فاجعه چرنوبیل و مقایسه آن با بحران رآکتورهای هسته ای فوکوشیما

طرز عملکرد رآکتورهای هسته ای

دررآکتورهای هسته ای از طریق شکافت هسته ای گرما تولید می شود.شکافت اورانیوم نوترون های زیادی آزاد می کند.نوترونهایی که از فرآیند شکافت آزاد می شوند، بسیار سریع هستند .از این رو در اکثر رآکتورها قسمتی به نام کند کننده نوترون وجود دراد که در آن از سرعت نوترونها کاسته شده و در نتیجه نوترونها به راحتی جذب می شوند. نام گذاری این نوترونها به نوترونهای گرمایی یا نوترونهای کند به همین دلیل است. مقدار انرژی گرمایی در رآکتوریک پارامتر بحرانی است و کنترل آن با تنظیم تعداد میله های کنترل درون رآکتور صورت می گیرد. میله کنترل از مواد جذب کننده نوترون ساخته شده است.رآکتوری که از کند کننده استفاده می کند، رآکتور گرمایی یا رآکتور کند نامیده می شود .

مواد رایج کند کننده عبارتند از :آب معمولی ،آب سبک، آب سنگین و گرافیت( البته گرافیت مشکلات فراوانی را به وجود می آورد و بسیار خطرآفرین است، مانند حادثه انفجارچرنوبیل)

رآکتورهایی که از کند کننده استفاده نمی کنند، رآکتورهای سریع خوانده می شوند. در این نوع رآکتورها فشار ذرات نوترون بسیار بالا است و از این رو می توان برخی واکنش های هسته ای را که ترتیب دادن آنها در رآکتور کند بسیار مشکل است در آنها انجام داد.

فاجعه چرنوبیل و رآکتورهای هسته ای فوکوشیما

ساختار بی.دبلیو.آر

همه چیز درباره فاجعه چرنوبیل

بدترین حادثه اتمی غیرنظامی تاریخ جهان است که در رآکتور شماره ۴ نیروگاه چرنوبیل اکراین در ۲۶ آوریل ۱۹۸۶ اتفاق افتاد. این رآکتور از رآکتورهای RBMK بود. در ۲۵ و ۲۶ آوریل ۱۹۸۶ متصدیان رآکتور برای انجام آزمایشی سیستم ایمنی رآکتور را غیر فعال کردند.

نتیجه آن، از کنترل خارج شدن رآکتوری بدون کندکننده مناسب بود. بدون توانایی در کنترل رآکتور، دمای آن به حدی رسید که بیشتر از حرارت خروجی طرح ریزی شده بود. حادثه زمانی آغاز شد که در ۱۰:۱۱ شب ۲۵ آوریل ۱۹۸۶نیروگاه چرنوبیل دستور کاهش میزان قدرت رآکتوربرای تست را دریافت نمود و نیروگاه شروع به کاهش قدرت رآکتور شماره چهار تا ۳۰ درصد نمود.دو اشتباه واقعه مهلک چرنوبیل را رقم زد اولین اشتباه زمانی بود که کنترل کننده رآکتور به اشتباه و بر اثر عدم تنظیم کردن میله‌های جذب نوترون نیروی رآکتور را تا یک درصد کاهش داد و رآکتور بیش از پیش افت قدرت پیدا کرد. در اینجا بود که پرسنل دومین اشتباه خود را انجام دادند و تقریبا تمامی میله‌های کنترل را از داخل رآکتوربیرون کشیدند. این همانند زمانی است که اتومبیلی را در آن واحد هم گاز داد و هم ترمز گرفت.در این زمان و با وجود نبود میله‌های کنترل کننده قدرت در داخل منطقه فعال نیروی رآکتور به ۷ درصد افزایش پیدا نمود.

فاجعه چرنوبیل و رآکتورهای هسته ای فوکوشیما

ساختار RBMK

1. Reactor core - produces heat for converting water to steam

2. Steam-to-water pipes - carry steam to drum separator for moisture separation of steam

3. Drum Separator - used to separate water from steam

4. Main circulation pumps - used to circulate water through reactor for cooling

5. Group dispensing headers - headers coming from main circulating pumps

6. Water pipelines - headers supplying each channel in the reactor

7. Upper biological shield - protect operators and other personnel from radiation while working above reactor, e.g. during daily refueling

8. Refueling machine - used to place new fuel assemblies into the core and remove spent fuel assemblies

9. Lower biological shield - used to protect personnel from radiation while working in lower areas adjacent to reactor

در ۱:۲۴ صبح یک انفجار اولیه پوشش ۱۰۰۰ تنی بالای رآکتور را بلند و راه را برای خروج مقدار زیادی بخار آب داغ هموار کرد. و این مقدمه‌ای بود بر انفجار دوم ناشی از هیدروژن، که ممکن است حاصل ترکیب بخار آب لوله‌های پاره شده و زیرکونیوم و یا حتی گرافیت هسته رآکتور بوده باشد.

انفجار دوم سقف رآکتور را پاره کرد و ۲۵ درصد از تأسیسات هسته رآکتور را از بین برد. گرافیت (کندکننده) سوزان و مواد داغ هسته که در اثر انفجار بیرون ریخته بود، باعث ایجاد حدود ۳۰ آتش سوزی جدید شد، واین شامل سقف قیر اندود و قابل اشتعال واحد ۳ نیز می‌شد که مجاور واحد ۴ واقع شده بود.

تعداد زیادی از کارکنان تأسیسات در عرض چند ساعت نشانه‌های دریافت تشعشع رادیو اکتیو را نشان دادند. عده زیادی کارمند و آتش نشان که بدون محافظ مشغول به کار بودند، بیشتر بخاطر شروع آتش سوزی در سقف واحد ۳ بود که پیش بینی‌های ایمنی را نادیده گرفتند. عده افرادی که در بیمارستانها بستری شدند، تا ساعت ۶ صبح به ۱۰۸ و تا پایان روز اول به ۱۳۲ نفر رسید. پس از انفجار ابتدا محیط اطراف تاسیسات به امواج رادیواکتیو آلوده گشت و بعد به تدریج ابرهای آلوده به نواحی دورتر سرکشیدند و بارش باران سبب شد که بخش‌های وسیعی از اروپا به مواد رادیواکتیو آلوده شود.در اثر انفجار در رآکتور بلوک چهار تاسیسات اتمی چرنوبیل، مواد رادیواکتیو برای ساختن حدود ۱۰۰ بمب اتمی آزاد شدند. اگرچه در آن سال مقامات اتحاد شوروی سابق در آن زمان، پخش هر گونه خبری را در مورد این فاجعه به شدت ممنوع ساختند اما در مقایسه جوامع بشری، فاجعه چرنوبیل وحشتناک‌ترین فاجعه تکنولوژیک انسانی در تمام تاریخ به شمار می‌آید در اثر فاجعه چرنوبیل قریب به ۵ میلیون نفر آسیب دیدند، حدود ۵ هزار مرکز مسکونی در جمهوری روسیه سفید، اوکراین و فدراسیون روسیه با ذرات رادیو اکتیو آلوده شدند. از میان آنها، ۲۲۱۸ شهر و روستا با جمعیت حدود ۲/۴ میلیون نفر در محدوده اوکراین قرار داشتند، فاجعه چرنوبیل جمعیت کشورهای مذکور را تحت الشعاع قرار داد.

فاجعه چرنوبیل و رآکتورهای هسته ای فوکوشیما

ساختار RBMK

مقایسه دو رآکتور

اما رآکتور فوکوشیما (این نیروگاه شش رآکتور فعال و دو رآکتور در دست ساخت دارد) از نوع بی.دبیلو.آر (boiling water reactor) یا رآکتور آبی جوشان بوده و ساختار آن کاملا متفاوت از چرنوبیل که گرافیتی(RBMK) بود، است. بنابر این از نظر شرایط مکانی نیز بین این دو هیچ سنخیتی وجود ندارد. RBMK ها ساخت فناوری کشورهای سابق بلوک شرق هستند.ویژگی مهم این رآکتورها، قابلیت سوختگیری آنها بر خط (online refueling) است. از آنها برای تولید پلوتونیوم نیز می توان استفاده کرد. رآکتور آبی جوشان معروف به رآکتورهای BWR، یکی از انواع رآکتورهای صنعتی انرژی هسته‌ای تولید شده در جهان است. این رآکتورها معمولاً در فشارهای آبی بالا (مثل ۷ مگاپاسکال یا ۹۰۰ پی اس آی) کار می‌کنند. و از آنجایی که آب درون این سیستم‌ها بصورت بخار است، رآکتور احتیاج به مبادله گرهای گرمایی (heat exchanger) جهت تولید انرژی (همانند رآکتورهای فشرده آبی) ندارد، و بخار آب مستقیما به توربین‌ها هدایت میشوند. به همین خاطر، این نوع رآکتورها با سیکل مستقیم کار می‌کنند.

در بحران هسته ای نیروگاه فوکوشیما کارشناسان از روش خنک کردن رآکتورهای با حرارت بالا بوسیله پمپاژ کردن آب دریا استفاده می کنند که در نوع خود به گفته اولی هینونن از اعضای سابق دپارتمان امنیت هسته ای در سازمان انرژی هسته ای که اینک در دانشگاه هاروارد تدریس می کند، حرکتی ابداعی محسوب شده اما تاکنون نتیجه بخش نبوده است.