Experiment met koelpompen werd reactor 4 fataal; Ontwerpfout en bureaucratie oorzaak ramp

TSJERNOBYL, 26 APRIL. Op maandagochtend 28 april 1986 werd aan schoenen en kleding van personeel van de Zweedse kerncentrale bij Forsmark een ongewoon hoge radioactiviteit waargenomen. Een verklaring werd niet gevonden, maar toch werd een deel van het personeel geëvacueerd. Later detecteerde een meetstation bij Nyköping ook een verhoogde straling en bleek in Finland al op zondag een toename van de radioactiviteit te zijn vastgesteld. Meteorologen plaatsten de bron van de besmetting in het westen van de Sovjet-Unie, maar de Zweedse ambassade in Moskou kreeg te horen dat er niets aan de hand was.

Bron: 'Tschernobyl - Zehn Jahre danach' Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit. Keulen, 1996.

In de loop van de dag maakte de Zweedse minister van Energie, Birgitta Dahl, de bevindingen op een persconferentie bekend. Vroeg in de avond kwam er plotseling een kort bericht van persbureau Tass: er was een ongeluk gebeurd bij de kerncenrale van Tsjernobyl waarbij een reactor was beschadigd. Er waren maatregelen genomen om de gevolgen weg te nemen. Getroffenen waren geholpen en er was een regeringscommissie gevormd. Het bericht werd 's avonds op de televisie voorgelezen.

In het Westen wist men genoeg. Als de Sovjet-Unie spontaan een ongeluk bekendmaakte, dan moest het wel ernstig zijn. De ochtendbladen openden op 29 april dan ook uitvoerig met het nieuws over een ramp in een kerncentrale bij Kiev. Omdat het reactortype in het westen niet onbekend was konden de avondbladen meer informatie geven.

De centrale van Tsjernobyl bleek te bestaan uit vier reusachtige reactoren, elk met een vermogen van 1.000 MW, die tussen 1977 en 1983 achtereenvolgens in gebruik waren genomen. Het reactortype, dat in Rusland met RBMK werd aangeduid, was ontwikkeld uit de plutonium-produktiereactoren die kort na de oorlog voor kernwapens waren ontworpen. De eerste experimentele RBMK ging al in 1954 in gebruik.

RBMK-reactoren hebben laag verrijkt uraniumdioxide (UO) als brandstof en gebruiken grafiet om de bij uraniumsplijting vrijkomende neutronen dusdanig af te remmen dat ze nieuwe splijtingen opwekken. De hitte die in brandstof en grafiet ontstaat, wordt afgevoerd door water, dat daarbij zoveel stoom produceert dat die een stoomturbine met generator kan aandrijven. Elke reactor heeft twee turbogeneratoren van 500 MW. In de lange turbinehal van Tsjernobyl staan acht turbogeneratoren op een rij, die van reactor 4 tegenwoordig achter een zware wand. De twee turbines van reactor twee draaien niet meer na een zware brand in 1991.

De RBMK-reactor is door het gebruik van typische 'drukbuizen' een ingewikkelde constructie. In essentie bestaat de reactor uit een dichte stapeling grafietblokken (180 ton grafiet in totaal) waarin vertikale doorboringen zijn aangebracht die ruimte bieden aan 1.693 drukbuizen. Door de buizen stroomt van onder naar boven het koelwater dat de splijtingswarmte verzamelt. In het water van de drukbuizen hangen zogenoemde splijtstofelementen die elk uit een bundel van twaalf brandstofstaven bestaan. In de helium-gevulde staven is het uraniumdioxide als gestapelde tabletten aanwezig. Reactor 4 bevatte in totaal 190 ton uraniumdioxide. In een regelmatig patroon zijn tussen de gewone drukbuizen 'lege' buizen opgenomen waarin regel- en stopstaven van boriumcarbide kunnen worden geschoven die zoveel neutronen absorberen dat ze het splijtingsproces kunnen afremmen of beëindigen.

Rond de vele duizenden grafietblokken, die in normaal bedrijf al zeer heet worden, stroomt een helium-stikstofmengsel dat voorkomt dat het grafiet in brand vliegt. Het grafiet is omgeven door de stalen wand van het rectorvat. Op zijn beurt is dat gevat in beton waaromheen zand en weer beton is aangebracht. Reactor 4 en 3 hadden een heel behoorlijke bescherming tegen lekkage aan de zij- en onderkant. Aan de bovenzijde werd het reactorvat afgesloten door een drie meter dik betonnen deksel ('struktuur E', ook wel biologisch schild genoemd) waar alle drukpijpen doorheen staken.

Eind april 1986 zou reactor 4 voor de jaarlijks revisie worden afgeschakeld. Besloten werd een veiligheidstest te doen waaraan de reactor eigenlijk al eind 1983, toe hij in gebruik ging, onderworpen had moet worden. Volgens voorschrift moest de reactor in staat zijn bij plotseling koelwaterverlies noodkoelwater aan te voeren, óók als tegelijk door een ongeluk de verbinding met het elektriciteitsnet verloren ging. In zo'n geval stopt men de toevoer van stoom naar de turbines, die dan, geleidelijk uitlopend, steeds minder elektriciteit leveren. Voor de noodkoelpompen staan accu's als spanningsbron opgesteld, maar het idee was te onderzoeken of de pompen ook gestart konden worden op de spanning van een uitlopende generator. Dat was al eerder zonder voldoende succes geprobeerd en zou nu met enige aanpassing opnieuw onderzocht worden.

Met het geleidelijk terugschakelen van de reactor werd vroeg in de ochtend van 25 april begonnen. 's Middags, toen de reactor al op half vermogen draaide, kwam van het elektriciteitsbedrijf het bevel niet verder te gaan. Pas tegen elf uur 's avonds mocht de reactor verder worden teruggeregeld tot het vermogen waarbij de veiligheidsproef genomen moest worden: ongeveer 250 MW. Bij zo'n laag vermogen is één turbine helemaal uigeschakeld.

Wat er na elf uur precies gebeurd is, is nooit helemaal duidelijk geworden. Er is een bedieningsfout gemaakt waardoor van het vereiste vermogen kort na middernacht nog maar 30 MW was overgebleven. Geprobeerd is dat met het uittrekken van regelstaven te verbeteren, maar door ophoping van het neutronenabsorberende gas xenon in de splijtstof, was er weinig resultaat. Uiteindelijk is nèt voldoende vermogen bereikt om met het experiment te beginnen, maar toen waren (tegen de voorschriften in) bijna alle regelstaven uit de reactor getrokken. Gemakshalve werd nog een deel van het snelafschakelsysteem buiten gebruik gesteld en om half twee ging men van start. De enige nog draaiende turbogenerator werd losgekoppeld van het net en de toevoer van stoom werd onderbroken. De generator leverde geleidelijk minder elektriciteit en een deel van de hoofdkoelpompen ging langzamer lopen. De koeling van de reactor liep terug, er ontstonden meer dampbellen dan gewoonlijk en door een ontwerpfout nam de neutronenproduktie zo snel toe dat zij niet meer beheersbaar was.

Door de splijtingshitte ging bijna alle koelwater in één keer over in stoom. Deze stoomexplosie blies de bodem van het reactorvat de diepte in en wierp het deksel van het vat omhoog, waardoor in één keer alle drukbuizen openscheurden en de radioactieve inhoud kon ontsnappen. Het deksel is in gekantelde positie teruggevallen en verkeert sindsdien in labiel evenwicht. Volgens sommigen ontplofte drie seconden na de stoomexplosie een grote hoeveelheid waterstofgas die was ontstaan uit een reactie tussen stoom en grafiet of het zirkonium van de wanden van de drukbuizen en splijtstofelementen. Zeker is dat de enorme hoeveelheid grafiet in brand vloog en dat ongeveer vijf procent van de inhoud van de splijtstofstaven naar buiten is geworpen.

Door de hitte van de grafietbrand is de radioactieve lozing op zaterdag het grootst geweest. Nadat de brand was geblust daalde de uitstoot. In de vijf dagen tot aan 2 mei liep hij verder terug onder invloed van de zware last aan lood, borium en zand die vanuit helikopters in de reactor werd gestort. Maar die dikke afdeklaag verhinderde de koeling van de reactorkern die steeds heter en heter werd. Daardoor nam de uitstoot tot aan 6 mei weer sterk toe, maar op 7 mei viel hij opeens weg. Niemand weet waardoor.

De Russen hebben de 'averij' toegeschreven aan onverantwoordelijk optreden van een geïsoleerd groepje technici dat een goed experiment niet correct uitvoerde, maar Westerse analyses hebben het (lagere) personeel gerehabiliteerd.

Als hoofdoorzaak van het ongeluk wijzen ze wezenlijke ontwerpfouten in de RBMK's aan. Dat de Sovjets wisten dat die er waren is gebleken uit de snelheid waarmee direct na het ongeluk verbeteringen werden aangebracht in de overige RBMK's. Het heersende politieke en organisatorische systeem had dat tot dan verhinderd. Het tweede verwijt is dat een bedrijfscultuur was ontstaan waarin het uitvoeren van ondoordachte experimenten geen bijzonderheid was en waarbij van bedieningspersoneel vaak meer werd gevraagd dan het kon leveren. Er zijn geen aanwijzingen dat de bedrijfscultuur na de exodus van Russische specialisten is verbeterd.