OBSAH
1) Účel seminární práce

2) Stručná historie jaderné energetiky Jaderné elektrárny v ČR

3) Teoreticky o reaktoru a stavbě jednoho z typů

4) Samotná katastrofa v Černobylu
a) Co předcházelo
b) Průběh experimentu
c) Následky
d) Vliv na naše území

5) Porovnání s Temelínem

6) Přílohy – obrázky, grafy


Úkolem této seminární práce je přiblížit jednu z nejhorších katastrof, které se kdy na zemi staly. Jde o jadernou elektrárnu v Černobylu na Ukrajině. Téměř každý z nás ví, že se někdy stalo něco strašného v Černobylu a že to má něco společného s elektrárnou, ale tím mnoho lidí končí. A jelikož ani já jsem toho nevěděla moc, vybrala jsem si toto téma na zpracování seminární práce.

Stručná historie jaderné energetiky
Nejdříve trošku teorie z fyziky v oblasti jaderné energetiky, která by nám měla alespoň trochu přiblížit, o co vlastně v jaderných elektrárnách jde. Díky objevení jaderné reakce u prvku uranu 235 jsme schopni využít jadernou energii k přeměně na energii elektrickou. Tohoto nesmírného objevu ihned využil známý a uznávaný fyzik Enrico Fermi, který se svými spolupracovníky jako první spustil dne 2.12. 1942 jaderný reaktor. Energii na spuštění použili čistého uranu a jako moderátor neutronů použili grafit. Řetězová reakce, na které je to vše postaveno byla ovládána kadmiovými tyčemi a to jejich zasouváním a vysouváním, čímž jsou pohlcovány neutrony.
Jako první jaderná elektrárna, která byla uvedena do provozu, byla malá elektrárna v Obninsku u Moskvy, která měla výkon 5 MW a bylo to roku 1954. Od spuštění této elektrárny prošla jaderná energetika dlouhým vývojem, a vše se hodně měnilo. V roce 1990 připadalo na jaderné elektrárny 16% světové výroby elektřiny, např. ve Francii je to až 70% celkové výroby. Ve světě bylo v provozu celkem 426 reaktorů.
Také na našem území se nachází několik jaderných elektráren. Tou první byla elektrárna v Jaslovských Bohunicích, která musela být po provozní nehodě odstavena. Také není vybavena ochrannou obálkou stejně jako elektrárna v Dukovanech, která je ale mnohem modernější a proto také budována s vyššími bezpečnostními systémy. V roce 1991 vyrobila asi 23% elektřiny v celé České republice. Třetí jadernou elektrárnou u nás je Temelín, jejíž stavba počala roku 1985 a stále je ve zkušebním stavu. Neustále jsou kolem této elektrárny nějaké nepokoje. Jedna skupina v zahájení provozu vidí božskou věc, druhá úplnou katastrofu. Je pravda, že výbuch reaktoru v Černobylské jaderné elektrárně asi není moc inspirující, ale tam šlo hlavně o selhání pracovníka či pracovníků.

Teoreticky o reaktoru
Nyní obecně o jaderném reaktoru, jaké můžeme mít druhy, jaké se používá palivo. Věda již o mnoho pokročila a proto existuje mnoho druhů jaderných reaktorů. Mohou se lišit jak druhem paliva, které je dodáváno, jednotlivými částmi samotného reaktoru, způsoby, jakými je reaktor chlazen nebo samozřejmě výkonem. Palivem v tepelných reaktorech je nejčastěji, jak už bylo řečeno, obohacený uran, obsahující vyšší procento nuklidu 235. Reaktory většinou zpomalených neutronů, které jsou v tepelné rovnováze s látkou. Ke zpomalování neutronů se právě používá tak zvaný moderátor, čímž je nejčastěji voda, těžká voda nebo grafit. Velice důležitá část celého systému je chladící zařízení, které odvádí teplo z reaktoru, většinou jím bývá voda, oxid uhličitý nebo těžká voda. Vysokoteplotní reaktory pro průmyslové účely bývají chlazeny též heliem.
Různými kombinacemi těchto komponentů vznikají různé druhy reaktorů, která se označují zkratkami. Nejrozšířenějším reaktorem je reaktor PWR, což je z anglického pressurized water reactor, jde o typ, který je moderovaný a chlazený obyčejnou vodou, s tlakovou nádobou.
Teď bych ráda popsala tlakovodní reaktor, který je velice osvědčený a je zobrazen na obrázku číslo 1. Hlavní částí je aktivní zóna, kde je rozmístěno palivo v podobě uranových tyčí, které jsou chráněny krytem. Dále se zde nachází také kompenzační, regulační a havarijní tyče, které jsou vyrobeny z materiálů schopných pohltit neutrony, většinou se jedná o kadmiové tyče. Celá aktivní zóna je umístěna v tlakové nádobě s vodou, která má funkci moderátoru i chladiva. Ohřátá voda je poháněna čerpadly až do parního generátoru, kde má za úkol ohřívat vodu v druhém odděleném okruhu a kde ji mění v páru. Tato pára pak již pohání parní turbínu a je zbavena radioaktivity. Z důvodu omezení účinnosti reaktoru zákony termodynamiky, využije se pouze 1/3 jaderné energie. Jaderná elektrárna je samozřejmě také zajištěna havarijními systémy. Např. systémem, který by v případě neočekávaného zvýšení teploty reaktoru automaticky zasunul havarijní tyče, které mají schopnost pohltit neutrony a tím by i zastavily celou řetězovou reakci či systémem havarijního chlazení apod. Celá jaderná část je ještě chráněna silnou vrstvou betonu obsahující baryt, což je tzv. kontejner, který v případě nehody zadrží radioaktivní látky a který je odolný proti určitému stupni zemětřesení či např. pádu letadla.
Katastrofa v Černobylu
V sobotu 26. dubna 1986 brzy ráno došlo na čtvrtém bloku JE Černobyl k výbuchu, který zničil reaktor a způsobil rozsáhlý únik radioaktivních látek do širokého okolí.
Stavba čtvrtého bloku byla dokončena v prosinci 1983. Pozoruhodné je, že výroba elektřiny začala už 20. prosince. Obvykle se totiž ještě asi půl roku po dokončení stavby provádějí testy jednotlivých částí, a teprve poté je elektrárna spuštěna. Avšak Černobyl nemohl čekat. Podle plánu musel být spuštěn do konce roku 1983 a mnoho dní už tedy nezbývalo. Ředitel Brjuchanov byl proto nucen již 31. prosince podepsat dokument o úspěšném provedení všech testů, ačkoliv to nebyla pravda. Jeden z opomenutých testů se týkal nouzového fungování turbíny: když na reaktoru dojde k poruše, musí být turbína schopna setrvačností vyrábět dostatek elektřiny ještě alespoň 45 sekund, než se spustí nouzové generátory. Tato elektřina je pro bezpečnost reaktoru životně důležitá: pohání chladící čerpadla, regulační a havarijní tyče, osvětluje velín i řídící pult. Právě zkouška turbíny byla prováděna v noci z 25. na 26. dubna 1986 a stala se příčinou katastrofy. Jak již bylo řečeno, osudný test měl být správně proveden ještě před spuštěním elektrárny.
Plánový průběh experimentu se ale bohužel lišil od skutečného průběhu. Naplánováno bylo, že se výkon reaktoru sníží na nejnižší možný výkon, při kterém je ještě povolen provoz tohoto typu reaktoru, což je snížení na 25-30%. Dále se měla odstavit jedna ze dvou turbín, které jsou připojené k reaktoru, měl se odpojit systém havarijního chlazení a nakonec se měl přerušit přívod páry ke druhé turbíně, přičemž tento krok měl být signálem pro systém havarijní ochrany automatickému odstavení reaktoru. Skutečnost však byla jiná.
První chyba se stala již v podcenění tohoto experimentu v tom smyslu, že byl brán jako elektrotechnická záležitost, bezvýznamná z hlediska jaderné bezpečnosti a řídili ji pouze elektrotechnici, nikoli specialisté na jaderné reaktory.
A tak v pátek 25. dubna ve 13:05 začínají přípravy na zkoušku turbíny, respektive snižování výkonu začalo již jednu hodinu po půlnoci. K tomu je nutno snížit výkon elektrárny, proto je jedna turbína vypnuta. Zároveň je odpojen systém nouzového chlazení reaktoru, aby nezačal působit během testu. Ve dvě hodiny odpoledne dispečer Ukrajinských energetických závodů nečekaně žádá o odklad testu - blíží se svátky 1. máje, továrny potřebují dohnat plány. Test je odložen o téměř 9 hodin. Obsluha však již na tuto dobu nechává odpojen systém nouzového chlazení reaktoru, přestože je to v rozporu s předpisy. Dochází také ke změně směny. Ranní směna byla podrobně informována o celém průběhu pokusu, druhá směna už bohužel ne. Speciální tým elektroinženýrů zůstává na místě, ale v nočních hodinách, kdy opět začíná příprava zkoušky, jsou již značně unaveni. Od 23:10 tedy opět pokračovalo snižování výkonu reaktoru. Je sobota 26.dubna jedna hodina ráno. Operátoři mají problémy s udržením stability výkonu reaktoru, dopustili se totiž několika závažných chyb v průběhu přípravy zkoušky. A to, že operátoři vysunuli regulační tyče, které mají v nouzi zastavit reaktor, výše, než bylo dovoleno předpisy. Operátor ranní směny Uskov později při vyšetřování vypověděl, že by byl učinil totéž, dále také poukázal na fakt, že během výcviku operátorů nezčíselněkrát slyšeli, že elektrárna nemůže vybuchnout. Ale bohužel opak byl pravdou. Právě prudký pokles výkonu reaktoru vedl k tomu, že štěpná reakce téměř zastavila. V tomto případě měli operátoři ihned odstavit definitivně reaktor. Rozhodli se však, že budou v experimentu pokračovat i přes to, že byl reaktor v nestabilním stavu mimo oblast povoleného provozu.
Aby dosáhli zvýšení výkonu, zapínají operátoři přídavné oběhové čerpadlo. Vlivem silného ochlazování však klesá tlak a tím se výkon ještě snižuje. Za normálních okolností by v takovém případě reaktor zastavily automatické havarijní systémy. Ty však obsluha úmyslně odpojila. Kontrolní systémy minimální hladiny vody a maximální teploty palivových článků jsou rovněž vypnuty. V 1:22:30 viděla, že počet regulačních tyčí je v aktivní zóně odpovídá necelé polovině povolené hodnoty i přes to se opět operátoři rozhodli pokračovat.
1:23:04 Test začíná. Operátoři se dopouštějí poslední osudové chyby - vypínají nouzový systém, aby zabránili havarijnímu odstavení reaktoru. Pak uzavírají přívod páry do turbíny.
Tím se sníží průtok chladicí vody, roste její teplota a tlak. S rostoucím množstvím páry se zvyšuje rychlost štěpné reakce, která dále zvyšuje teplotu a tím i množství páry. Více páry znamená ještě rychlejší reakci atd. atd. Výkon reaktoru začíná prudce růst a katastrofa se již neodvratně blíží.
1:23:40 Leonid Toptunov, operátor zodpovědný za regulační tyče, tiskne zvláštní vypínač havarijního odstavení. Test běží již 36 sekund. Výkon reaktoru dosahuje 100-násobku maximálního projektového výkonu. O čtyři vteřiny později regulační tyče, které mají reaktor zastavit, se dávají do pohybu, jsou však slyšet údery. Operátoři vidí, že se tyče zasekly. Palivové trubice se působením zvýšeného tlaku páry deformují. 1:24:00 test běží již 56 sekund. Tlak v reaktoru je tak vysoký, že praskají palivové články a úlomky padají do chladící vody. Ta se mění v páru, tlak v trubkách roste a ty praskají. Výbuch páry zvedá tisícitunové ocelové víko reaktoru - první exploze. Z reaktoru začíná unikat radioaktivita, dovnitř vniká vzduch. Nyní je zde dostatek kyslíku a začíná hořet grafit.
Kov palivových trubek reaguje s vodou. Vzniká tak vodík, který vybuchuje - druhá exploze. Hořící trosky reaktoru vyletují do vzduchu a dopadají na střechu sousedního, třetího bloku.
Vedoucí noční směny Alexandr Akimov ani provozní inženýr zodpovědný za strojní vybavení Datlov v tomto okamžiku nevěří, že došlo k nehodě. Vysílají dva operátory aktivní zónu zkontrolovat. Tito operátoři jsou ozářeni smrtelnou dávkou, stihnou však ještě podat zprávu o tom, co viděli. Když Akimov slyší, že reaktor je zničen, vykřikuje: „Reaktor je v pořádku, nemáme žádné problémy." Akimov a Datlov doprovázeni ředitelem Brjuchanovem a inženýrem Fominem neustále přikazují operátorům přidávat chladící vodu. Jsou přesvědčeni, že se nic neděje. (Akimov a Toptunov zemřeli na nemoc z ozáření. Datlov a Fomin byli odsouzeni k deseti letům vězení za nedodržování bezpečnostních předpisů. Koncem roku 1990 však byli oba propuštěni.) Ve 2:20:00 byl požár 4. bloku pod kontrolou a o tři hodiny úplně uhašen hasiči, které to ale bohužel stálo život. Zabránili však šíření požáru do dalších částí elektrárny, kde by mohlo dojít opět k výbuchům.
V neděli 27.dubna v sedm hodin vyráží k Černobylu generál Pikalov ve vozidle vybaveném radiační ochranou a dozimetry. Zjišťuje, že hoří grafit v reaktoru a že reaktor vydává ohromné množství záření a tepla. Krátce poté je varována sovětská vláda. Vládní komise diskutuje o nezbytnosti evakuovat přilehlé město Pripjať.
Po třech marných pokusech uhasit oheň vodou rozhodují zodpovědní činitelé zasypávat reaktor pískem, olovem a karbidem boričitým. Helikoptéry svrhují na hořící reaktor celkem 5000 tun materiálu: 800 tun dolomitu, který uvolňuje oxid uhličitý dusící plameny; karbid boričitý, který pohlcuje neutrony a zabraňuje štěpení uranu; 2400 tun olova, které pohlcuje teplo a záření; 1800 tun písku a jílu, který má zabránit přístupu vzduchu a tím oheň udusit.
V pondělí 28.dubna krátce po osmé hodině večerní SEČ se o katastrofě prostřednictvím krátké zprávy TASSu dovídá svět.
Ve čtvrtek 1.května v Gomelu, Kyjevě a dalších městech v okolí Černobylu se slaví Svátek práce. Úřady tvrdí, že situace je stabilní. Později se ukáže, že tím míní fakt, že radiace od 26. dubna postupně klesá. Ovšem její úroveň je stále obrovská, kromě toho se změnil vítr a vane směrem na Kyjev.

Den poté požárníci začínají odčerpávat vodu ze zásobníku pod reaktorem - tento dlouhý a nebezpečný úkol plní až do 8. května. Každý dostává prémii 1000 rublů.
Neděle 4.května - Jako druhý krok k zabránění výbuchu páry jsou do země pod reaktorem vrtány díry a jimi se pumpuje tekutý dusík, který půdu zmrazí.
Pondělí 5. května - Den začíná rozsáhlým únikem radioaktivity - téměř stejně velkým jako 26. dubna. Únik však později prakticky úplně ustane. Dosud nebylo nalezeno přijatelné vysvětlení tohoto druhého úniku. Od té chvíle již ale úniky radioaktivity pozvolna klesají.
V průběhu této superhavárie se uvolnilo do životního prostředí celkem asi jedna dvacetina veškeré radioaktivity obsažené v reaktoru což je asi třiceti až čtyřicetinásobek radioaktivity uvolněné při výbuchu atomové bomby v Hirošimě.
Následky
Na bezprostřední následky havárie zemřelo podle oficiálních údajů během tří měsíců 28 osob, přes 200 bylo pro těžké popáleniny hospitalizováno. Černobylský výbuch nezpůsobil škody nejen v bývalém SSSR, ale měl i velké následky ve světě. Radioaktivní mrak, který se z Černobylu uvolnil, postupoval nejprve směrem na severozápad, do Polska a Skandinávie, a pak se obrátil do střední Evropy. Největší škody způsobil radioaktivní mrak tam, kde z něj pršelo. Déšť totiž spláchl na místa, kam padal, radioaktivní látky ve velkých množství. Kontaminace míst zasažených tímto radioaktivním dešťem byla i stonásobně vyšší v porovnání s místy, kde naštěstí nepršelo a kde byl zaznamenán suchý spad. Mezi radioaktivní látky, které zasáhly Evropu nejvýrazněji patří izotopy césia a jódu. Poločas rozpadu Cs -137 je 30 roků a bude tedy trvat několil set let, než se jeho hodnota sníží na zanedbatelné hodnoty. Naopak, poločas rozpadu jódu I - 131 je jen 8 dní a dlouhodobě nepředstavuje velké nebezpečí. O to větším ohrožením ale byl v prvních týdnech po havárii, kdy pronikl především do mléka. Nad územím Československa prolétl černobylský mrak celkem třikrát: 30. duben, 3. až 4. května a 7. května 1986.
Vědci předpokládají, že radiace z Černobylu způsobí na našem území 450 až 1200 předčasných úmrtí, většinou v důsledku rakoviny vyvolané ozáření. Teprve tři týdny po havárii je dokončen železobetonový obal nad havarovaným reaktorem a pomocí vrstvy 4000 tun písku, bóru je utěsněn tak, že veškeré úniky radioaktivity do okolí konečně ustaly. Jeho výstavba pohltila 7000 tun ocele a 410 000 m betonu. Mezitím bylo z oblasti 30 km od elektrárny evakuováno téměř 100 000 lidí.
A jak vypadá Černobyl dnes ?
Dne 21. října 1993 ukrajinský parlament zrušil své dva roky staré usnesení o tom, že do konce roku 1993 odstaví zbylé dva reaktory v Černobylu. V zakázané zóně žije 5000 lidí, kteří na elektrárně pracují. Tráví vždy 15 dnů v zóně a na dalších 15 dnů odjíždějí domů. Riziko, kterému jsou vystaveni, kryjí vysokými státními příjmy. Havárie připravila přes 10 000 rodin o jejich živitele, kteří zemřeli nebo jsou v invalidním důchodu. Tyto počty obětí tedy uvádějí oficiální statistiky. Ve skutečnosti však je situace ještě horší, protože výše uvedená čísla nezahrnují 3 miliony obyvatel Kyjeva, který byl po havárii vážně zasažen radioaktivním spadem. Od roku 1986 je na Ukrajině zaznamenán dlouhodobý trend zhoršování zdravotního stavu a poklesu porodnosti. Statistické rozbory však jednoznačně ukazují, že na kontaminovaných územích je zhoršení zdravotního stavu mnohem výraznější. Oblasti kontaminované radioaktivitou se kryjí s místy, kde byl zaznamenán nárůst rakoviny a celkového poklesu imunity. Podle odhadů bylo jen kvůli Černobylu provedeno asi 100 000 potratů.
Vliv na naše území
Nad územím Československa prolétl černobylský mrak celkem třikrát, jak už bylo řečeno: 30. dubna, 3. až 4. května a 7. května 1986. První a třetí průchod zasáhl celé území Československa, druhý průchod jen jeho západní část, takže minul střední a východní Slovensko. Průběžná měření zahájila síť monitorovacích stanic dne 29. dubna, tedy 3 dny po havárii. Největší zatížení obyvatel radioaktivními látkami nastalo ve dvou vlnách: jednak během prvních týdnů po havárii, jednak během zimy 1986/87, kdy byly konzumovány obiloviny ze sklizně roku 1986, stejně jako mléko a maso ze zvířat krmených senem sečeným během jara a léta 1986.
Celkové zatížení obyvatel Československa, ke kterému studie po řadě výpočtů a matematických modelů dospívá oficiální studie Institutu hygieny a epidemiologie-centra hygieny záření (zpracovaná pro potřeby OSN), představuje 11 310 Sv. To znamená, že při velmi opatrných odhadech způsobí radiace z Černobylu na našem území celkem 450 až 1200 předčasných úmrtí, většinou v důsledku rakoviny vyvolané ozářením. Vzhledem k nepřesnostem ve výpočtech však může být počet obětí ještě vyšší.
15. prosince 2000 ve 13.20 hodin kyjevského času dal ukrajinský prezident Leonid Kučma příkaz řediteli jaderné elektrárny, aby zastavil třetí, poslední činný blok. Tak to byl konec jaderné elektrárny Černobyl

Tak takto to všechno bylo. Katastrofa obrovská, následky obrovské. Ještě mnoho let, můžeme říci, že i desítek let bude trvat, než se následky hrůzného výbuchu minimalizují.
Abych to celé shrnula je potřeba konstatovat, že největší vinu na celé havárii má člověk. Samozřejmě také špatná koncepce reaktoru RBMK napomohla katastrofě, ale kdyby se operátoři řídili pravidly, nic takového by se nestalo. V příloze přikládám obrázek a popis reaktoru RBMK – 1000, který byl právě použit v Černobylu a reaktor typu PWR, který je také používán u nás.

Černobyl kontra Temelín
Je samozřejmě logické, že tato katastrofa budí v lidech strach a nedůvěru i k jiným jaderným elektrárnám. Příkladem je určitě boj o spuštění či nespuštění jaderné elektrárny Temelín, zde je však úplně jiný typ reaktoru a také bezpečnostní systémy jsou mnohem dokonalejší a modernější a v neposlední řadě také probíhá vysoká instruktáž pracovníků.
"Temelínský reaktor se zásadně liší od černobylského, který měl několik významných rizikových faktorů. První byl fyzikální, tedy jeho koncepce a zpětnovazební koeficient. Další byly technické, zejména jeho regulace, řízení a velikost aktivní zóny, administrativní včetně přípravy personálu a poslední tkvěly v pojetí kultury bezpečnosti, jež byla naprosto nedostatečná," shrnuje černobylské poučení účastník několika besed o Temelínu docent Karel Matějka, vedoucí katedry jaderných reaktorů na Fakultě jaderné a fyzikálně-inženýrské Českého vysokého učení technického.
Takže se nemáme čeho bát, je tady ale otázka zda Temelín vůbec potřebujeme.



Prameny:
Fyzika mikrosvěta; Prometheus Praha 1999
Havárie v jaderné elektrárně Černobyl; brožura ČEZ
Internetové stránky:
www.chernobyl.com.ua
www.cez.cz
www.ecn.cz/env/temelin/c11/obsah.htm


Fotodokumentace

Elektrárna čerstvě po výbuchu
Pomocník při likvidaci havárie
Dítě poškozené následky havárie

Maturita.cz - referát (verze pro snadný tisk)
http://www.maturita.cz/referaty/referat.asp?id=3738