Anadolu Agency/Getty Images

Riscurile unui accident nuclear la Zaporojie, explicate de un expert în siguranța nucleară30 min read

De Ionuț Preda 21.07.2023

6 lucruri pe care le-am aflat de la expertul nuclear Nikolaus Müllner despre pericolele pe care războiul din Ucraina le aduce celei mai mari atomocentrale din Europa.

Încă de la începutul războiului din Ucraina, centrala atomică de la Zaporojie – cea mai mare din Europa – a atras constant îngrijorarea liderilor globali și a experților în energie nucleară. Ocupată de armata rusă în martie 2022, centrala a fost prinsă în mijlocul unei situații critice pentru un obiectiv nuclear – în apropierea acesteia au avut loc schimburi de focuri și baraje de artilerie, în timp ce ocupația rusă a limitat capacitatea angajaților de a gestiona posibilele situații de urgență.

Temerile au devenit și mai mari după distrugerea barajului de la Kahovka, care reprezenta principala sursă de alimentare cu apă pentru răcirea centralei. La scurt timp după incident, speculațiile despre un potențial incident nuclear au fost inflamate de declarații ale președintelui ucrainean Volodimir Zelenski, care susținea că serviciile de securitate ar fi aflat de un plan al Rusiei de a înscena un atac terorist la centrală.„Serious threat remains at Ukraine nuclear plant, Zelenskiy says”, reuters.com

În acest context, Greenpeace – care a urmărit situația centralei încă de la începutul războiului, publicând la intervale regulate rapoarteCel mai recent poate fi consultat pe greenpeace.at (PDF)publicând la intervale regulate rapoarteCel mai recent poate fi consultat pe greenpeace.at (PDF) – a organizat la mijlocul lunii iulie un webinar despre situația actuală de la Zaporojie, posibilele scenarii care ar putea duce la un incident nuclear și modul în care acestea s-ar putea desfășura. Invitat a fost Nikolaus Müllner, expert nuclear cu experiență de două decenii în analize de siguranță ale centralelor atomice.

CITEȘTE ȘI: Ucraina: 15 reactoare nucleare active sub amenințarea armelor rusești

Anadolu Agency/Getty Images

Care este starea actuală a centralei din Zaporojie?

În momentul de față, toate reactoarele de la Zaporojie sunt oprite, iar centrala nu mai produce electricitate. Cu toate acestea, combustibilul nuclear, atât cel rămas în reactoare, cât și cel deja consumat, are în continuare nevoie de răcire constantă.

Conform expertului Greenpeace în energie atomică Jan Vande Putte, barele de combustibil nuclear folosite în reactoarele din centrala ucraineană au o durată de utilizare de aproximativ patru ani, iar după ce sunt consumate trebuie ținute încă patru ani în iazuri speciale de răcire Abia atunci ajung la o temperatură sigură și pot fi depozitate în structuri cilindrice uscate, unde pot fi răcite pasiv. Până atunci, însă, centrala are nevoie de electricitate pentru a pompa apa care răcește combustibilul.

Distrugerea barajului Kahovka nu a lăsat centrala fără apă, pentru că există un iaz de răcire de dimensiuni mari. De altfel, susține Vande Putte, chiar și dacă structura iazului ar fi afectată parțială sau nivelul apei ar scădea, acesta tot ar avea suficientă apă pentru a asigura răcirea centralei pentru cel puțin câteva luni. În plus, există o sursă secundară de aprovizionare cu apă, canalul de deversare al unei termocentrale din apropiere.

CITEȘTE ȘI: Efectele ecologice ale distrugerii barajului Kahovka: de la poluare la deșertificare la scară largă

Aprovizionarea cu energie electrică a centralei este însă mai delicată. În mod normal, atomocentrala este conectată la restul rețelei electrice ucrainene prin patru linii de înaltă tensiune, de 750 kV, însă, din cauza războiului, trei dintre ele sunt nefuncționale. Iar singura linie funcțională a avut și ea o întrerupere, între 3 și 4 iulie. La acel moment, centrala a putut fi aprovizionată de o linie de rezervă, de 330 kV, însă și aceasta fusese repusă în funcțiune de-abia pe 1 iulie – practic centrala de la Zaporojie a fost la doar câteva zile de a rămâne fără electricitate din rețea.

O variantă mai detaliată despre funcționarea centralei și posibilele scenarii de incidente nuclear au fost discutate de Nikolaus Müllner, director al Institutului de Siguranță și Științe ale Riscului din cadrul Universității de Resurse Naturale și Științe ale Vieții din Viena. Expertul a fost însărcinat de ministerul de resort din Austria pentru a face o analiză asupra riscurilor de la atomocentrala din Zaporojie, în contextul ocupației ruse și a luptelor care au loc în zonă.

MindcraftStories_1Este mai probabil un accident colateral, decât un atac direct asupra centralei

„Sunt două scenarii de tip militar care ar putea avea un impact asupra centralei de la Zaporojie. Primul este un atac militar cu scopul de a o distruge. Există multe tipuri de muniții care ar putea fi folosite în acest sens. În acest caz, ar avea loc o eliberare mare de materiale radioactive în atmosferă aproape instantaneu. Este foarte dificil de gestionat un astfel de eveniment, deoarece centrala nu este construită pentru a fi apărată împotriva unui act de război.

Totuși, o evaluare făcută de armata austriacă a considerat acest scenariu ca ca fiind puțin probabil, deoarece nu există un avantaj evident de a distruge și contamina o zonă largă.

Un scenariu mai probabil, pe care l-am văzut deja anul trecut, este că ar exista lupte în jurul centralei, pentru controlul acesteia. Astfel de lupte nu se desfășoară arme menite să distrugă reactorul sau infrastructura de la fața locului, ci combatanții, iar daunele aduse infrastructurii ar fi daune colaterale.”

O delegație a Agenției Internaționale Atomice inspectează unul dintre depozitele de combustibil nuclear de pe perimetrul centralei, al cărui acoperiș a fost lovit de un proiectil. IEA

Cifre Articol MindcraftStories_2Reactoarele sunt făcute pentru a gestiona incidente din interior, dar pot rezista și la anumite atacuri externe

„Sursa de energie în centrala nucleară de la Zaporojie este fisiunea de uraniu-235. Procesul de fisiune împarte uraniul în două părți, rezultând două produse de fisiune. Aceste produse de fisiune nu sunt stabile, ci foarte radioactive. Asta înseamnă că, atunci când funcționează reactorul, se acumulează în miezul acestuia, zona cea mai fierbinte, o cantitate mare de produse de fisiune foarte radioactive, care prin dezintegrare radioactivă generează căldură – sursa energiei produse de centrală.

Aceste produse de fisiune trebuie menținute în interiorul reactorului tot timpul. Din punct de vedere ingineresc, aceasta nu este o situație ușoară. Este nevoie de protecție și multe măsuri de siguranță împotriva eliberării acestor produse de fisiune, iar unele dintre aceste protecții ajută și în caz de război.

Nucleul reactorului se află într-un vas de presiune, care este inima centralei nucleare. Clădirea reactorului, învelișul care îl înconjoară, este un edificiu cilindric, proiectat în primul rând pentru a rezista incidentelor din interior. De exemplu, dacă s-ar produce un incident care provoacă o acumulare de presiune în reactor, învelișul poate menține o atmosferă radioactivă cu presiune relativ ridicată, prevenind eliberarea materialului radioactiv în exterior.

În același timp, învelișul reactorului este protejat și împotriva unor scenarii externe, precum impactul unui avion. La Zaporojie, învelișul ar putea rezista la prăbușirea unui avion de 10 tone cu o viteză de impact de 750 de kilometri pe oră.

Astfel că, până la un anumit punct, învelișul protejează centrala împotriva proiectilelor de artilerie. Dacă nu sunt folosite muniții specifice pentru a distruge o astfel de clădire, astfel de atacuri nu vor penetra învelișul reactorului.”

Cifre Articol MindcraftStories_3Pierderea electricității și a aprovizionării cu apă sunt principalele pericole

„Nu toată infrastructura centralei nucleare este protejată în același mod. Chiar și dacă principalele componente rămân intacte, sunt necesare soluții pentru a îndepărta căldura reziduală creată în reactor pe o perioadă lungă de timp.

Produsele de fisiune radioactive nu se află doar în clădirea reactorului, ci și în combustibilul epuizat. Acesta este sub formă de bare, care trebuie păstrate după utilizare într-un iaz special de răcire, pentru că produsele de fisiune continuă să treacă prin degradarea radioactivă chiar și atunci când combustibilul nu mai poate fi folosit pentru a genera energie.

Astfel, este nevoie de două lucruri pentru a controla temperatura reactorului și a iazului de răcire: electricitate, pentru a opera pompele care asigură circulația apei necesare pentru răcire, dar și o metodă de a disipa această căldură – fie prin evaporarea apei, dacă trece de temperatura de fierbere, sau prin recircularea constantă acesteia din sursa primară, în acest caz iazul principal de răcire.

Ce se întâmplă dacă unul dintre aceste două elemente-cheie, electricitatea sau metoda de a disipa căldura reziduală, se pierd, și există o pană totală a centralei? Asta depinde foarte mult de starea în care se află reactoarele. Atunci când nu se află în funcțiune, precum este cazul centralei de la Zaporojie, reactoarele se pot afla în două moduri de oprire: oprire fierbinte (hot shutdown)Combustibilul nuclear continuă fisiunea și este păstrat la temperaturi la care poate fierbe apa, dar nu generează electricitate și oprire rece (cold shutdown).Barele de combustibil nu mai o reacție activă de fisiune, iar temperatura a ajuns sub cea de fierbere, însă tot este necesară răcirea constantă pentru a ține sub control căldura creată de dezintegrarea radioactivă

În starea de oprire fierbinte, la fel ca în starea de funcționare normală a centralei, există generatoare de abur care elimină căldura reziduală din apa circulată în reactor. În schimb, dacă instalația se află în oprire rece, se folosește un alt sistem de îndepărtare al căldurii reziduale, un sistem de injecție cu presiune scăzută care trece apa din conducte fierbinți în unele reci, printr-un circuit de răcire.

Ambele modalități de răcire sunt dependente de electricitate, iar pierderea acesteia poate crea o reacție în lanț care duce la topirea reactorului. Dacă generatoarele de abur nu mai funcționează, sistemul primar de circulație al apei se va încălzi constant, iar lichidul de răcire ar începe și el să fiarbă.

Asta crează abur și o creștere de presiune în sistemul primar de circulație al apei din reactor. Valvele de presiune se vor deschide treptat pentru a o elibera, însă consecința este că va scădea și nivelul apei din miezul reactorului. Dacă miezul reactorului este descoperit și începe să se încălzească necontrolat, acesta este începutul unui accident nuclear sever, în care daunele daunele aduse nucleului sunt iminente și ireversibile.

Războiul face dificilă implementarea contramăsurilor obișnuite care ar putea fi luate în astfel de cazuri. De exemplu, dacă se pierde alimentarea cu curent electric, în mod normal se încearcă imediat restabilirea unei linii de alimentare la rețeaua centralizată. Între timp, centrala poate fi ținută operațională cu cele 20 de generatoare diesel de rezervă pe care le are, care au redundanță triplă – sunt trei pentru fiecare dintre cele șase reactoare și două adiționale pentru restul elementelor din centrală, însă fiecare reactor necesită unul singur pornit pentru a alimenta sistemele de siguranță.”

zaporojie

Fostul lac de acumular Kahovka, pe marginea căruia se afla centrala (în zare), acum secat după distrugerea barajului. Anadolu Agency/Getty Images

Cifre Articol MindcraftStories_4Odată începută, topirea reactoarelor ar putea fi doar întârziată

„Una dintre principalele probleme în cazul topirii reactorului este reacția dintre zirconiu și apă. Barele de combustibil nuclear au un înveliș din zirconiu, care începe să se oxideze la temperaturi de peste 600-650°C.

Într-un astfel de scenariu, zirconiul va reacționa cu aburul creat în vasul de presiune al reactorului, luând oxigenul din acesta. După ce se oxidează, învelișul devine fragil și începe să genereze hidrogen, care ar putea să scape din sistemul primar și să se acumuleze în învelișul reactorului,  cu risc mare de explozie.Acesta este scenariul care a avut loc la două dintre reactoarele de la centrala de la Fukishima în cadrul accidentului din 2011

CITEȘTE ȘI: Fukushima, cel mai mare dezastru nuclear post-Cernobîl

Pe de altă parte, dacă miezul reactorului continuă să se încălzească și atinge 1.200°C, el va genera mai multă căldură decât este necesară pentru a iniția fisiunea nucleară, începând reacția în lanț care duce la topirea miezului reactorului. Metalul, combustibilul, produsele de fisiune, toate se vor topi către baza miezului, formând un amalgam care se numește corium. Acest corium este foarte fierbinte, atingând temperaturi de 3.000°C, ceea ce înseamnă că poate topi vasul de presiune al reactorului.

Dacă vasul de presiune este compromis într-un reactor care se află în oprire fierbinte și funcționează la o presiune normală – 157 de bari – vasul va ceda, ejectând coriumul în învelișul reactorului. Chiar dacă coriumul este un metal topit, el are o vâscozitate foarte scăzută, precum apa, și poate ajunge în învelișul reactorului sub formă de abur extrem de fierbinte. În acest caz, tot hidrogenul care nu a fost reîmbinat sau deflagrat de sistemele de siguranță ale reactorului ar detona, creând o explozie care va compromite învelișul și va trimite material radioactiv în atmosferă.

Dar, chiar și dacă nu există hidrogen în interiorul învelișului, aburul foarte fierbinte eliberat din vas ar putea încălzi aproape instant aerul din interiorul învelișului la 3.000°C, crescând presiunea rapid peste punctul de eșec al clădirii, de opt bari. Atunci, iar, învelișul poate ceda, eliberând contaminanți radioactivi în atmosferă.

Dacă operatorii reușesc să scadă presiunea înainte ca învelișul să eșueze, atunci tot ai rămâne o «piscină» de corium care ar ataca, trepat, podeaua clădirii reactorului, scurgându-se prin aceasta.

Tipul de reactoare folosit la Zaporojie, VVER V-320, nu este echipat cu dispozitive care pot conține un miez topit la astfel de temperaturi. Așa că, dacă nu poate fi obținut niciun mijloc de răcire sau dispersare al coriumului, acesta ar putea topi cei 3,6 metri de podea, rezultând într-o eliberare a materialului radioactiv întârziată cu câteva ore față de celelalte scenarii.”

Cifre Articol MindcraftStories_5Riscul unui accident grav scade cu cât reactoarele sunt oprite de mai mult timp

„Partea bună este că, cu cât centralele nucleare sunt oprite pentru mai mult timp, cu atât ar fi mai mult timp la dispoziție pentru a reacționa în cazul unui incident și ar necesita mai puține resurse necesare pentru a-l gestiona.

De exemplu, la 100 de secunde de la oprirea reactorului, puterea termală din acesta r ajunge la 3,5% din puterea nominală – care, în cazul reactoarelor de la Zaporojie, este de 3.000 MW. Deci ar scădea la 105 MW, ceea ce tot este enorm.

La o oră de la oprire, a coborât deja la 30 MW; după o săptămână, ajunge la aproximativ 10 MW și după o lună la 3 MW. În perioada în care ne aflăm, după aproximativ un an, puterea reactoarelor în oprire rece a scăzut deja la 1,5 MW.

Pentru a înlătura 1,5 MW de căldură, trebuie folosit aproximativ jumătate de kilogram de apă în fiecare secundă. Un calcul pentru cele șase miezuri, plus iazurile de răcire pentru combustibilul epuizat, arată că 200-300 de m3 de apă ar trebui folosiți pe pe zi pe perimetrul centralei, ceea ce nu este atât de mult. Această cantitate poate fi livrată și cu mașinile pompierilor.

Însă, de obicei când faci planuri pentru astfel de situații, consideri că centrala este accesibilă, ceea ce acum nu este cazul. Un exemplu este filmarea captată de camerele de securitate ale centralei în martie 2022, când centrala nucleară a fost atacată de forțele ruse. În timpul schimburilor de focuri, o clădire a început să ardă, iar brigada de pompieri care deservea centrala nucleară a vrut să stingă incendiul, dar a fost întoarsă din drum. Asta arată că într-o situație de luptă,  chiar dacă ai timp suficient să reacționezi, s-ar putea să nu ai posibilitatea de a lua măsurile care sunt necesare.”

Incendiu captat pe perimetrul centralei de camerele de securitate, în timpul luptelor din martie 2022. Anadolu Agency/Getty Images

Cifre Articol MindcraftStories_6 Pastilele cu iod nu vor fi necesare în cazul unui incident radioactiv

„În cazul unui incident la centrala din Zaporojie, va exista o perioadă de grație de cel puțin câteva zile, sau chiar o săptămână-două, între momentul în care începe avaria la centrală și cel în care materialul radioactiv este eliberat în atmosferă.

De asemnea, trebuie ținut cont de faptul că radiația nu se va răspândi circular dinspre centrală, ci modelul de răspândire va depinde de cât de puternică va fi o eventuală breșă a învelișului reactorului – adică de cât de sus în atmosferă va fi propulsată –, precum și de condițiile meteorologice, incluzând direcția vântului, umiditatea, presiunea atmosferică, temperatura și precipitațiile.

Însă tipul de material radioactiv emanat nu va fi neapărat similar cu cel al altor explozii. Deoarece reactoarele se află în stare de oprire de atâta timp, combustibilul din acestea nu mai are cantități semnificative de izotopi cu durată de viață scurtă, precum iod-131, ci va avea mai degrabă izotopi de cesiu radioactiv. Așa că pastilele cu iod nu vor fi necesare în cazul unei probleme la centrala din Zaporojie.

Cu toate acestea, chiar dacă situația este un pic mai puțin periculoasă datorită faptului reactoarele sunt oprite, nu există motive de relaxare, pentru că centralele nucleare nu sunt concepute pentru a funcționa într-o situație de război.”



Text de

Ionuț Preda

Redactor cu câțiva ani de experiență în presa centrală. Este curios despre aplicarea tehnologiilor SF în lumea reală și evoluția ideilor de-a lungul istoriei.

ȘTIINȚĂ|FYI

Unii fizicieni susțin că, de fapt, timpul nu există

De
O ipoteză nouă spune că timpul nu există, nu a existat şi nu va exista niciodată.
ȘTIINȚĂ|FYI

Denisovanii, strămoșii oamenilor de azi, au prosperat pe platoul tibetan timp de 160.000 de ani

De
Mii de fragmente osoase găsite într-o peșteră de pe Platoul Tibetan din China oferă o perspectivă rară asupra vieții denisovanilor, verii dispăruți ai neanderthalienilor și ai oamenilor moderni. Aceste descoperiri arată că vânau diverse animale, de la oi la rinoceri lânoși, în această zonă montană.
ȘTIINȚĂ|RO-CERCETARE

Cercetarea românească în iunie: Cum devine AI-ul autoritar cu bătrânii

De
Sistemele de inteligență artificială folosite în îngrijirea vârstnicilor ar putea avea o trăsătură neașteptată: ele pot fi excesiv de paternaliste cu aceștia și să le limiteze autonomia. În luna iunie, cercetătorii români au mai investigat folosirea tehnologiilor de AI pentru urmărirea pacienților aflați în recuperare și monitorizarea împăduririlor.
ȘTIINȚĂ|FYI

Cutremurele majore ar putea fi detectate cu până la 19 zile în avans, prin date de satelit

De
Un studiu de caz bazat pe date de satelit din regiunea cutremurului de 7,8 care a avut loc în Turcia și Siria în 2023 ar putea deschide calea pentru avertizări foarte timpurii ale seismelor majore.