26 Nisan 1986'da eski Sovyetler Birliğine bağlı Ukrayna'da bulunan Çernobil nükleer güç santralının 4. ünitesinde meydana gelen kazada, reaktör kalbinin tümü, binanın büyük bir bölümü hasar görmüştür. Bunun sonucu olarak büyük miktarda radyoaktif materyal çevreye yayılmıştır.
Reaktör Hakkında Özet Bilgi
Çernobil nükleer santralı 4 adet RBMK-1000 tipi reaktör ünitesinden oluşmaktadır. Kazaya uğrayan 4. ünite 3 seneden beri çalışmaktaydı. 1000 MW e gücünde olan her bir ünitede 500 MW e 'lik ikişer adet türbin bulunmaktadır. Reaktör grafit yavaşlatıcılı ve kaynayan hafif su soğutmalı tiptendir. Grafit blokları arasından geçen ve içinde yakıt elemanlarının da bulunduğu 1661 adet dikine zirkonyum basınç tüpleri içinde kaynayan su, buhar ayırıcılarından geçtikten sonra kuru buhar olarak doğrudan türbinlere yollanmaktadır.
Kazanın Oluşumu
Santralın 4. ünitesi rutin bakıma alınacağı zaman, durdurma işlemleri sırasında güvenlik yönünden önemli olan elektrik kesilmesi ile ilgili özel bir deneyin yapılmak istenmesi nedeniyle kaza olmuştur.
Deneyin Amacı
Nükleer güvenlik açısından tasarıma esas teşkil eden kazalardan biri, soğutucu kaybı kazası ile şebeke cereyanının kesilmesinin aynı anda meydana gelmesidir. Böyle bir durumda devreye girecek olan acil durum soğutma sisteminin pompaları normalde şebeke tarafından beslenir. Şayet şebeke de devreden çıkacak olursa, besleme bağımsız dizel jeneratörleri tarafından yapılır. Şebeke cereyanının kesilmesi ile dizellerin devreye girip pompaları beslemesi arasında 25 saniyelik bir gecikme vardır. Şunu da belirtmek gerekir ki, böyle bir kaza sonucu reaktör hemen durdurulur ve türbin jeneratörlerinin dönüşü volan ataletiyle yavaşlamaya başlar. Deneyin amacı, jeneratör volanlarının dönü enerjisinin acil durum soğutma pompalarını, dizel jeneratörleri devreye girene kadar istenen voltajda 25 saniye süreyle besleyip beslemeyeceğini test etmekti.
Deneyin Adımları
• Reaktör gücünün 700-1000 MW th değerine düşürülmesi,
• Tüm buhar üretiminin iki türbinden birine yönlendirilmesi,
• Türbinlerden birinin devreden çıkarılması,
• Türbin-jeneratör sisteminin dönü enerjisini aktarmak için soğutucu pompalarının yük olarak kullanılması,
• Voltaj düşüşünün gözlenmesi.
Olayların Kronolojik Gelişimi
25 Nisan 01:00 reaktörün gücü düşürülmeye başlandı. 13:00'de reaktör gücü % 50'ye düşürüldü. Test gereği türbinlerden biri devre dışı bırakıldı, tüm buhar diğer türbine sevk edildi. Acil soğutma sistemi devreden çıkarıldı . Enerji ihtiyacı gereği reaktör bu durumda 9 saat çalıştırıldı. 23:10'da güç düşürülmesine devam edildi. 700 MW th 'a inilmeye başlandı.
26 Nisan 00:28 düşük güç değerinde lokal otomatik güç kontrolü zor olduğundan global otomatik güç moduna geçildi, ama güç durdurma ayarı 700 MW th 'a ayarlanmadığından güç seviyesi 30 MW th 'a düştü. Kalpteki buhar üretimi azaldı ve Ksenon konsantrasyonu yükseldi. 01:00'de işletme talimatlarının müsaade ettiğinden daha fazla sayıda kontrol çubuğu yukarı çekildi. Fazla reaktivite çok azaldığından reaktör ancak 200 MW th gücünde kararlı hale getirilebildi. RBMK reaktörlerinin bu güç seviyesinde çalışmaları güvenlik yönünden sakıncalı olmasına rağmen deneyin yapılmasına karar verildi. 01:03'te yedekte bekleyen 2 devridaim pompası devreye sokuldu. Fazlalaşan akış miktarı, buhar üretiminde azalmaya, buhar ayırıcılarındaki su seviyesinin düşmesine ve sistem basıncının azalmasına neden oldu. Buhar miktarının azalmasının oluşturduğu negatif reaktiviteyi karşılamak için kontrol çubukları daha da yukarıya çekildi. 01:19'da buhar ayırıcılarındaki su seviyesini yükseltmek için besleme suyu akış miktarı normal değerin üç misline çıkarıldı. 01:20'de soğutma kanalları içinde sıfıra yaklaşan buhar miktarı soğutucu sıcaklığını tüm kanal boyunca doyum sıcaklığına yaklaştırdı. 01:19:58'de sistem basıncını normale döndürmek için buhar baypas vanaları kapatıldı.
01:22:10'da buhar ayırıcılarındaki su seviyesinin normal değerine geldiğine karar verilip besleme suyu akışı ani olarak azaltılarak ısıl denge değerinin 2/3'üne indirildi. Zaten doyma sıcaklığına yakın olan soğutucu sıcaklığı yükseldi ve kanallarda kaynama başladı. 01:22:10'da aniden başlayan buhar üretiminin oluşturduğu pozitif reaktiviteye karşı güç seviyesini sabit tutabilmek için kontrol çubukları aşağıya çekildi. 01:22:45 buhar üretiminin yükselmesi durduruldu, sistem basıncı istenen değere getirildi. Nötron akısının kalbin yukarı kısımlarında birikme yaptığı, reaktörü acil olarak durdurmak için güvenlik kriterlerinin öngördüğünden daha az bir negatif reaktivitenin kaldığı tespit edildi. Bu durumda reaktörün hemen durdurulması gerekirdi, ancak deneye devam kararı alındı. 01:23:04'te deney için ayrılan 8 no'lu türbine giden buhar vanası kapatıldı. Zaten reaktörü otomatik durduran güvenlik sistemi de kapatıldığından sistem basıncı yükseldi, kalp içinden geçen soğutucu miktarı azalmaya başladı, bu da kaynamanın kanal girişinden itibaren başlamasına yol açtı. Bunun yanı sıra reaktör çalışma gücü ve termohidrolik bakımdan kararsız bir bölgedeydi. 01:23:21'de gücün yavaş olarak yükseldiği tespit edildi. 01:23:40'ta kumanda tablosunda acil durdurma sinyali yandı. Operatör reaktörü durdurma düğmesine bastı ve kontrol çubukları aşağıya doğru hareket etmeye başladı. 01:23:44'te güç seviyesi 4 saniye içinde nominal değerin 100 katına ulaştı. Kontrol çubuklarının düşme hızının yavaş olması güç yükselmesini önleyemedi.
Gücün kontrolsüz olarak yükselişi sonucu yakıtlar aşırı ısındı, yakıt zarfı eridi, sıcak parçalar suyla temas ederek buhar patlamasına neden oldu. Patlamanın meydana getirdiği şok 1000 ton'luk reaktör kapağını kaldırdı, kontrol çubukları kalpten dışarı fırladı, kalp içindeki yakıtın yaklaşık % 30'u eriyip parçalandı. Birinci patlamanın ardından birkaç saniye sonra ikinci bir patlama oldu. Bunun sebebi tam olarak anlaşılamamakla birlikte, grafit-buhar etkileşmesi gibi bir takım kimyasal reaksiyonlar sonucu olabileceği görüşü öne çıkmaktadır.
RBMK Reaktörleri
RBMK tipi reaktörlerin tasarım yönünden zayıf tarafları şöyle özetlenebilir : İşletme yönünden karmaşık olup operatöre fazla iş düşer. Nominal çalışma gücünün % 20 ve altındaki değerlerde kararsızlık ve kontrol edilme zorlukları vardır. Kontrol çubukları hız ve reaktivite yönünden tüm kaza senaryolarını önleyebilecek şekilde tasarımlanmamıştır. Bilgisayardan gelen bilgileri kullanıp değerlendiren ve insan müdahalesini en aza indiren bir otomatik reaktivite kontrol sistemi yoktur. Rusların güvenlik felsefesinde insan faktörü otomasyona nazaran daha ön plâna alınmıştır. Bu durum, insan-makina etkileşmesini arttırmakta ve buna bağlı olarak insani hataların fazlalaşmasına yol açmaktadır.
Sonuç
Yukarıda anlatıldığı gibi, insan hataları ve reaktör tasarımındaki olumsuz yönler kazanın oluşumunda çok büyük rol oynamıştır. Bir arabanın frenlerinin ve emniyet sistemlerinin çıkarılıp yokuş aşağı bırakılması gibi; bir deney yapmak uğruna, reaktörün emniyet sistemleri devreden çıkartılmış ve güvenlik felsefesinde belirlenen çalışma şartlarının dışına çıkılmıştır.
Ayrıca, reaktör maliyetini etkilemesi sebebiyle, benzer tür reaktörlerde bulunan emniyet kab ı nın bu reaktörde olmaması, reaktör kalbinin erimesiyle ortaya çıkan radyoaktivitenin çevreye yayılmasına sebep olmuştur. ABD'de bulunan TMI santralında buna benzer bir kaza olmasına rağmen, emniyet kabının bulunması sebebiyle çevreye herhangi bir radyoaktif sızıntı olmamıştır. Yani RBMK türü reaktörlerde emniyet kabının olmaması güvenlik açısından büyük bir eksikliktir. Bu tür reaktörlerde yavaşlatıcı olarak kullanılan grafit çubukların kaza sırasında yanması kazanın boyutlarını daha da büyütmüştür (diğer reaktörlerde yavaşlatıcı olarak grafit yerine su kullanılmaktadır).
Çernobil Türü Reaktörlerde Yapılan Tasarım İyileştirmeleri
Bu kazadan sonra bu tür reaktörlerdeki birkaç tasarım hatası düzeltildi :
• Bazı güçlerde (+) olan boşluk katsayısı (-) yapıldı. Bu, yakıt zenginliği 1,2'den 1,7-2,0'ye yükseltilerek gerçekleştirildi.
• Kontrol çubukları bir mekanizma yardımı ile yavaş indiriliyordu. Şimdi yer çekimine dönüştürülerek hızlandırıldı.
• Kontrol odalarına gelen bilgi süzülerek bilgi edinme ve kontrol kolaylaştırıldı.
Reaktör Hakkında Özet Bilgi
Çernobil nükleer santralı 4 adet RBMK-1000 tipi reaktör ünitesinden oluşmaktadır. Kazaya uğrayan 4. ünite 3 seneden beri çalışmaktaydı. 1000 MW e gücünde olan her bir ünitede 500 MW e 'lik ikişer adet türbin bulunmaktadır. Reaktör grafit yavaşlatıcılı ve kaynayan hafif su soğutmalı tiptendir. Grafit blokları arasından geçen ve içinde yakıt elemanlarının da bulunduğu 1661 adet dikine zirkonyum basınç tüpleri içinde kaynayan su, buhar ayırıcılarından geçtikten sonra kuru buhar olarak doğrudan türbinlere yollanmaktadır.
Kazanın Oluşumu
Santralın 4. ünitesi rutin bakıma alınacağı zaman, durdurma işlemleri sırasında güvenlik yönünden önemli olan elektrik kesilmesi ile ilgili özel bir deneyin yapılmak istenmesi nedeniyle kaza olmuştur.
Deneyin Amacı
Nükleer güvenlik açısından tasarıma esas teşkil eden kazalardan biri, soğutucu kaybı kazası ile şebeke cereyanının kesilmesinin aynı anda meydana gelmesidir. Böyle bir durumda devreye girecek olan acil durum soğutma sisteminin pompaları normalde şebeke tarafından beslenir. Şayet şebeke de devreden çıkacak olursa, besleme bağımsız dizel jeneratörleri tarafından yapılır. Şebeke cereyanının kesilmesi ile dizellerin devreye girip pompaları beslemesi arasında 25 saniyelik bir gecikme vardır. Şunu da belirtmek gerekir ki, böyle bir kaza sonucu reaktör hemen durdurulur ve türbin jeneratörlerinin dönüşü volan ataletiyle yavaşlamaya başlar. Deneyin amacı, jeneratör volanlarının dönü enerjisinin acil durum soğutma pompalarını, dizel jeneratörleri devreye girene kadar istenen voltajda 25 saniye süreyle besleyip beslemeyeceğini test etmekti.
Deneyin Adımları
• Reaktör gücünün 700-1000 MW th değerine düşürülmesi,
• Tüm buhar üretiminin iki türbinden birine yönlendirilmesi,
• Türbinlerden birinin devreden çıkarılması,
• Türbin-jeneratör sisteminin dönü enerjisini aktarmak için soğutucu pompalarının yük olarak kullanılması,
• Voltaj düşüşünün gözlenmesi.
Olayların Kronolojik Gelişimi
25 Nisan 01:00 reaktörün gücü düşürülmeye başlandı. 13:00'de reaktör gücü % 50'ye düşürüldü. Test gereği türbinlerden biri devre dışı bırakıldı, tüm buhar diğer türbine sevk edildi. Acil soğutma sistemi devreden çıkarıldı . Enerji ihtiyacı gereği reaktör bu durumda 9 saat çalıştırıldı. 23:10'da güç düşürülmesine devam edildi. 700 MW th 'a inilmeye başlandı.
26 Nisan 00:28 düşük güç değerinde lokal otomatik güç kontrolü zor olduğundan global otomatik güç moduna geçildi, ama güç durdurma ayarı 700 MW th 'a ayarlanmadığından güç seviyesi 30 MW th 'a düştü. Kalpteki buhar üretimi azaldı ve Ksenon konsantrasyonu yükseldi. 01:00'de işletme talimatlarının müsaade ettiğinden daha fazla sayıda kontrol çubuğu yukarı çekildi. Fazla reaktivite çok azaldığından reaktör ancak 200 MW th gücünde kararlı hale getirilebildi. RBMK reaktörlerinin bu güç seviyesinde çalışmaları güvenlik yönünden sakıncalı olmasına rağmen deneyin yapılmasına karar verildi. 01:03'te yedekte bekleyen 2 devridaim pompası devreye sokuldu. Fazlalaşan akış miktarı, buhar üretiminde azalmaya, buhar ayırıcılarındaki su seviyesinin düşmesine ve sistem basıncının azalmasına neden oldu. Buhar miktarının azalmasının oluşturduğu negatif reaktiviteyi karşılamak için kontrol çubukları daha da yukarıya çekildi. 01:19'da buhar ayırıcılarındaki su seviyesini yükseltmek için besleme suyu akış miktarı normal değerin üç misline çıkarıldı. 01:20'de soğutma kanalları içinde sıfıra yaklaşan buhar miktarı soğutucu sıcaklığını tüm kanal boyunca doyum sıcaklığına yaklaştırdı. 01:19:58'de sistem basıncını normale döndürmek için buhar baypas vanaları kapatıldı.
01:22:10'da buhar ayırıcılarındaki su seviyesinin normal değerine geldiğine karar verilip besleme suyu akışı ani olarak azaltılarak ısıl denge değerinin 2/3'üne indirildi. Zaten doyma sıcaklığına yakın olan soğutucu sıcaklığı yükseldi ve kanallarda kaynama başladı. 01:22:10'da aniden başlayan buhar üretiminin oluşturduğu pozitif reaktiviteye karşı güç seviyesini sabit tutabilmek için kontrol çubukları aşağıya çekildi. 01:22:45 buhar üretiminin yükselmesi durduruldu, sistem basıncı istenen değere getirildi. Nötron akısının kalbin yukarı kısımlarında birikme yaptığı, reaktörü acil olarak durdurmak için güvenlik kriterlerinin öngördüğünden daha az bir negatif reaktivitenin kaldığı tespit edildi. Bu durumda reaktörün hemen durdurulması gerekirdi, ancak deneye devam kararı alındı. 01:23:04'te deney için ayrılan 8 no'lu türbine giden buhar vanası kapatıldı. Zaten reaktörü otomatik durduran güvenlik sistemi de kapatıldığından sistem basıncı yükseldi, kalp içinden geçen soğutucu miktarı azalmaya başladı, bu da kaynamanın kanal girişinden itibaren başlamasına yol açtı. Bunun yanı sıra reaktör çalışma gücü ve termohidrolik bakımdan kararsız bir bölgedeydi. 01:23:21'de gücün yavaş olarak yükseldiği tespit edildi. 01:23:40'ta kumanda tablosunda acil durdurma sinyali yandı. Operatör reaktörü durdurma düğmesine bastı ve kontrol çubukları aşağıya doğru hareket etmeye başladı. 01:23:44'te güç seviyesi 4 saniye içinde nominal değerin 100 katına ulaştı. Kontrol çubuklarının düşme hızının yavaş olması güç yükselmesini önleyemedi.
Gücün kontrolsüz olarak yükselişi sonucu yakıtlar aşırı ısındı, yakıt zarfı eridi, sıcak parçalar suyla temas ederek buhar patlamasına neden oldu. Patlamanın meydana getirdiği şok 1000 ton'luk reaktör kapağını kaldırdı, kontrol çubukları kalpten dışarı fırladı, kalp içindeki yakıtın yaklaşık % 30'u eriyip parçalandı. Birinci patlamanın ardından birkaç saniye sonra ikinci bir patlama oldu. Bunun sebebi tam olarak anlaşılamamakla birlikte, grafit-buhar etkileşmesi gibi bir takım kimyasal reaksiyonlar sonucu olabileceği görüşü öne çıkmaktadır.
RBMK Reaktörleri
RBMK tipi reaktörlerin tasarım yönünden zayıf tarafları şöyle özetlenebilir : İşletme yönünden karmaşık olup operatöre fazla iş düşer. Nominal çalışma gücünün % 20 ve altındaki değerlerde kararsızlık ve kontrol edilme zorlukları vardır. Kontrol çubukları hız ve reaktivite yönünden tüm kaza senaryolarını önleyebilecek şekilde tasarımlanmamıştır. Bilgisayardan gelen bilgileri kullanıp değerlendiren ve insan müdahalesini en aza indiren bir otomatik reaktivite kontrol sistemi yoktur. Rusların güvenlik felsefesinde insan faktörü otomasyona nazaran daha ön plâna alınmıştır. Bu durum, insan-makina etkileşmesini arttırmakta ve buna bağlı olarak insani hataların fazlalaşmasına yol açmaktadır.
Sonuç
Yukarıda anlatıldığı gibi, insan hataları ve reaktör tasarımındaki olumsuz yönler kazanın oluşumunda çok büyük rol oynamıştır. Bir arabanın frenlerinin ve emniyet sistemlerinin çıkarılıp yokuş aşağı bırakılması gibi; bir deney yapmak uğruna, reaktörün emniyet sistemleri devreden çıkartılmış ve güvenlik felsefesinde belirlenen çalışma şartlarının dışına çıkılmıştır.
Ayrıca, reaktör maliyetini etkilemesi sebebiyle, benzer tür reaktörlerde bulunan emniyet kab ı nın bu reaktörde olmaması, reaktör kalbinin erimesiyle ortaya çıkan radyoaktivitenin çevreye yayılmasına sebep olmuştur. ABD'de bulunan TMI santralında buna benzer bir kaza olmasına rağmen, emniyet kabının bulunması sebebiyle çevreye herhangi bir radyoaktif sızıntı olmamıştır. Yani RBMK türü reaktörlerde emniyet kabının olmaması güvenlik açısından büyük bir eksikliktir. Bu tür reaktörlerde yavaşlatıcı olarak kullanılan grafit çubukların kaza sırasında yanması kazanın boyutlarını daha da büyütmüştür (diğer reaktörlerde yavaşlatıcı olarak grafit yerine su kullanılmaktadır).
Çernobil Türü Reaktörlerde Yapılan Tasarım İyileştirmeleri
Bu kazadan sonra bu tür reaktörlerdeki birkaç tasarım hatası düzeltildi :
• Bazı güçlerde (+) olan boşluk katsayısı (-) yapıldı. Bu, yakıt zenginliği 1,2'den 1,7-2,0'ye yükseltilerek gerçekleştirildi.
• Kontrol çubukları bir mekanizma yardımı ile yavaş indiriliyordu. Şimdi yer çekimine dönüştürülerek hızlandırıldı.
• Kontrol odalarına gelen bilgi süzülerek bilgi edinme ve kontrol kolaylaştırıldı.