Prva elektrana tog tipa bila je izrađena u Obninsku 1954. godine i imala je instaliranu snagu od samo 5 MW, da bi se daljnjim razvojem došlo do gradnje standardnih blokova od po 1000 MW. Prvi takav blok je bio izrađen blizu Lenjingrada 1974. godine, a nakon njega je napravljen reaktor istog tipa od 1500 MW u Litvi (NE Ignalina). Sasvim sigurno možemo reći da je nesreća na 4 bloku nuklearne elektrane u Černobilju prekinula daljnji razvoj ovog reaktora. Za gorivo se koristio slabo obogaćeni uran čija je masa u reaktoru dosezala 200 t.

Presjek kroz nuklearnu elektranu RBMK1000
1. reaktorska jezgra, 2. cjevovodi ulazne rashladne vode, 3. izlazni cjevovodi,
4. stroj za izmjenu goriva, 5. separatori pare, 6. glavne cirkulacijske pumpe

Gorivni elementi su se umetali u vertikalne tlačne cijevi kroz koje je cirkulirao rashladni fluid – obična voda. Reaktor s tim karakteristikama spada u grupu reaktora s kipućom vodom. S obzirom da industrija i tehnologija nisu bile na visokom stupnju razvijenosti kao kod zapadnih tlakovodnih reaktora PWR tipa, proizvodnja reaktorske tlačne posude kao i kontejnmenta su stvarale problem. Išlo se je, dakle, na jednostavnija i brža rješenja koja su omogućila bržu ekspanziju nuklearnih potencijala, ali uz smanjenu sigurnost. To su godinama prije nesreće uočili britanski nuklearni stručnjaci pri obilasku tih reaktora (1976.-1978.), koji su im bili posebno interesantni zbog sličnosti s njihovim SGHWR reaktorima gdje je grafit kao moderator neutrona zamijenjen s teškom vodom (D₂O). Po završetku obilaska sovjetskih RBMK elektrana, engleski stručnjaci su imali su niz razloga za zabrinutost, s obzirom na nisku razinu sigurnosti u tim elektranama.

Unutrašnjost RBMK1000

Geometrija jezgre je uistinu impresivna: promjer jezgre s radijalnim reflektorom je oko 14 m a visina je oko 8,5 m. Jezgra je izrađena od grafitnih blokova unutar kojih su napravljeni provrti za tlačne cijevi. U jezgri se nalaze 1693 tlačne cijevi napravljene od legure ZrNb (cirkonija i niobija). Promjer cijevi je 80 mm, a duljina 8m. U svakoj tlačnoj cijevi su smještena po dva koaksijalna gorivna elementa (svaki duljine oko 4m). Gorivni elementi se sastoje od 18 gorivnih šipki, a svaka je promjera 13 mm i sadrži slabo obogaćeni uran (oko 2%). Rashladno sredstvo je obična voda i prolazi kroz tlačne cijevi tako da se na izlazu iz rashladnog kanala povećava sadržaj pare na oko 17%.

Radna temperatura kojoj je izložen grafit kao moderator iznosi oko 700 ?C. Rashladni fluid se na izlazu priključuje na separatore pare u kojima se ujedno kondenzira dio vode i vraća nazad u rashladni krug pomoću recirkulacijskih pumpi. Rashladni fluid protječe kroz reaktor u dva odvojena kruga, tako da svaki od njih pokriva polovicu tlačnih cijevi u jezgri. Ovaj tip reaktora ima i stroj za kontinuiranu zamjenu nuklearnog goriva tijekom pogona – time se osigurava veća raspoloživost elektrane, ali i mogućnost proizvodnje fisibilnog plutonija za vojne svrhe. Betonsko kućište u kojem se nalazi cjelokupna jezgra je projektirano za tlačno naprezanje koje bi se javilo nakon lome jedne tlačne cijevi. Poklopac jezgre je masivna betonska ploča debljine 3 m i mase oko 2.000 t.

RBMK reaktor ima za moderator spomenute grafitne blokove, a rashladni fluid je varijabilan, pošto ga čini mješavina vode i vodene pare. Termalizacija neutrona se odvija uglavnom u grafitu, dok voda u tome malo sudjeluje, ali zato ona ima ulogu parazitnog apsorbera termičkih neutrona. Ako imamo mali sadržaj pare u rashladnom sistemu, a puno vode (rad na maloj snazi) dolazi do pojave nadmoderiranja i javlja se pozitiva povratna veza na koeficijent reaktivnosti reaktora. Konkretno, govori se o pozitivnom temperaturnom koeficijentu reaktivnosti šupljina (mjehurići u pari). Reaktor s takvom karakteristikom može postati potencijalno nestabilan. Kada reaktor postigne kritičnost i pusti se u pogon, potrebno je kontinuirano kompenzirati višak reaktivnosti s uranjanjem regulacijskih šipki.

Kada se govori o radu na maloj snazi (tipično 700 MW), prema sigurnosnim pravilima mora biti uronjeno dovoljno regulacijskih šipki kako bi se kompenzirao doprinos pozitivne reaktivnosti od šupljina u rashladnom fluidu. Nadalje, rad na snazi nižoj od spomenutih 700 MW nije dozvoljen, jer je tada oslobođena pozitivna reaktivnost zbog isparavanja vode prevelika i reaktor prelazi u stanje promptne kritičnosti. To je upravo slučaj koji se desio u Černobilju.

Primjer grafitnog moderatora u bivšem SSSR-u

Pogonsko osoblje je tog kobnog dana provodilo eksperiment rada reaktora na maloj snazi od oko 200 MW, što je tri puta manje od propisanog sigurnosnog nivoa. Cilj je bilo ispitati ponašanje elektrane nakon gubitka vanjskog napajanja električnom energijom. Konkretno, htjelo se utvrditi mogu li turbine u fazi gašenja proizvesti dovoljno energije da pokrenu recirkulacijske pumpe za rashladne sisteme. Pri tome nisu obavljene nikakve sigurnosne analize i bile su prekršene sve propisane sigurnosne norme.

Kontrolna soba u RBMK elektrani

Za potrebe spomenutog eksperimenta, spuštena je snaga na 7% nazivne, što je daleko ispod sigurnosnih margina. Rezultat takvog spuštanja snage je bilo jako zatrovanje reaktora ksenonom 135Xe, koji je poznat kao parazitni apsorber termičkih neutrona, čime se smanjila reaktivnost (snaga) reaktora. Pokušavajući povećati snagu reaktora operateri su u potpunosti izvukli kontrolne štapove iz jezgre, čime je snaga počela lagano rasti u 01h i 22 min. Dvije minute kasnije operateri su bili suočeni sa sve bržim porastom snage, a pošto su svi kontrolni štapovi bili izvučeni, jezgra je brzo ušla u stanje promptne kritičnosti. U tom trenutku snaga je skokovito narasla na vrijednost stotinu puta veću od nazivne.

Dio rastaljene jezgre

Sovjetske analize iz tog doba pokazuju da je temperatura goriva premašila 3.000oC, a jezgra je proizvodila toplinu od 1,3 MJ/kg goriva. Gorivo se raspršilo na sitne fragmente koji su u dodiru s rashladnom vodom razvili eksplozivnu paru koja je rastrgala tlačne cijevi. Visoki tlak je izbacio poklopac reaktora i cjelokupnu reaktorsku nadgradnju i time je jezgra postala otvorena. Usijani uran je u kontaktu s kisikom u atmosferi zapalio grafitni moderator. Dodatni izvor topline, koji je podržavao reakciju, je bila reakcija cirkonija (obloga gorivnih štapova) i vruće vodene pare. Kroz period od nekoliko dana iz otvorene i potpuno dezintegrirane jezgre je ispuštena velika količina visoko radioaktivnog materijala. Hrabri vatrogasci i pripadnici posebnih interventnih službi (tzv. likvidatori) su zaustavili požar i širenje radioaktivnosti ubacivanjem preko 2.000 t olova u jezgru, a požar u grafitu su ugasili upumpavanjem dušika s donje strane reaktora.

Vlasti bivšeg SSSR-a su dale službenu obavijest o nesreći nekoliko dana kasnije, tek pošto je radioaktivnost atmosferom došla do susjednih europskih zemalja i tamo izazvala uzbunu. Mjesec dana nakon nesreće povišena radioaktivnost je opažena u svim europskim zemljama.

Dva su radnika izravno poginula od eksplozije, a kasnije je bilo žrtava pri intervenciji vatrogasaca i spasilačkih ekipa koji su bili ozračeni velikim dozama. Tijekom prvih tjedana utvrđena je 31 žrtva, a pučanstvo u užoj i široj okolici elektrane je bilo ozračeno.

Radioaktovni oblak nakon nesreće

Katastrofa u Černobilju je zbog eksplozije i posljedica radijacije ukupno odnijela 56 života, dok je broj žrtava zbog primljene doze zračenja prilično neodređen. Međunarodna agencija za atomsku energiju (IAEA) je odmah nakon nesreće okupila tim eksperata koji je trebao procijeniti kolektivnu dozu stanovništva koje je bilo direktno izloženo u radijusu 30 km oko elektrane. Riječ je oko 135.000 ljudi. Prema dokumentu INSAG-1 ta doza iznosi oko 1,6•10⁶ Sv na cijelo tijelo i oko 4•10⁵ Sv na tiroidu. Daljnje procjene se temelje na tzv. linearnoj hipotezi prema kojoj kolektivna doza od 100 Sv uzrokuje jedan dodatni smrtni slučaj od raka. Primjenom linearne hipoteze o odnosu doza i posljedica zaključeno je da će primljena kolektivna doza na cijelo tijelo tijekom prosječne preostale životne dobi tih ljudi (50-70 godina) rezultirati s oko 170 dodatnih smrtnih slučajeva od raka. Međutim, broj prirodnih slučajeva pojave raka za tu dobnu skupinu ljudi je oko 27.000, jer je vjerojatnost smrti od raka za vrijeme života oko 20%. Iz toga proizlazi zaključak da je povećanje smrtnosti najugroženijeg dijela populacije u okolišu nuklearne elektrane Černobilj, u odnosu na nezračenu populaciju samo 0,6%. Naravno, postotak smrtnosti od raka (20%) je izrazito sklon varijacijama i ovisi o mnogo faktora, tako da postotak od 0,6% ne može biti potvrđen.

Kod stanovništva na europskom teritoriju koji je bio zahvaćen radioaktivnim oblakom pojedinačne doze zračenja su bile mnogo manje. Time su kasniji somatski efekti zračenja teže prepoznatljivi, tako da je tu neodređenost rizika još veća. Prema nekim studijama procijenjeno je povećanje rizika smrtnosti od raka od (0,03-0,15)%. Krajem 1989. godine vlada bivšeg SSSR-a je zatražila da IAEA organizira ekspertnu skupinu koja bi na temelju iscrpnih analiza provjerila ranije procijenjenu radioaktivnost okoliša i primljene doze stanovništva. Opći zaključak ekspertize, u kojoj je sudjelovalo 25 zemalja i 7 međunarodnih organizacija, jest bio da su primljene doze zračenja nekoliko puta niže od prvobitno procijenjenih.

Agencije UN-a su procijenile da je 4000 - 9000 djece u narednim godinama obolilo od malignih bolesti štitnjače, od koji je samo 9 povezano s Černobiljem. Osim toga, tehnike otkrivanja i terapije raka štitnjače kod djece su poboljšane tako da bolest nije fatalna ako se otkrije u ranoj fazi.

Prosječna doza za stanovništvo u kontaminiranom području u periodu 1986-2005 je procijenjena na 10-20 mSv, dok je velika većina imala dozu ispod 1mSv/godini. Spomenute doze su manje od onih koje se javljaju u prirodi. Povećani rizik od leukemije je uočen kod likvidatora koji su za vrijeme nesreće bili najviše izloženi radijaciji. Uočena je i pojava malignih oboljenja za one čija je doza prelazila 150 mSv. Nisu uočeni nikakvi zdravstveni efekti kod stanovništva u kontaminiranom području koji bi bili posljedica nesreće. To se prvenstveno odnosi na defekte pri porodu i trudnoći, sterilnost i sl. Tu je bilo i raznih dezinformacija od strane antinuklearnih kampanja koje su razne deformacije kod djece, kao i bolesti tumora kod starijih osoba, neutemeljeno povezivale s radiološkim učincima nesreće.
Sveobuhvatne studije raznih nuklearnih agencija su krajem 2006. godine kvantificirale radiološke posljedice nesreće. Ukupno je 56 ljudi umrlo, od kojih je bilo 9-ero djece s oboljenjem štitnjače, za koje se smatra da su mogli biti spašeni. Za 600.000 likvidatora koji su bili izloženi radijaciji, procijenjeno je povećanje smrtnosti od raka za nekoliko postotaka. Konkretno, to bi bilo oko 4.000 dodatnih fatalnih oboljenja, dok je očekivani broj prirodnih oboljenja oko 100.000.

Spomenuta studija spominje i velike psiho-socijalne efekte koji su uslijedili nakon nesreće. To se pripisuje krivom tumačenju informacija kao i iracionalnom strahu od riječi „ radijacija“. Na studiji je radilo preko 100 znanstvenika iz 8 UN-ovih agencija koji su potvrdili prijašnje zaključke: ne postoje vidljivi zdravstveni učinci na lokalno stanovništvo koji bi se doveli u vezu s nesrećom u Černobilju.

Černobiljska katastrofa je najgora nesreća u povijesti nuklearnih energetskih postrojenja. Velika količina radioaktivnosti koja se stvara u jezgri čini nuklearnu elektranu specifičnim energetskim objektom. Od presudne je važnosti sigurnosna kultura i educiranost pogonskog osoblja. Ova nesreća, koja je ostavila dalekosežne posljedice, pokazala je kolika je cijena neozbiljnog pristupa čovjeka prema nuklearnoj tehnologiji. Međutim, naša civilizacija temelji svoje postojanje na električnoj energiji, stoga ne dolazi u obzir odbacivanje nuklearne tehnologije, kao jedine koja može dugotrajno zadovoljiti svjetske potrebe. S porastom stanovništva raste i potreba za čistom i raspoloživom energijom, a to je upravo ono što karakterizira nuklearnu elektranu. Ali nužan je oprez i poštivanje sigurnosnih mjera, pošto su greške na takvim postrojenjima skupe. Dok su neke zemlje izvele iz toga pouku i unaprijedile sigurnost svojih nuklearnih postrojenja, neke su od takve tehnologije potpuno odustale.

Nakon nesreće sovjetski su inženjeri i operatori na reaktorima RBMK-1000 tipa obavili niz izmjena i osiguranja. Uveden je automatski sustav za obustavu reaktora ako mu snaga padne ispod 700 MW. Osiguralo se i brže pomicanje kontrolnih štapova.

Spomenuti reaktor u Černobilju se po svojoj konstrukciji toliko razlikuje od standardnih, lakovodnih reaktora današnjice da ne može nikako biti mjerodavan za procjenu sigurnosti nuklearnih elektrana. Njegov dizajn nema usvojene opće prihvaćene kriterije sigurnosti. On ne predstavlja temelj nuklearne energetike niti u jednoj zemlji izvan bivšeg SSSR-a. Štoviše, danas se vrši pritisak na zatvaranje postojećih RBMK reaktora (npr. NE Ignalina).

Za puštanje reaktora u pogon sa sličnim karakteristika u zapadnim zemljama ne bi bilo moguće dobiti dozvolu. Ljudski faktor je u nesreći imao preveliku težinu – operateri su imali preveliku slobodu u donošenju rizičnih operacija bez da su bili uključeni automatski sustavi zaštite. Osim što operateri nisu bili dovoljno disciplinirani, pokazao se manjak njihovog razumijevanja procesa koji su se odvijali u jezgri reaktora.

Valja još jednom naglasiti kako reaktor tipa RBMK nije bio smješten u zaštitnoj zgradi (kontejnmentu) koja bi zadržala oslobođenu radioaktivnost.