داستان چرنوبيل؛ قسمت اول: چرا راكتور نيروگاه اتمي منفجر شد؟
در اينجا قصد داريم در يك مجموعهي دوقسمتي ابعاد كامل يكي از مهمترين فجايع بشري را در تاريخ صنايع هستهاي مطالعه كنيم. ماجراي چرنوبيل و فاجعهي عميقي كه در آن رخ داد، روايتگر بزرگترين فاجعهي هستهاي نيروگاهي جهان است كه از لحاظ وسعت آلودگي و عوارض جانبي آن هنوز هم در رتبهي اول طبقهبندي فجايع هستهاي جاي دارد.
اين حادثه از دو مانديشه متخصصين قابلمطالعه است؛ اولي نقايص طراحي و مقدمات اوليهي بروز حادثه است كه شامل طيف متنوعي از احتمالات درمورد خطاهاي ساختاري و انساني ميشود و دوم، كيفيت و نحوهي مديريت فاجعه طي ساعات ابتدايي و روزهاي بعد از وقوع آن است كه نشان ميدهد چگونه عدم آگاهي، محدوديت اطلاعاتي و سوءمديريت بحران ميتواند ابعاد يك فاجعه را تا چندين برابر افزايش دهد.
در بخش اول اين مجموعه قصد داريم مشخصات جامعي از محل احداث، نوع طراحي، سيستمهاي عملياتي و نحوه كاركرد كلي نيروگاه فعال در چرنوبيل را ارائه كرده و درادامه گامبهگام مراحل زماني اتفاقات منتهي به انفجار راكتور شمارهي ۴ اين نيروگاه را بازگو كنيم.
نمايي از ساختمان راكتور شمارهي ۴ نيروگاه اتمي چرنوبيل
مشخصات جغرافيايي نيروگاه
تاسيسات نيروگاه چرنوبيل در ۱۳۰ كيلومتري شمال كييف (پايتخت كشور اوكراين) و ۲۰ كيلومتري جنوب مرز كشور بلاروس واقع شده است. اين نيروگاه متشكل از ۴ راكتور هستهاي با طراحي RBMK-1000 بود كه اولينبار توسط شوروي ساخته شد. واحدهاي ۱ و ۲ از راكتورهاي نيروگاه در خلال سالهاي ۱۹۷۰ تا ۱۹۷۷ و واحدهاي ۳ و ۴ نيز تا سال ۱۹۸۳ به بهرهبرداري كامل رسيد. دو واحد ديگر نيز آن زمان، در دست ساخت بود كه با بروز سانحه در سال ۱۹۸۶، عمليات توسعه متوقف شد. در ضلع جنوبشرقي نيروگاه و در مجاورت رودخانهي پريپيات، يك درياچهي مصنوعي با وسعت ۲۲ كيلومترمربع احداث شده بود تا بتواند منبع تبادل حرارتي مناسب جهت خنكسازي راكتورهاي نيروگاه را فراهم كند. شايان ذكر است هر يك از راكتورهاي نيروگاه چرنوبيل توان حرارتي برابر با ۳۲۰۰ مگاوات (معادل با ۱۰۰۰ مگاوات توان الكتريكي) دارا بودند.
محل احداث نيروگاه، از ميان يكي از مناطق كمجمعيت اوكراين انتخاب شده بود. نزديكترين منطقهي مسكوني، شهر جديد پريپيات با جمعيت ۴۹ هزار نفر بود كه ۳ كيلومتر با نيروگاه فاصله داشت. شهر قديمي چرنوبيل نيز با جمعيت ۱۲.۵۰۰ نفري در ۱۵ كيلومتري جنوبشرقي ساختگاه واقع شده بود. با احتساب جمعيتهاي روستايي و حومهي شهري، كل جمعيت ساكن در شعاع ۳۰ كيلومتري نيروگاه در آن زمان عددي بين ۱۱۵ تا ۱۳۵ هزار نفر گزارش شده است؛ منطقهاي كه پس از وقوع سانحه، ناحيهي قرنطيينه نام گرفت.
محل جغرافيايي شهر قديم چرنوبيل
طرز كار راكتورهاي نيروگاه
راكتورهاي RBMK-1000 يكي از فناوريهاي طراحي و اجرا شده توسط اتحاديه جماهير شوروري است كه در طبقهبندي راكتورهاي تعديلشده توسط گرافيت قرار ميگيرد. راكتورهاي RBMK، اولين سري از راكتورهاي نسل دومي جهان محسوب ميشوند كه عليرغم قدمت، هنوز نيز امروزه بهعنوان قديميترين راكتورهاي تجاري در نيروگاههاي هستهاي دنيا در حال كار هستند. در اين راكتورها، از دياكسيد اورانيوم غنيشده (اورانيوم ۲۳۵ باغلظت دو درصد) بهعنوان سوخت اوليه استفاده ميشود. اين اورانيوم به شكل قرصهايي كوچك درون لولههايي بهطول ۳.۶۵ متر از جنس آلياژ زيركونيوم قرار ميگيرند و «ميلههاي سوختي» را تشكيل ميدهند. به همين شكل، يك مجموعهي ۱۸ عددي از اين ميلههاي سوختي بهصورت استوانهاي داخل يك محفظهي نگهدارنده قرار ميگيرند و يك «مجموعهي سوختي» را شكل ميدهند.
در قلب راكتور، هر مجموعهي سوختي درون كانالهايي عمودي با نام «لولههاي فشار» جايگذاري ميشود. اين لولهها كه طولي حدود ۷ متر دارند، مستقيما با جريان آب خنك خواهند شد و از حرارت ايجاد شده از واكنش شكافت، براي تبخير همين آب استفاده ميشود. در اين طراحي هيچگونه تبادلگر حرارتي وجود ندارد و تنها دو حلقهي خنكسازي دائمي با آب تعبيه شده كه در هركدام از آنها، آب بهكمك چهار پمپ، مستقيما درون لولههاي فشار پمپاژ شده و حرارت اضافي راكتور را از آن دفع ميكنند. دركنار اين دو حلقه، يك سيستم خنكسازي اضطراري نيز بهصورت آمادهباش تعبيه شده كه درصورت خرابي هريك از دو حلقهي خنككننده، وارد مدار ميشود.
هر يك از دوحلقهي خنكسازي اشارهشده داراي دو مخزن بخار يا بهاصطلاح «جداساز بخار» هستند كه ازطريق آنها بخار ناشي از آب جديدشده، جداسازي ميشود و براي بهكارانداختن توربينهاي ۵۰۰ مگاوواتي نيروگاه مورد استفاده قرار ميگيرد. اين بخار پس از انجام كار مكانيكي درون توربين، مجددا ازطريق كندانسور به آب مايع تبديل ميشود و به مدار حلقهي خنككننده بازميگردد. در اين نوع طراحي، از آب هم بهعنوان خنككننده و هم منبع توليد بخار موردنياز توربينها استفاده ميشود. طراحي راكتور بهگونهاي است كه لولههاي سوخت از يكديگر مجزا هستند و حتي در حين كار راكتور نيز ميتوان مجموعههاي سوختي را از درون راكتور بيرون كشيد و مجددا سوختگيري كرد.
شماتيك كلي هستهي راكتور RBMK 1000
براي كنترل سرعت آزادسازي نوترونها حين فرايند شكافت، از يك سري بلوكهاي گرافيتي استفاده ميشود كه اطراف لولههاي فشار قرار ميگيرند و بهنوعي اين لولهها را از يكديگر جدا ميكنند. بلوكهاي مذكور كه با نام «تعديلكنندههاي گرافيتي» شناخته ميشوند، امكان انجام دائمي فرايند شكافت را فراهم خواهند كرد. براي هدايت گرمايي مناسب ميان اين بلوكها و نيز ممانعت از اكسايش گرافيتها، از مخلوطي از گاز هليوم و نيتروژن در راكتور استفاده ميشود.
دركنار تمامي تجهيزات يادشده، در اين نوع راكتورها از ۲۱۱ عدد ميله از جنس بروم كاربيد با نام «ميلههاي كنترلي» استفاده ميشود؛ اين ميلهها با جذب نوترونهاي اضافي، وظيفهي كنترل سرعت واكنش شكافت را بهعهده دارند. اين ميلههاي كوتاه كه از كف هستهي راكتور به درون آن جايگذاري ميشوند، ميتوانند توزيع توان را در دل راكتور يكنواخت كنند. ميلههاي كنترلي اصلي نيز از بالا به درون محفظه وارد ميشوند و ميتوانند نقش كنترل خودكار، دستي و اضطراري راكتور را بهعهده داشته باشند. حسگرهاي تعبيهشده درون راكتور، فرمان لازم براي كنترل خودكار اين ميلهها را صادر ميكنند. در شرايط اضطراري (مانند افزايش بيشازحد توان راكتور) نيز اين ميلهها تماما داخل هسته رها ميشوند تا فعاليت راكتور را كاهش دهند يا بهكلي متوقف كنند.
جالب است بدانيد در طراحي اينگونه راكتور، برخلاف نمونههاي غربي از محفظههاي حفاظتي استفاده نميشود. درعوض، كل هستهي راكتور (كه طولي برابر با ۷ متر و قطري برابر با ۱۲ متر دارد)، در يك بستر از جنس بتن مسلح قرار ميگيرد كه نقش سپر حفاظتي دربرابر تشعشعات را دارد. هستهي راكتور درون اين بستر، روي يك صفحهي فولادي قرار ميگيرد و روي آن نير يك درپوش فولادي با وزن ۱۰۰۰ تن قرار ميگيرد. دنبالهي لولههاي سوخت كه از دو سر راكتور بيرون ميآيند، همگي به صفحات فولادي بالايي و پاييني جوش داده ميشوند و بدين ترتيب ساختار يكپارچهي بدنهي راكتور تكميل ميشود.
نمايي ديگر از ساختار راكتور RBMK 1000
پاشنهي آشيل راكتور چرنوبيل
راكتورهايي كه توسط آب در حال جوشش خنك ميشوند، همواره مقدار معيني از بخار را در اطراف هسته خواهند داشت. از آنجاكه بخار نسبتبه آب، خاصيت خنككنندگي و نيز جذب نوترون ضعيفتري دارد. يك تغيير محسوس در نسبت حبابهاي بخار آب يا بهعبارتي «حفرههاي» موجود در اين مايع خنككننده، تاثير مستقيمي روي ميزان واكنش درون هسته خواهد داشت. اين نسبت مهم بهعنوان «ضريب حفرهي واكنش» شناخته ميشود. زمانيكه اين ضريب عددي مثبت باشد، افزايش بخار آب موجود موجب افزايش ميزان واكنشپذيري ميشود و بالعكس.
اينجا همان نكتهاي است كه تفاوت ميان راكتورهاي ساخت شوروي سابق با نمونههاي مشابه غربي ديده ميشود. در راكتورهاي غربي، از همان آب مورداستفاده در خنككننده، بهعنوان تعديلكننده (moderator) نيز استفاده ميشود. بدينترتيب افزايش توليد بخار در اين راكتورها، موجب كاهش سرعت نوترونهاي ضروري براي پايداري زنجيرهي واكنش هستهاي ميشود. اين سازوكار، موجب كاهش توان توليدي راكتور شده و درحقيقت، خود يك عامل ايمني براي اين نوع راكتورها محسوب ميشود.
يكي از ايرادهاي راكتورهاي سري RBMK ساخت شوروي، ضريب توان مثبت راكتور آن بود كه در توانهاي پايين منجربه ناپايداري آن ميشد
اما در نمونههايي نظير راكتورهاي ساخت شوروي كه در آن خنككننده و تعديل كننده، مواد جداگانهاي هستند، افزايش حجم بخار منجر به افت خاصيت خنككنندگي در راكتور ميشود. اما از آنجا كه تغييري در تعديلكننده رخ نداده، زنجيرهي واكنشهاي هستهاي همچنان مانند قبل ادامه مييابد. اين قضيه بهخصوص درمورد راكتورهاي سري RBMK كه ميزان جذب نوترونها ازسوي آب عاملي تعيينكنننده در زنجيرهي واكنشها محسوب ميشود، شكل بغرنجتري به خود ميگيرد. در اين نوع راكتورها، با افزايش ميزان بخار آب، سامانه دچار كاهش محسوس در قابليت جذب نوترونها خواهد شد. در حضور اين نوترونهاي اضافي، زنجيرهي واكنشي درون راكتور تشديد شده و فرايند شكافت بهسوي ناپايداري ميرود.
با اينكه ضريب حفره تنها يكي از فاكتورهاي مؤثر در ضريب توان كل نيروگاه است، اما همين ضريب در راكتورهاي سري RBMK نقشي كاملا كليدي ايفا ميكند. اين عامل خود گوياي آن است كه ميزان بخار موجود در هستهي اين راكتورها تا چهاندازه روي واكنشپذيري درون آن تاثير دارد.
نماي داخلي سالن راكتور شمارهي ۲ نيروگاه (پس از بازسازي)
نكتهي فاجعهآميز در تعيين سرنوشت نيروگاه چرنوبيل نيز همين ضريب حفره بوده است. در گزارشها آمده است كه اين ضريب در لحظات پيش از وقوع سانحه، مقدار مثبت بسيار بالايي داشته است؛ بهگونهاي كه تمامي ديگر فاكتورهاي مؤثر در ضريب توان نيروگاه را نيز تحت شعاع قرار داده بود. بدينترتيب ضريب توان نيروگاه خود مقداري مثبت شده و اين بهمعناي افزايش زنجيرهاي توان خروجي بود. با افزايش توان، گرماي بيشتري در اطراف هسته توليد ميشد و اين خود بهمعناي افزايش مجدد سطح بخار توليدشده بود. بخار بيشتر بهمعناي خنككنندگي كمتر، افت بيشتر در جذب نوترونهاي آزاد و نهايتا تشديد دوبارهي توان خروجي بود. درمورد حادثهي چرنوبيل، اين چرخهي معيوب بارها و بارها تكرار شد تا اينكه توان راكتور به ميزاني نزديك به ۱۰۰ برابر توان نامي خود رسيد.
حادثه چگونه رقم خورد؟
در ۲۵ آوريل ۱۹۸۶، قرار بود راكتور شمارهي ۴ براي انجام خدمات تعمير و نگهداري دورهاي خاموش شود. تصميم گرفته شد تا ضمن بهرهگيري از فرصت پيشآمده، آزمايشي ترتيب داده شود تا ببينند درصورت قطع جريان اصلي برق و پيش از وارد شدن ديزل ژنراتور اضطراري به مدار، توربينها تا چهمدتي ميتوانند به گردش خود ادامه دهند و انرژي موردنياز پمپهاي سيركولاسيون (خنككننده) را تأمين كنند. هدف از آزمايش اين بود كه قابليت اطمينان عملكرد سيستم خنكسازي هسته، درصورت قطعي ناگهاني برق مطالعه شود. اين آزمايش سال گذشته نيز در نيروگاه انجام شده بود؛ اما آن زمان، توربين خيلي زود متوقف شد و نتوانست انرژي لازم را براي گردش پمپها فراهم كند. درنتيجه، براي سال بعد مهندسان بر آن شدند تا رگولاتورهاي ولتاژ تازهاي براي ژنراتور طراحي كرده و آزمايش را مجددا تكرار كنند.
اتاق كنترل راكتور شمارهي ۳
اين آزمايش درحقيقت مربوطبه بخش غيرهستهاي نيروگاه ميشد. ازاينرو، متاسفانه پيش از انجام آن، تبادل اطلاعات و هماهنگي لازم ميان تيم مسئول آزمايش و پرسنل ايمني راكتور صورت نگرفت. نهايت اينكه احتياطهاي ايمني لازم در آزمايش لحاظ نشد و اپراتورها نيز درمورد پيامدهاي احتمالي اين آزمايش الكتريكي براي بخش ايمني هستهاي و خطرات بالقوهي آن بهدرستي توجيه نشده بودند.
عجيب اينكه قبل از انجام آزمايش مذكور، تيم مسئول، سيستم خنكسازي اضطراري هسته (كه پيشتر درمورد نقش آن توضيح داده شد) را نيز از مدار خارج كردند. اين اقدام با اينكه نقش چنداني در سلسله اتفاقات بعدي نداشت، اما بهوضوح نشاندهندهي يك سهلانگاري آشكار در رعايت پروتكلهاي ايمني نيروگاه بود.
خارجكردن سيستم خنكسازي اضطراري هسته از مدار، بهوضوح نشاندهندهي يك سهلانگاري آشكار در رعايت پروتكلهاي ايمني نيروگاه بود
وقتي دستورالعمل خاموشي اجرا شد، راكتور به نيمي از ظرفيت توان نامي خود رسيد. چراكه باتوجه به عدم تعادل ميان توليد و مصرف در شبكهي برق سراسري، واحد ديسپاچينگ بار الكتريكي نيروگاه اجازهي كاهش كمتر توان را به راكتور نميداد. مطابق دستورالعمل آزمايش، پس از گذشت حدود يك ساعت از وضعيت توليد ۵۰ درصدي راكتور، نسبتبه خاموشكردن سيستم خنكسازي اضطراري اقدام شد. اين وضعيت تا ساعت ۱۱ شب ۲۵ آوريل ادامه داشت تا اينكه سامانهي كنترلي شبكهي برق (همزمان با كاهش تقاضاي مصرف) بالاخره اجازهي كاهش بيشتر توان را به راكتور داد.
قرار بود طي اين آزمايش، توان راكتور تا پيش از خاموشي كامل، در محدودهاي ميان ۷۰۰ الي ۱۰۰۰ مگاوات به پايداري برسد؛ اما احتمالا بهخاطر خطاي اپراتوري (يا بنابر برخي استدلالهاي ديگر، وجود يك عامل ناشناختهي معيوب در كنترل توان راكتور)، اين توان در ساعت ۰۰:۲۸ بامداد ۲۶ آوريل تا ۳۰ مگاووات افت پيدا كرد. درادامه، تلاشهايي صورت گرفت تا سطح توان راكتور دوباره به سطح توان تعيينشده براي آزمايش بازگردد؛ ازاينرو، تيم آزمايش مجموعهاي از اقدامات نظير سميسازي با زنون، كاهش ضريب حفره و خنكسازي گرافيت را بهانجام رساندند. آنها همچنين بسياري از ميلههاي كنترلي را از هستهي راكتور بيرون كشيدند تا سطح واكنش را در راكتور مجددا بالا ببرند و اين قضيه خود باعث شد كه در ساعت يك بامداد، «حد واكنشپذيري عملياتي» (ORM) در راكتور از حداقل مجاز تعيينشده نيز پايينتر بيايد (حد واكنشپذيري عملياتي معياري است كه بهصورت ارزش اسمي تعداد ميلههاي كنترلي موجود در هستهي راكتور تعريف ميشود).
تصويري از ۶ كليد خاموشسازي اضطراري در اتاق كنترل شمارهي ۱؛ كليد وسطي در رديف بالايي همان EPS-5 است كه بهعلت نامعلومي حين عملكرد عادي راكتور فشرده شده بود
گفته ميشود يكي از عوامل مؤثر در مقاومت سيستم دربرابر افزايش توان راكتور، انباشت زنون بوده است. زنون ۱۳۵ يكي از مواد جاذب نوترون است كه طي واكنشهاي شكافت هستهاي توليد و مصرف ميشود. طي عملكرد عادي، ميزان توليد و مصرف زنون ۱۳۵ متعادل ميماند. اما وقتي توان راكتور شمارهي ۴ چرنوبيل در ساعت ۰۰:۲۸ شب ۲۶ آوريل افت كرد، انباشت مازاد زنون توليدشده در هسته، مانع از افزايش مجدد توان راكتور شد.
اپراتورها از اثر انباشت زنون ۱۳۵ و مقدار دقيق ORM در راكتور اطلاع دقيقي نداشتند
به هر حال، درنتيجهي تدابير صورتگرفته، در ساعت ۰۱:۰۳، سطح توان راكتور بالاخره روي مقدار ۲۰۰ مگاووات پايدار شد و تيم تصميم گرفت در همين سطح توان، آزمايش را بهانجام برساند. تخمينها نشان ميدهد كه در ساعت ۰۱:۲۲، حد ORM برابر با ۸ ميلهي كنترلي بوده كه آن زمان بهصورت دستي جايگذاري شده بودند؛ اين در حالي بود كه مطابق دستورالعملهاي بهرهبرداري، آستانهي حداقلي ORM برابر با ۱۵ مقرر شده بود. بااينحال، آزمايش در ساعت ۰۱:۲۳ آغاز شد. دريچههاي توقف توربين بسته شدند و توان ورودي ۴ پمپ خنككننده نيز همزمان با كاهش سرعت توربين، رو به كاهش گذاشت. دبي آب جريانيافته در اطراف هسته كاهش يافت و همزمان دماي اين آب نيز كمكم بالا رفت. احتمال ميرود بروز اين دو عامل خود منجر به افزايش ميزان بخار (ضريب حفره) در اطراف هسته شده باشد. همانطور كه پيشتر توضيح داده شد، افزايش ضريب حفره باتوجه به ساختار خاص راكتور RBMK ميتوانسته است موجب افزايش زنجيرهاي توان در راكتور شود.
در ساعت ۰۱:۲۳، سيستم حفاظت اضطراري نرخ افزايش توان راكتور هشدار ميدهد كه توان راكتور از ۵۳۰ مگاوات تجاوز كرده و همچنان سير صعودي دارد. طي لحظاتي كوتاه، مجموعههاي سوختي ازهم گسسته شدند، ميزان توليد بخار بيشتر شد و اين باعث بزرگترشدن ضريب توان مثبت راكتور شد. صدمهديدن تنها ۳ يا ۴ مجموعهي سوختي خود كافي بود تا كل راكتور ويران شود. درادامهي زنجيرهي فاجعه، چندين لولهي فشار تركيد و فشار درون راكتور آنقدر بالا رفت كه درپوش ۱۰۰۰ تني راكتور از بدنه جدا شد. با جداشدن درپوش، ميلههاي كنترلي كه درنتيجهي اقدامات حفاظتي تيم، تنها نيمي از آنها تا آن زمان وارد هسته شده بود، بهكلي از هسته خارج شدند. در پي تركيدن لولههاي فشار، مدار خنكسازي راكتور نيز دچار افت فشار شد و همين امر ميزان بخار توليدشده در راكتور را چند برابر كرد. مطابق گزارشهاي اپراتوري مربوطبه ساعت ۰۱:۲۴، ميلههاي كنترلي قبل از آنكه به حد انتهايي خود در هستهي راكتور برسند، متوقف شده بودند و دكمهي مربوطبه مكانيزم خلاصكردن ميلهها نيز از كار افتاده بود.
سريال «چرنوبيل»؛ بازسازي صحنهي روز پس از حادثه در ۲۶ آوريل ۱۹۸۶
فاجعه رقم خورد. صداي دو انفجار بزرگ گزارش شد؛ اولين آن مربوطبه انفجار اوليهي ناشي از فشار بخار بود و تنها بهفاصلهي دو يا ثانيه بعد از آن، انفجار ناشي از هيدروژن توليدشده در نتيجهي واكنش احتمالي زيركونيوم و بخار در محوطهي نيروگاه طنينانداز شد. آنچه رخ داد، باورنكردني بهانديشه متخصصين ميرسيد. سوخت هستهاي، تعديلكننده و مصالح ديوارهي راكتور همگي در فضاي آسمان بالاي نيروگاه به پرواز درآمده بودند. با پراكندهشدن قطعات ذوبشده، آتشسوزيهايي در گوشهوكنار آغاز شد. هستهي ويرانشدهي راكتور شمارهي ۴ در تماس مستقيم با هواي آزاد قرار گرفته بود. شدت انفجار بهحدي بود كه يكي از نيروي سادهان نيروگاه عملا از صحنهي روزگار ناپديد شد؛ بهگونهاي كه بعدها حتي كسي نتوانست بدن او را بهدرستي شناسايي كند. نيروي ساده دوم نيز چند ساعت بعد درنتيجهي شدت جراحات وارده در بيمارستان جان باخت.
در نيمه شب ۲۶ آوريل، تودهي ذرات ناشي از شكافت هستهاي بههمراه گردو غبار تا فضاي يك كيلومتري بالاي سر نيروگاه منتشر شد. قطعات سنگينتر در محوطهي اطراف نيروگاه فروافتادند؛ در اين حال، انبوه ذرات سبكتر شامل غبار هستهاي و فهرستي كامل از انواع گازهاي نجيب در دامان بادي كه به سمت جنوبغربي نيروگاه ميوزيد، رفتند تا كابوسي بدتر از مرگ را براي ساكنين خفتهي اروپاي شرقي رقم بزنند.
ادامه دارد...
هم انديشي ها