Nota Editor: Kisah ini dikemaskini pada hari Isnin, 10 Jun pukul 4:45 pagi. E.D.T.
Di miniseries HBO yang baru "Chernobyl," para saintis Rusia mendedahkan alasan untuk letupan di Reaktor 4 di Loji Kuasa Nuklear Chernobyl, yang memancarkan bahan radioaktif di seluruh Eropah utara.
Reaktor itu, reka bentuk yang dikenali sebagai RBMK-1000, didapati secara asasnya kecacatan selepas kemalangan Chernobyl. Namun masih terdapat 10 reaktor yang sama beroperasi di Rusia. Bagaimana kita tahu jika mereka selamat?
Jawapannya pendek ialah, kita tidak. Reaktor ini telah diubahsuai untuk mengurangkan risiko bencana gaya Chernobyl yang lain, kata para pakar, tetapi mereka masih tidak selamat seperti kebanyakan reaktor gaya Barat. Dan tidak ada perlindungan antarabangsa yang akan menghalang pembinaan loji baru dengan kelemahan yang serupa.
"Terdapat banyak jenis reaktor yang sedang dipertimbangkan sekarang di pelbagai negara yang jauh berbeza dengan reaktor air ringan standard, dan kebanyakannya mempunyai kelemahan keselamatan yang pereka mereka merosot," kata Edwin Lyman. saintis kanan dan pengarah bertindak Projek Keselamatan Nuklear di Union of Scientists Concerned.
"Semakin banyak perkara berubah," Lyman memberitahu Live Science, "semakin mereka tetap sama."
Reaktor 4
Di tengah-tengah bencana Chernobyl adalah reaktor RBMK-1000, reka bentuk yang digunakan hanya di Kesatuan Soviet. Reaktor berbeza daripada kebanyakan reaktor nuklear ringan, reka bentuk standard yang digunakan di kebanyakan negara Barat. (Beberapa reaktor A.S. awal di Tapak Hanford di Washington menyatakan reka bentuk yang serupa dengan kelemahan yang serupa, tetapi telah ditetapkan pada pertengahan 1960-an.)
Reaktor air ringan terdiri daripada kapal tekanan besar yang mengandungi bahan nuklear (inti), yang disejukkan oleh bekalan air beredar. Dalam pembelahan nuklear, atom (uranium, dalam kes ini), membahagi, menghasilkan haba dan neutron bebas, yang zing ke atom lain, menyebabkan mereka berpecah dan melepaskan haba dan lebih banyak neutron. Haba menghidupkan air beredar ke stim, yang kemudiannya menjadi turbin, menghasilkan elektrik.
Dalam reaktor air ringan, air juga bertindak sebagai moderator untuk membantu mengawal pembelahan nuklear yang berterusan dalam inti. Seorang moderator melancarkan neuron bebas supaya mereka lebih cenderung meneruskan tindak balas pembelahan, menjadikan reaksi itu lebih cekap. Apabila reaktor dipanaskan, lebih banyak air menjadi wap, dan kurang tersedia untuk memainkan peranan moderator ini. Akibatnya, reaksi fisi melambatkan. Gelung maklum balas negatif ini merupakan ciri keselamatan utama yang membantu mengekalkan reaktor daripada terlalu panas.
RBMK-1000 adalah berbeza. Ia juga menggunakan air sebagai penyejuk, tetapi dengan blok grafit sebagai moderator. Variasi dalam reka bentuk reaktor membenarkan ia menggunakan bahan api yang kurang diperkaya daripada biasa dan akan digunakan semula semasa berlari. Tetapi dengan peranan penyejuk dan penyederhanaan dipisahkan, gelung maklum balas negatif "lebih banyak stim, kurang kereaktifan," telah rosak. Sebaliknya, reaktor RBMK mempunyai apa yang disebut sebagai "pekali kosong positif."
Apabila reaktor mempunyai pekali kekosongan positif, tindak balas pembelahan berkelajuan apabila air penyejuk bertukar kepada stim, bukannya melambatkan. Itu kerana mendidih membuka gelembung, atau lompang, di dalam air, menjadikannya lebih mudah untuk neutron bergerak ke arah pengatur grafit yang meningkatkan pembelahan fisiologi, kata Lys-Erik De Geer, ahli fizik nuklear yang bersara dari Agensi Penyelidikan Pertahanan Sweden.
Dari situ, beliau memberitahu Live Science, masalahnya membina: Pembelahan menjadi lebih cekap, reaktor semakin panas, air menjadi lebih rendah, pembelahan menjadi lebih cekap lagi, dan prosesnya berterusan.
Jalankan ke bencana
Apabila loji Chernobyl berjalan dengan penuh, ini bukan masalah besar, kata Lyman. Pada suhu tinggi, bahan bakar uranium yang menguatkan tindak balas pembelahan cenderung menyerap lebih banyak neutron, menjadikannya kurang reaktif.
Pada kuasa yang rendah, bagaimanapun, reaktor RBMK-1000 menjadi sangat tidak stabil. Dalam kemunculan kemalangan Chernobyl pada 26 April 1986, pengendali melakukan ujian untuk melihat apakah turbin tumbuhan itu dapat menjalankan peralatan kecemasan semasa gangguan bekalan elektrik. Ujian ini diperlukan untuk menjalankan loji pada kuasa yang berkurang. Walaupun kuasa itu diturunkan, pengendali telah diperintahkan oleh pihak berkuasa kuasa Kiev untuk menghentikan proses tersebut. Tumbuhan konvensional telah dilepaskan, dan penjanaan kuasa Chernobyl diperlukan.
"Itu sebab utama mengapa semuanya berlaku pada akhirnya," kata De Geer.
Kilang itu berlari dengan kuasa separa selama 9 jam. Apabila para pengendali mendapat kuasa untuk menguasai sebagian besar jalan ke bawah, terdapat peningkatan penghancuran neutron dalam reaktor, dan mereka tidak dapat mengekalkan tahap pembelahan yang sesuai. Kuasa jatuh ke hampir apa-apa. Cuba untuk merangsangnya, pengendali menghilangkan kebanyakan rod kawalan, yang dibuat daripada karbida boron yang menyerap neutron dan digunakan untuk memperlambat reaksi fisi. Pengendali juga mengurangkan aliran air melalui reaktor. Ini memburukkan masalah pekali kosong yang positif, menurut Agensi Tenaga Nuklear. Tiba-tiba, tindak balas menjadi sangat sengit. Dalam beberapa saat, kuasa meningkat kepada 100 kali apa reaktor yang direka untuk bertahan.
Terdapat kelemahan reka bentuk lain yang menjadikannya sukar untuk mendapatkan kawalan semula apabila ia bermula. Contohnya, rod kawalan telah diberi grafit, kata De Geer. Apabila para pengusaha menyaksikan bahawa reaktor itu mula mengharungi dan cuba menurunkan rod kawalan, mereka terjebak. Kesan segera bukanlah untuk melambatkan pembelahan, tetapi untuk meningkatkannya secara tempatan, kerana grafit tambahan pada hujung-hujungnya menaikkan kecekapan tindak balas fisi berhampiran. Dua letupan pantas diikuti. Para saintis masih membahaskan apa yang menyebabkan setiap letupan. Kedua-duanya mungkin telah berlaku letupan stim dari peningkatan pesat tekanan dalam sistem peredaran, atau satu mungkin telah menjadi stim dan kedua letupan hidrogen yang disebabkan oleh tindak balas kimia dalam reaktor yang gagal. Berdasarkan pengesanan isotop xenon di Cherepovets, 230 kilometer (370 kilometer) utara Moscow selepas letupan, De Geer percaya bahawa letupan pertama sebenarnya adalah jet gas nuklear yang menembak beberapa kilometer ke atmosfera.
Perubahan yang dibuat
Selepas kemalangan itu berlaku adalah "masa yang sangat teruk" di Kesatuan Soviet, kata Jonathan Coopersmith, seorang ahli sejarah teknologi di Texas A & M University yang berada di Moscow pada tahun 1986. Pada mulanya, pihak berkuasa Soviet menyimpan maklumat dekat; akhbar yang dikendalikan oleh kerajaan menguburkan cerita, dan kilang khabar angin mengambil alih. Tetapi jauh di Sweden, De Geer dan rakan-rakan saintisnya telah mengesan isotop radioaktif yang tidak biasa. Masyarakat antarabangsa akan mengetahui kebenarannya.
Pada 14 Mei, pemimpin Soviet Mikhail Gorbachev memberikan ucapan televisyen di mana dia membuka apa yang telah berlaku. Ini adalah titik perubahan dalam sejarah Soviet, Coopersmith memberitahu Live Science.
"Ia membuat glasnost nyata," kata Coopersmith, merujuk kepada dasar ketelusan yang berlaku di Kesatuan Soviet.
Ia juga membuka era baru dalam kerjasama untuk keselamatan nuklear. Pada bulan Ogos 1986, Agensi Tenaga Atom Antarabangsa mengadakan sidang kemuncak pasca kemalangan di Vienna, dan para saintis Soviet mendekatinya dengan rasa keterbukaan yang belum pernah terjadi sebelumnya, kata De Geer yang hadir.
"Sungguh mengagumkan mereka memberitahu kami," katanya.
Antara perubahan dalam tindak balas terhadap Chernobyl adalah pengubahsuaian kepada reaktor RBMK-1000 yang sedang beroperasi, 17 pada masa itu. Menurut Persatuan Nuklear Dunia, yang mempromosikan kuasa nuklear, perubahan ini termasuk penambahan inhibitor ke teras untuk mencegah tindak balas pelarian pada kuasa rendah, peningkatan jumlah rod kawalan yang digunakan dalam operasi dan peningkatan pengayaan bahan bakar. Bar kawalan juga dipasang supaya grafit tidak bergerak ke kedudukan yang akan meningkatkan kereaktifan.
Tiga lagi reaktor Chernobyl yang dikendalikan hingga 2000 tetapi telah ditutup sejak dua lagi RBMK di Lithuania, yang ditutup sebagai keperluan negara memasuki Kesatuan Eropah. Terdapat empat reaktor RBMK yang beroperasi di Kursk, tiga di Smolensk dan tiga di St Petersburg (keempat bersara pada Disember 2018).
Reaktor ini "tidak baik seperti kita," De Geer berkata, "tetapi mereka lebih baik daripada dulu."
"Terdapat aspek asas reka bentuk yang tidak boleh diperbaiki tidak kira apa yang mereka lakukan," kata Lyman. "Saya tidak akan mengatakan mereka mampu meningkatkan keselamatan keseluruhan RBMK dengan standard yang anda harapkan daripada reaktor air ringan gaya Barat."
Di samping itu, De Geer menegaskan, reaktor tidak dibina dengan sistem pembendung sepenuhnya seperti yang dilihat dalam reaktor gaya Barat. Sistem penahanan adalah perisai yang terbuat dari plumbum atau keluli yang dimaksudkan untuk mengandung gas atau wap radioaktif dari melarikan diri ke atmosfer sekiranya terjadi kemalangan.
Pengawasan diabaikan?
Walaupun terdapat kesan antarabangsa terhadap kemalangan loji nuklear, tidak ada perjanjian antarabangsa yang mengikat tentang apa yang menjadi loji "selamat", kata Lyman.
Konvensyen mengenai Keselamatan Nuklear menghendaki negara-negara menjadi telus mengenai langkah-langkah keselamatan mereka dan membolehkan semakan semula tanaman, katanya, tetapi tidak ada mekanisme atau sekatan penguatkuasaan. Negara-negara individu mempunyai agensi pengawalseliaan sendiri, yang hanya sebagai mandat dengan kerajaan tempatan membolehkan mereka menjadi, kata Lyman.
"Di negara-negara di mana terdapat rasuah yang berleluasa dan kekurangan tadbir urus yang baik, bagaimanakah anda menjangkakan bahawa mana-mana agensi kawal selia bebas dapat berfungsi?" Lyman berkata.
Walaupun tidak ada orang lain selain Uni Soviet yang membuat reaktor RBMK-1000, ada yang dicadangkan reka bentuk reaktor baru melibatkan pekali kosong yang positif, kata Lyman. Contohnya, reaktor pembiakan cepat, yang merupakan reaktor yang menjana lebih banyak bahan fisil kerana ia menjana kuasa, mempunyai pekali kosong yang positif. Rusia, China, India dan Jepun telah membina reaktor sedemikian, walaupun Jepun tidak beroperasi dan dirancang untuk pembongkaran dan India adalah 10 tahun di belakang jadual pembukaan. (Terdapat juga reaktor-reaktor kecil dengan koefisien void positif yang beroperasi di Kanada.)
"Para pereka berpendapat bahawa jika anda mengambil kira segala-galanya, secara keseluruhan mereka selamat, jadi tidak penting," kata Lyman. Tetapi pereka tidak sepatutnya terlalu yakin dalam sistem mereka, katanya.
"Pemikiran semacam itu adalah apa yang menyebabkan Soviet menjadi masalah," katanya. "Dan ini boleh membawa kita ke dalam masalah, dengan tidak menghormati apa yang kita tidak tahu."
Nota Editor: Kisah ini dikemaskinikan untuk mengetahui bahawa sebahagian besar, tetapi tidak semua rod kawalan telah dikeluarkan dari reaktor, dan untuk mengetahui bahawa beberapa reaktor awal di Amerika Syarikat juga mempunyai pekali kosong positif, walaupun kelemahan reka bentuk mereka telah ditetapkan .
