμπιέζει τη ροή νετρονίων στον πυθμένα κι εκτοξεύει την κρισιμότητα σε ακόμα μεγαλύτερα επίπεδα. Η υπερθέρμανση οδηγεί σε αστοχία των δοχείων κράματος ζιρκονίου που περιέχουν τα υπέρθερμα καύσιμα τα οποία έρχονται σε επαφή με το νερό. Η πίεση του ατμού ξεπερνά τα όρια αντοχής του αντιδραστήρα ο οποίος ανατινάζεται. Αρχικά ο ατμός εκτινάσσει το ατσάλινο κάλυπτρο του αντιδραστήρα, βάρους 2000 τόνων και στη συνέχεια το υδρογόνο που είχε συσσωρευτεί μέσα στον πυρήνα έρχεται σε επαφή με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο και αναφλέγεται ανατινάζοντας τον πυρήνα και το κτήριο ελέγχου του. Δε γνωρίζουμε με ακρίβεια σε τι δυσθεώρητα επίπεδα θερμικής ισχύος λειτουργούσε ο αντιδραστήρας τη στιγμή της αναπότρεπτης καταστροφής του αλλά οι εκτιμήσεις της Διεθνούς Επιτροπής Ατομικής Ενέργειας αναφέρουν ότι ξεπερνούσε τα 100.000 MW. Για το τι συνέβη στα δομικά υλικά του αντιδραστήρα μετά την έκρηξη μπορείτε να ανατρέξετε στο παλαιότερο άρθρο του Physics Time «το πόδι του Ελέφαντα».


[1] Ενδεικτικό της κουλτούρας αδιαφορίας για την ασφάλεια είναι το γεγονός ότι το έκτακτο σύστημα ψύξης παρέμεινε ανενεργό παρόλο που η δοκιμή καθυστέρησε, γιατί ήταν χειροκίνητο και κοπιαστικό για να ενεργοποιηθεί κι απενεργοποιηθεί εκ νέου.

Επίλογος
​
Στα δύο άρθρα με τίτλο «Το πρόβλημα της κρισιμότητας» έγινε μία απόπειρα να παρουσιαστούν τα βασικά χαρακτηριστικά της εξαιρετικά πολύπλοκης εξίσωσης με την οποία υπολογίζεται θεωρητικά το ισοζύγιο νετρονίων σε έναν αντιδραστήρα και το πώς αυτό το ισοζύγιο είναι το πλέον σημαντικό υπολογιστικό έργο ώστε η αντίδραση σχάσης να λειτουργήσει μέσα στα αυστηρά όρια ασφαλείας.  Η πυρηνική ενέργεια είναι ένας σύγχρονος ασφαλής και σταθερός τρόπος παραγωγής ηλεκτρισμού που αντιμετωπίζεται όμως με σκεπτικότητα γιατί κρύβει μέσα του τον μεγάλο κίνδυνο διαρροής ραδιενέργειας. Η ενημέρωση του κοινού για το τρόπο λειτουργίας των αντιδραστήρων είναι σημαντικός έτσι ώστε να συμμετέχουν ενεργά στις αποφάσεις που αφορούν το μέλλον της πυρηνικής ενέργειας στη χώρα τους.

Αναφορές
(1) Dudestadt J., 1976. Nuclear Reactor Analysis
(2) Faw R., et al., 2003. Encyclopedia of Physical Science and Technology (Third Edition)
(3) Bickel J., 2002.  Fundamentals of Nuclear Engineering. Module 5, 9.  https://www.nrc.gov/docs/ML1214/ML12142A083.pdf
(4) Murray R., 2015. Nuclear Energy. An Introduction to the Concepts, Systems, and Applications of Nuclear Processes Seventh Edition.
(5) U.S.N.R.C. Reactor Core & Vessel Design, AP1000 Technology, Chapter 2.0. https://www.nrc.gov/docs/ML1122/ML11221A080.pdf
(6) ​https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub913e_web.pdf