زوميت/ ۳۳ سال پس از فاجعهي چرنوبيل، هنوز ناگفتههاي بسياري از نحوهي بروز آن در اذهان مانده است؛ مشکلات طراحي نيروگاه هستهاي چه بودند و چگونه اشتباهات انساني زنجيره فجايع را تکميل کردند؟
در اينجا قصد داريم در يک مجموعهي دوقسمتي ابعاد کامل يکي از مهمترين فجايع بشري را در تاريخ صنايع هستهاي بررسي کنيم. ماجراي چرنوبيل و فاجعهي عميقي که در آن رخ داد، روايتگر بزرگترين فاجعهي هستهاي نيروگاهي جهان است که از لحاظ وسعت آلودگي و عوارض جانبي آن هنوز هم در رتبهي اول طبقهبندي فجايع هستهاي جاي دارد.
اين حادثه از دو منظر قابلبررسي است؛ اولي نقايص طراحي و مقدمات اوليهي بروز حادثه است که شامل طيف متنوعي از احتمالات درمورد خطاهاي ساختاري و انساني ميشود و دوم، کيفيت و نحوهي مديريت فاجعه طي ساعات ابتدايي و روزهاي بعد از وقوع آن است که نشان ميدهد چگونه عدم آگاهي، محدوديت اطلاعاتي و سوءمديريت بحران ميتواند ابعاد يک 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 کارکرد کلي نيروگاه فعال در چرنوبيل را ارائه کرده و درادامه گامبهگام مراحل زماني اتفاقات منتهي به انفجار راکتور شمارهي ۴ اين نيروگاه را بازگو کنيم.

نمايي از ساختمان راکتور شمارهي ۴ نيروگاه اتمي چرنوبيل
مشخصات جغرافيايي نيروگاه
تاسيسات نيروگاه چرنوبيل در ۱۳۰ کيلومتري شمال کييف (پايتخت کشور اوکراين) و ۲۰ کيلومتري جنوب مرز کشور بلاروس واقع شده است. اين نيروگاه متشکل از ۴ راکتور هستهاي با طراحي RBMK-1000 بود که اولينبار توسط شوروي ساخته شد. واحدهاي ۱ و ۲ از راکتورهاي نيروگاه در خلال سالهاي ۱۹۷۰ تا ۱۹۷۷ و واحدهاي ۳ و ۴ نيز تا سال ۱۹۸۳ به بهرهبرداري کامل رسيد. دو واحد ديگر نيز آن زمان، در دست ساخت بود که با بروز سانحه در سال ۱۹۸۶، عمليات توسعه متوقف شد. در ضلع جنوبشرقي نيروگاه و در مجاورت رودخانهي پريپيات، يک درياچهي مصنوعي با وسعت ۲۲ کيلومترمربع احداث شده بود تا بتواند منبع تبادل حرارتي مناسب جهت خنکسازي راکتورهاي نيروگاه را فراهم کند. شايان ذکر است هر يک از راکتورهاي نيروگاه چرنوبيل توان حرارتي برابر با ۳۲۰۰ مگاوات (معادل با ۱۰۰۰ مگاوات توان الکتريکي) دارا بودند.
محل احداث نيروگاه، از ميان يکي از مناطق کمجمعيت اوکراين انتخاب شده بود. نزديکترين منطقهي مسکوني، شهر جديد پريپيات با جمعيت ۴۹ هزار نفر بود که ۳ کيلومتر با نيروگاه فاصله داشت. شهر قديمي چرنوبيل نيز با جمعيت ۱۲.۵۰۰ نفري در ۱۵ کيلومتري جنوبشرقي ساختگاه واقع شده بود. با احتساب جمعيتهاي روستايي و حومهي شهري، کل جمعيت ساکن در شعاع ۳۰ کيلومتري نيروگاه در آن زمان عددي بين ۱۱۵ تا ۱۳۵ هزار نفر گزارش شده است؛ منطقهاي که پس از وقوع سانحه، ناحيهي قرنطيينه نام گرفت.

محل جغرافيايي شهر قديم چرنوبيل
طرز کار راکتورهاي نيروگاه
راکتورهاي RBMK-1000 يکي از فناوريهاي طراحي و اجرا شده توسط اتحاديه جماهير شوروري است که در طبقهبندي راکتورهاي تعديلشده توسط گرافيت قرار ميگيرد. راکتورهاي RBMK، اولين سري از راکتورهاي نسل دومي جهان محسوب ميشوند که عليرغم قدمت، هنوز نيز امروزه بهعنوان قديميترين راکتورهاي تجاري در نيروگاههاي هستهاي دنيا در حال کار هستند. در اين راکتورها، از دياکسيد اورانيوم غنيشده (اورانيوم ۲۳۵ باغلظت دو درصد) بهعنوان سوخت اوليه استفاده ميشود. اين اورانيوم به شکل قرصهايي کوچک درون لولههايي بهطول ۳.۶۵ متر از جنس آلياژ زيرکونيوم قرار ميگيرند و «ميلههاي سوختي» را تشکيل ميدهند. به همين شکل، يک مجموعهي ۱۸ عددي از اين ميلههاي سوختي بهصورت استوانهاي داخل يک محفظهي نگهدارنده قرار ميگيرند و يک «مجموعهي سوختي» را شکل ميدهند.
در قلب راکتور، هر مجموعهي سوختي درون کانالهايي عمودي با نام «لولههاي فشار» جايگذاري ميشود. اين لولهها که طولي حدود ۷ متر دارند، مستقيما با جريان آب خنک خواهند شد و از حرارت ايجاد شده از واکنش شکافت، براي تبخير همين آب استفاده ميشود. در اين طراحي هيچگونه تبادلگر حرارتي وجود ندارد و تنها دو حلقهي خنکسازي دائمي با آب تعبيه شده که در هرکدام از آنها، آب بهکمک چهار پمپ، مستقيما درون لولههاي فشار پمپاژ شده و حرارت اضافي راکتور را از آن دفع ميکنند. درکنار اين دو حلقه، يک سيستم خنکسازي اضطراري نيز بهصورت آمادهباش تعبيه شده که درصورت خرابي هريک از دو حلقهي خنککننده، وارد مدار ميشود.
هر يک از دوحلقهي خنکسازي اشارهشده داراي دو مخزن بخار يا بهاصطلاح «جداساز بخار» هستند که ازطريق آنها بخار ناشي از آب داغشده، جداسازي ميشود و براي بهکارانداختن توربينهاي ۵۰۰ مگاوواتي نيروگاه مورد استفاده قرار ميگيرد. اين بخار پس از انجام کار مکانيکي درون توربين، مجددا ازطريق کندانسور به آب مايع تبديل ميشود و به مدار حلقهي خنککننده بازميگردد. در اين نوع طراحي، از آب هم بهعنوان خنککننده و هم منبع توليد بخار موردنياز توربينها استفاده ميشود. طراحي راکتور بهگونهاي است که لولههاي سوخت از يکديگر مجزا هستند و حتي در حين کار راکتور نيز ميتوان مجموعههاي سوختي را از درون راکتور بيرون کشيد و مجددا سوختگيري کرد.

شماتيک کلي هستهي راکتور RBMK 1000
براي کنترل سرعت آزادسازي نوترونها حين فرايند شکافت، از يک سري بلوکهاي گرافيتي استفاده ميشود که اطراف لولههاي فشار قرار ميگيرند و بهنوعي اين لولهها را از يکديگر جدا ميکنند. بلوکهاي مذکور که با نام «تعديلکنندههاي گرافيتي» شناخته ميشوند، امکان انجام دائمي فرايند شکافت را فراهم خواهند کرد. براي هدايت گرمايي مناسب ميان اين بلوکها و نيز ممانعت از اکسايش گرافيتها، از مخلوطي از گاز هليوم و نيتروژن در راکتور استفاده ميشود.
درکنار تمامي تجهيزات يادشده، در اين نوع راکتورها از ۲۱۱ عدد ميله از جنس بروم کاربيد با نام «ميلههاي کنترلي» استفاده ميشود؛ اين ميلهها با جذب نوترونهاي اضافي، وظيفهي کنترل سرعت واکنش شکافت را بهعهده دارند. اين ميلههاي کوتاه که از کف هستهي راکتور به درون آن جايگذاري ميشوند، ميتوانند توزيع توان را در دل راکتور يکنواخت کنند. ميلههاي کنترلي اصلي نيز از بالا به درون محفظه وارد ميشوند و ميتوانند نقش کنترل خودکار، دستي و اضطراري راکتور را بهعهده داشته باشند. حسگرهاي تعبيهشده درون راکتور، فرمان لازم براي کنترل خودکار اين ميلهها را صادر ميکنند. در شرايط اضطراري (مانند افزايش بيشازحد توان راکتور) نيز اين ميلهها تماما داخل هسته رها ميشوند تا فعاليت راکتور را کاهش دهند يا بهکلي متوقف کنند.
جالب است بدانيد در طراحي اينگونه راکتور، برخلاف نمونههاي غربي از محفظههاي حفاظتي استفاده نميشود. درعوض، کل هستهي راکتور (که طولي برابر با ۷ متر و قطري برابر با ۱۲ متر دارد)، در يک بستر از جنس بتن مسلح قرار ميگيرد که نقش سپر حفاظتي دربرابر تشعشعات را دارد. هستهي راکتور درون اين بستر، روي يک صفحهي فولادي قرار ميگيرد و روي آن نير يک درپوش فولادي با وزن ۱۰۰۰ تن قرار ميگيرد. دنبالهي لولههاي سوخت که از دو سر راکتور بيرون ميآيند، همگي به صفحات فولادي بالايي و پاييني جوش داده ميشوند و بدين ترتيب ساختار يکپارچهي بدنهي راکتور تکميل ميشود.

نمايي ديگر از ساختار راکتور RBMK 1000
پاشنهي آشيل راکتور چرنوبيل
راکتورهايي که توسط آب در حال جوشش خنک ميشوند، همواره مقدار معيني از بخار را در اطراف هسته خواهند داشت. از آنجاکه بخار نسبتبه آب، خاصيت خنککنندگي و نيز جذب نوترون ضعيفتري دارد. يک تغيير محسوس در نسبت حبابهاي بخار آب يا بهعبارتي «حفرههاي» موجود در اين مايع خنککننده، تاثير مستقيمي روي ميزان واکنش درون هسته خواهد داشت. اين نسبت مهم بهعنوان «ضريب حفرهي واکنش» شناخته ميشود. زمانيکه اين ضريب عددي مثبت باشد، افزايش بخار آب موجود موجب افزايش ميزان واکنشپذيري ميشود و بالعکس.
اينجا همان نکتهاي است که تفاوت ميان راکتورهاي ساخت شوروي سابق با نمونههاي مشابه غربي ديده ميشود. در راکتورهاي غربي، از همان آب مورداستفاده در خنککننده، بهعنوان تعديلکننده (moderator) نيز استفاده ميشود. بدينترتيب افزايش توليد بخار در اين راکتورها، موجب کاهش سرعت نوترونهاي ضروري براي پايداري زنجيرهي واکنش هستهاي ميشود. اين سازوکار، موجب کاهش توان توليدي راکتور شده و درحقيقت، خود يک عامل ايمني براي اين نوع راکتورها محسوب ميشود.
اما در نمونههايي نظير راکتورهاي ساخت شوروي که در آن خنککننده و تعديل کننده، مواد جداگانهاي هستند، افزايش حجم بخار منجر به افت خاصيت خنککنندگي در راکتور ميشود. اما از آنجا که تغييري در تعديلکننده رخ نداده، زنجيرهي واکنشهاي هستهاي همچنان مانند قبل ادامه مييابد. اين قضيه بهخصوص درمورد راکتورهاي سري RBMK که ميزان جذب نوترونها ازسوي آب عاملي تعيينکنننده در زنجيرهي واکنشها محسوب ميشود، شکل بغرنجتري به خود ميگيرد. در اين نوع راکتورها، با افزايش ميزان بخار آب، سامانه دچار کاهش محسوس در قابليت جذب نوترونها خواهد شد. در حضور اين نوترونهاي اضافي، زنجيرهي واکنشي درون راکتور تشديد شده و فرايند شکافت بهسوي ناپايداري ميرود.
با اينکه ضريب حفره تنها يکي از فاکتورهاي مؤثر در ضريب توان کل نيروگاه است، اما همين ضريب در راکتورهاي سري RBMK نقشي کاملا کليدي ايفا ميکند. اين عامل خود گوياي آن است که ميزان بخار موجود در هستهي اين راکتورها تا چهاندازه روي واکنشپذيري درون آن تاثير دارد.

نماي داخلي سالن راکتور شمارهي ۲ نيروگاه (پس از بازسازي)
نکتهي فاجعهآميز در تعيين سرنوشت نيروگاه چرنوبيل نيز همين ضريب حفره بوده است. در گزارشها آمده است که اين ضريب در لحظات پيش از وقوع سانحه، مقدار مثبت بسيار بالايي داشته است؛ بهگونهاي که تمامي ديگر فاکتورهاي 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 خنککنندگي کمتر، افت بيشتر در جذب نوترونهاي آزاد و نهايتا تشديد دوبارهي توان خروجي بود. درمورد حادثهي چرنوبيل، اين چرخهي معيوب بارها و بارها تکرار شد تا اينکه توان راکتور به ميزاني نزديک به ۱۰۰ برابر توان نامي خود رسيد.
حادثه چگونه رقم خورد؟
در ۲۵ آوريل ۱۹۸۶، قرار بود راکتور 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 سيرکولاسيون (خنککننده) را تأمين کنند. هدف از آزمايش اين بود که قابليت اطمينان عملکرد سيستم خنکسازي هسته، درصورت قطعي ناگهاني برق بررسي 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 کند. درنتيجه، براي سال بعد مهندسان بر آن شدند تا رگولاتورهاي ولتاژ تازهاي براي ژنراتور طراحي کرده و آزمايش را مجددا تکرار کنند.

اتاق کنترل راکتور 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 راکتور صورت نگرفت. نهايت اينکه احتياطهاي ايمني لازم در آزمايش لحاظ نشد و اپراتورها نيز درمورد پيامدهاي احتمالي اين آزمايش الکتريکي براي بخش ايمني هستهاي و خطرات بالقوهي آن بهدرستي توجيه نشده بودند.
عجيب اينکه قبل از انجام آزمايش مذکور، تيم مسئول، سيستم خنکسازي اضطراري هسته (که پيشتر درمورد نقش آن توضيح داده شد) را نيز از مدار خارج کردند. اين اقدام با اينکه نقش چنداني در سلسله اتفاقات بعدي نداشت، اما بهوضوح نشاندهندهي يک سهلانگاري آشکار در رعايت پروتکلهاي ايمني نيروگاه بود.
وقتي دستورالعمل خاموشي اجرا شد، راکتور به نيمي از ظرفيت توان نامي خود رسيد. چراکه باتوجه به عدم تعادل ميان توليد و مصرف در شبکهي برق سراسري، واحد ديسپاچينگ بار الکتريکي نيروگاه اجازهي کاهش کمتر توان را به راکتور نميداد. مطابق دستورالعمل آزمايش، پس از گذشت حدود يک ساعت از وضعيت توليد ۵۰ درصدي راکتور، نسبتبه خاموشکردن سيستم خنکسازي اضطراري اقدام شد. اين وضعيت تا ساعت ۱۱ شب ۲۵ آوريل ادامه داشت تا اينکه سامانهي کنترلي شبکهي برق (همزمان با کاهش تقاضاي مصرف) بالاخره اجازهي کاهش بيشتر توان را به راکتور داد.
قرار بود طي اين آزمايش، توان راکتور تا پيش از خاموشي کامل، در محدودهاي ميان ۷۰۰ الي ۱۰۰۰ مگاوات به پايداري برسد؛ اما احتمالا بهخاطر خطاي اپراتوري (يا بنابر برخي استدلالهاي ديگر، وجود يک عامل ناشناختهي معيوب در کنترل توان راکتور)، اين توان در ساعت ۰۰:۲۸ بامداد ۲۶ آوريل تا ۳۰ مگاووات افت پيدا کرد. درادامه، تلاشهايي صورت گرفت تا سطح توان راکتور دوباره به سطح توان تعيينشده براي آزمايش بازگردد؛ ازاينرو، تيم آزمايش مجموعهاي از اقدامات نظير سميسازي با زنون، کاهش ضريب حفره و خنکسازي گرافيت را بهانجام رساندند. آنها همچنين بسياري از ميلههاي کنترلي را از هستهي راکتور بيرون کشيدند تا سطح واکنش را در راکتور مجددا بالا ببرند و اين قضيه خود باعث شد که در ساعت يک بامداد، «حد واکنشپذيري عملياتي» (ORM) در راکتور از حداقل مجاز تعيينشده نيز پايينتر بيايد (حد واکنشپذيري عملياتي معياري است که بهصورت ارزش اسمي تعداد ميلههاي کنترلي موجود در هستهي راکتور تعريف ميشود).

تصويري از ۶ کليد خاموشسازي اضطراري در اتاق کنترل شمارهي ۱؛ کليد وسطي در رديف بالايي همان EPS-5 است که بهعلت نامعلومي حين عملکرد عادي راکتور فشرده شده بود
گفته ميشود يکي از عوامل مؤثر در مقاومت سيستم دربرابر افزايش توان راکتور، انباشت زنون بوده است. زنون ۱۳۵ يکي از مواد جاذب نوترون است که طي واکنشهاي شکافت هستهاي توليد و مصرف ميشود. طي عملکرد عادي، ميزان توليد و مصرف زنون ۱۳۵ متعادل ميماند. اما وقتي توان راکتور شمارهي ۴ چرنوبيل در ساعت ۰۰:۲۸ شب ۲۶ آوريل افت کرد، انباشت مازاد زنون توليدشده در هسته، مانع از افزايش مجدد توان راکتور شد.
به هر حال، درنتيجهي تدابير صورتگرفته، در ساعت ۰۱:۰۳، سطح توان راکتور بالاخره روي مقدار ۲۰۰ مگاووات پايدار شد و تيم تصميم گرفت در همين سطح توان، آزمايش را بهانجام برساند. تخمينها نشان ميدهد که در ساعت ۰۱:۲۲، حد ORM برابر با ۸ ميلهي کنترلي بوده که آن زمان بهصورت دستي جايگذاري شده بودند؛ اين در حالي بود که 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 خنککننده نيز همزمان با کاهش سرعت توربين، رو به کاهش گذاشت. دبي آب جريانيافته در اطراف هسته کاهش يافت و همزمان دماي اين آب نيز کمکم بالا رفت. احتمال ميرود بروز اين دو عامل خود منجر به افزايش ميزان بخار (ضريب حفره) در اطراف هسته شده باشد. همانطور که پيشتر توضيح داده شد، افزايش ضريب حفره باتوجه به ساختار خاص راکتور RBMK ميتوانسته است موجب افزايش زنجيرهاي توان در راکتور شود.
در ساعت ۰۱:۲۳، سيستم حفاظت اضطراري نرخ افزايش توان راکتور هشدار ميدهد که توان راکتور از ۵۳۰ مگاوات تجاوز کرده و همچنان سير صعودي دارد. طي لحظاتي کوتاه، مجموعههاي سوختي ازهم گسسته شدند، ميزان توليد بخار بيشتر شد و اين باعث بزرگترشدن ضريب توان مثبت راکتور شد. صدمهديدن تنها ۳ يا ۴ مجموعهي سوختي خود کافي بود تا کل راکتور ويران شود. درادامهي زنجيرهي فاجعه، چندين لولهي فشار ترکيد و فشار درون راکتور آنقدر بالا رفت که درپوش ۱۰۰۰ تني راکتور از بدنه جدا شد. با جداشدن درپوش، ميلههاي کنترلي که درنتيجهي اقدامات حفاظتي تيم، تنها نيمي از آنها تا آن زمان وارد هسته شده بود، بهکلي از هسته خارج شدند. در پي ترکيدن لولههاي فشار، مدار خنکسازي راکتور نيز دچار افت فشار شد و همين امر ميزان بخار توليدشده در راکتور را چند برابر کرد. مطابق گزارشهاي اپراتوري مربوطبه ساعت ۰۱:۲۴، ميلههاي کنترلي قبل از آنکه به حد انتهايي خود در هستهي راکتور برسند، متوقف شده بودند و دکمهي مربوطبه مکانيزم خلاصکردن ميلهها نيز از کار 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 واکنش احتمالي زيرکونيوم و بخار در محوطهي نيروگاه طنينانداز شد. آنچه رخ داد، باورنکردني بهنظر ميرسيد. سوخت هستهاي، تعديلکننده و مصالح ديوارهي راکتور همگي در فضاي آسمان بالاي نيروگاه به پرواز درآمده بودند. با پراکندهشدن قطعات ذوبشده، آتشسوزيهايي در گوشهوکنار آغاز شد. هستهي ويرانشدهي راکتور شمارهي ۴ در تماس مستقيم با هواي آزاد قرار گرفته بود. شدت انفجار بهحدي بود که يکي از کارگران نيروگاه عملا از صحنهي روزگار ناپديد شد؛ بهگونهاي که بعدها حتي کسي نتوانست بدن او را بهدرستي شناسايي کند. کارگر دوم نيز چند ساعت بعد درنتيجهي شدت جراحات وارده در بيمارستان جان باخت.
در نيمه شب ۲۶ آوريل، تودهي ذرات ناشي از شکافت هستهاي بههمراه گردو غبار تا فضاي يک کيلومتري بالاي سر نيروگاه منتشر شد. قطعات سنگينتر در محوطهي اطراف نيروگاه فروافتادند؛ در اين حال، انبوه ذرات سبکتر شامل غبار هستهاي و فهرستي کامل از انواع گازهاي نجيب در دامان بادي که به سمت جنوبغربي نيروگاه ميوزيد، رفتند تا کابوسي بدتر از مرگ را براي ساکنين خفتهي اروپاي شرقي رقم بزنند.
ادامه دارد...
بازار