Papírzsepi kolléga most induló posztsorozata az atomenergia (többé-kevésbé) békés célú felhasználása kapcsán azokat a katasztrófákat elemzi, amelyek az elmúlt évtizedekben jó párszor beletették az ideget az emberiség tájékozottabb (és mennyiségi szempontból minden bizonnyal kisebb) hányadába.

A mostani, első rész alapos tanulmányozása pedig különösen azoknak javasolt, akik odahaza a sufniban esetleg egy kisebb atomerőművet szeretnének barkácsolni; a gázárak és az elektromos energia költségének alakulását figyelembe véve ez lehet, hogy nem is olyan hülyeség.

A nukleáris energiának mind a mai napig nem nagyon sikerült igazán hatékony alternatívát találni. A teljes életciklusra (a létrehozástól a működtetésen át a végső megsemmisülésig) ennél az energiatermelési módnál a legalacsonyabb a költség, és a környezet-terhelés – ha egységnyi megtermelt energiára vizsgáljuk. Igen, környezetbarátabb, mint a szélerőmű – az előállított óriási energiamennyiség miatt. Mármint akkor, ha minden az előre eltervezett módon alakul…

Mielőtt rátérnénk a nukleáris technikához kötődő szerencsétlenségekre, érdemes gyorsan kijelenteni: az atomreaktorok nem potenciális atombombák. Habár egy fissziós bomba működési elve nem különösebben bonyolult, annak szigorú követelményeit egyáltalán nem egyszerű teljesíteni. Márpedig az atomerőművek felépítése ezeket meg sem közelíti. A nukleáris baleseteknél, ha történik is detonáció, akkor az vegyi-, gőz- vagy porrobbanás.

De kezdjük az elején. Az első atomreaktorok nagyjából 2 milliárd évvel ezelőttre datálódnak. Mivel akkoriban az ember még csak Isten tervezőasztalán létezett, rögtön látható, hogy ezek természetes képződmények voltak. Az első ilyet Oklóban, Közép-Afrikában találták, de azóta több hasonlót is felfedeztek. Ma már persze egyik sem működik, és mivel az ilyen képződmények létrejöttéhez olyan speciális körülmények kellenek, melyek már régen nem állnak fenn, nem is nagyon reménykedhetünk, hogy működő természetes reaktorra bukkannánk. Pedig mennyivel egyszerűbb lenne kibányászni, mint megépíteni…
Ezek a reaktorok ugyanúgy működtek, mint a mai példányok. Atomreaktorok működtetéséhez az urán-235, a plutónium vagy a tórium használható, de a tórium csak szaporítóanyag, a többi közül a természetben csak az első található meg. Ez az izotóp meglehetősen bomlékony, sokkal könnyebben hasad, mint a jóval gyakoribb urán-238, ezért aztán gyorsabban is fogy a Föld készletéből. Míg régen az uránkészlet 3,44 %-a volt 235-ös, ma már csak 0,7%-a. Energiatermelésre (és bombának is) a 235-ös urán alkalmas, ezért a bányában kitermelt érc önmagában nem nagyon használható: dúsítani kell benne az izotópot, amely egy elég drága és problémás művelet. Reaktorhoz 2-40%-ra, bombához 30%-nál nagyobbra kell növelni a 235-ös mennyiségét.

Az erőművi láncreakció úgy működik, hogy az uránatom-mag befog egy lassú neutront, és széthasad. Ekkor keletkezik némi energia, valamint 1-3 új neutron. Csakhogy ezek gyors neutronok, melyeket az uránmag nem tud befogni, tehát a láncreakció itt megállna. Ezért előbb a gyors neutronokat le kell lassítani valahogy. Erre szolgál a moderátor közeg. A lelassított neutronok egy része pocsékba megy, viszont van átlagosan 1 lassú neutron, mely eltalál egy újabb urán-235 magot, és hasítja azt. Ezzel a folyamat önfenntartóvá válik.

A természetes atomreaktorok esetében az U-235-ben dús, porózus talajba víz szivárgott, ami moderátorként működött. Megindult tehát a láncreakció, az urán felmelegedett, felforralta a vizet, ami elpárolgott. Így a moderátor megszűnt, és a láncreakció leállt – amíg ismét víz nem szivárgott a résekbe. Ez tehát egy elég stabil, önszabályozó reaktor-konstrukció. Később nem csak ilyennel fogunk találkozni…

Ezzel ugorjunk is az időben. Egyenesen 1942-be, amikorra is a láncreakció elve már ismert volt (4 éve). Ebben az évben épült a világ első atommáglyája Enrico Fermi (itt balra) és Wigner Jenő  vezetésével a chicagói egyetem sportstadionjának lelátója alatt (gondolom így akarták feltüzelni a szurkolókat).

Ez egyszerű szerkezet volt: a 6 tonna uránhoz moderátorként 315 tonna grafitot használtak fel.  Bár ez csak egy kísérlet volt, de a biztonság kedvéért fellógattak egy kadmiumrudat (mely jó neutron-elnyelő) egy kötélen a kupac felett. Baj esetén egy ember fejszével vágta volna el a kötelet, és a leeső rúd leállította volna a reakciót. Az erőművek biztonsági rendszerét azóta is így hívják: Safety Control Reserve Axed Man, azaz rövidítve: SCRAM.
Közben folyt a háború, és ugyan szép meg jó, hogy sikerült láncreakciót csinálni, de mind az USA, mind Németország sokkal jobban vágyott ennek a hadi alkalmazására: egy nukleáris „csodafegyverre” (Ja. Csoda, hogy még élünk). Az amerikaiaknál a Manhattan-terven dolgoztak (élénk szovjet érdeklődés közepette), a németeknél pedig Werner Heisenberg (itt jobbra) vezette a kutatásokat. Ő nem mindennapi koponya volt: 24 évesen leteszi a kvantum-mechanika alapjait, később megalkotja róla elnevezett határozatlansági relációt, 26 évesen pedig már fizikaprofesszor… (asszem kicsit késésben vagyok) Az USA-ban tartottak is a németektől annak ellenére, hogy Heisenberg jóval szerényebb technikai ellátottsággal rendelkezett, és ezt még nehezíttették is: a Gunnerside akció keretében felrobbantották a Norvégiában üzemelő nehézvíz-üzemet; pedig a nehézvízre szükség lett volna a plutónium előállításához.

Ám a háború végén nem találtak kész náci atombombát. Heisenberg ugyanis hibásan számolta ki, mennyi uránra van szükség ahhoz, hogy a felszabaduló neutronok még a hasadóanyag-tömb elhagyása előtt újabb maghasadást hozzanak létre. Ezt kritikus tömegnek hívják, és a német fizikus számítása szerint 11 tonna tiszta urán-235 vagy plutónium kellett volna hozzá. A korabeli technikával irreálisnak tűnt ennyit legyártani, ráadásul Heisenberg anyagi ellátása is akadozott. Ezért feladta, és kiszállt a projectből. Amúgy a valóságban U-235-ből nagyjából 7 kg, plutóniumból 10 kg a kritikus tömeg – de ez függ a dúsítottságtól.

Mindenesetre a fenti tévedés eléggé érdekes: egy ilyen zseni hogyan véthetett ekkora hibát? Egyes konteók (TM, R, C, stb.) szerint szándékosan. Nem nagyon akarta ugyanis, hogy Hitler atombombához jusson. Később ezért is szállt ki a projectből; talán erkölcsi aggályai voltak. Ugyanakkor ennek ellent mond egy 1957-es levél, amit Bohr írt Heisenbergnek; ebből az derül ki, hogy a német fizikus mindig is a Bombában látta a háború megoldását. Egy bizonyos Rainer Karlsch történész könyve szerint viszont Heisenberg jól számolt, de szándékosan publikált téves adatokat. Így az atombombát meg lehetett építeni, de ezt már egy kevésbé ismert fazon, egy bizonyos Walther Gerlack  (itt balra) tette meg. Karlsch szerint a bombát ki is próbálták 1945-ben Türingiában, de utána már nem voltak meg a feltételek az éles bevetésre. 2005-ben előkerült egy vázlat is a bombáról (itt jobbra). Nos, a kommentekben lehet még vitatkozni erről egy kicsit.

Visszatérve a fő csapásirányhoz: a történelem első katonai nukleáris balesete is Heisenberg csoportjához kötődik. 1942-ben a lipcsei atomreaktorban dolgoztak (a hadi felhasználhatóságot vizsgálták), mikor valahogy sikerült uránport juttatni a levegőbe. Ez persze berobbant, ami aztán még további közvetett gőzrobbanásokat okozott. A labor is kigyulladt.

Eközben viszont az USA-ban Oppenheimer vezetésével jól haladt  a Manhattan-terv megvalósítása. Két irányt is vizsgáltak: a természetben megtalálható, de dúsítandó urán-235, és a mesterségesen előállítható plutónium-239 alkalmazását. A hiroshimai Little Boy  (itt felül) urán-alapú, míg a nagaszaki Fat Man (itt alul) plutónium alapú volt. Ez utóbbi egyébként sokkal jobbnak bizonyult, de egyrészt az instabilitása miatt sokkal-sokkal nehezebb plutónium-bombát építeni, másrészt a plutóniumot elő is kell valahogy állítani. Erre ugyan több lehetőség is van (pl. ciklotronnal), de a legjobb atomreaktort használni.

A kezdeti atomreaktorok tehát elsősorban plutónium termelésre készültek. Ilyen volt a brit földön, Windscale-ben épített is. Ez egy grafitmoderátoros, léghűtéses (kémény!), plutóniumtermelő reaktor volt, és az első brit atombombához gyártotta az alapanyagot. Alapvetően egy nagy grafit-tömbről volt szó, amibe lyukakat fúrtak, ezekbe meg természetes urán-rudakat (ma inkább a barátságosabb urán-dioxidot használják erre) és izotóptároló tartályokat tettek. 
A technológia még nem volt kiforrott, 1957. október 10-én ez vissza is ütött. A grafit túlmelegedett (az úgynevezett Wigner-hatás miatt – legyünk büszkék Wigner Jenőre), majd kigyulladt. Megpróbálták gyorsan eloltani, de nem sikerült. Ezután elárasztották a reaktort 25 tonna folyékony széndioxiddal, de az sem tudta eloltani a tüzet. Egy idő után a reaktorban már 1300 fok volt, olvadtak a fűtőelemek (11 tonna urán!), és már az egész szerkezet összeomlással fenyegetett. Nem maradt más megoldás, a vizes oltás mellett döntöttek, ami a nukleáris tüzek esetében igen kockázatos dolog. A víz ugyanis ilyen hőmérsékleten nem simán felforr, hanem elkezd reakcióba lépni az olvadt fémmel. A reakció kiveszi a vízből (H2O) az oxigént (O). Ami megmarad, az tiszta H2, tehát a hidrogéngáz, amelynél viszont nem feltétlenül előnyös, ha egy atomreaktor belsejében van.

Emlékezzünk még majd erre.

Mindenesetre a vizes oltás sikeres volt, de Windscale elég jól bemutatta a grafit-moderátoros reaktorok alapvető problémáit. A baleset a környezetszennyezés miatt elég nagy publicitást kapott, és a későbbiekben kerülni kezdték a konstrukció használatát. Mármint a Szovjetunió kivételével, ahol kicsit máshogy működnek a dolgok.

A britek után az amerikaiak következtek. Az Idahóban található Idaho Fallsban állt szolgálatba az SL-1 kísérleti reaktor, mely mindössze 3 MW teljesítményével egyértelműen nem az energiatermelést szolgáló, hanem katonai célú berendezés volt. 1960 karácsonyakor a reaktort leállították újratöltésre, karbantartásra és szerelésre, majd 1961 január harmadikán frissen és lendületesen kezdték meg az újraindítási folyamatot. A kávé megivása utáni feladat a központi fékező rúd (ami a neutronok túlnyomó részének elnyeléséért, tehát a reakció féken tartásáért volt felelős) rácsatlakoztatása a mozgató automatikára - lett volna. Ehhez a rudat meg kellett emelni, de véletlenül túlságosan is kihúzták a reaktorból. Ez hiba volt: a reaktor prompt kritikussá vált (tehát magától elindult benne a láncreakció), és hirtelen rengeteg hő képződött. Ez felforralta a mag körüli vizet, ami elementáris erővel robbant ki. A 12 tonnás reaktortetőt 3 méter magasra lökte, a rajta álló embert belepasszírozva a mennyezetbe. A reaktor lövedékként szétrepülő alkatrészei további két személyt megöltek és többeket megsebesítettek. Ez volt az USA történetének mindmáig egyetlen közvetlen halálos áldozatokat követelő reaktorbalesete.

De nem a legsúlyosabb, és nem a legdrágább. Ezt a címet ugyanis egy polgári (energiatermelő) reaktor szerezte meg, Middletownban, Pennsylvania államban. A létesítményt Three Mile Island Atomerőműnek (TMI) hívják. 1979-ben ez már egy elavulóban lévő, meglehetősen túlbonyolított, szerencsétlen konstrukciójú erőműnek számított, ahol Babcock & Wilcox nyomottvizes reaktorokat használtak. A nyomottvizes reaktorok a legelterjedtebb konstrukciók, az atomreaktorok túlnyomó része ebbe a típusba sorolható (Paks négy VVER-440-es blokkja is nyomottvizes). Ebben az elrendezésben a moderátor közeg és a hőelvonó/hűtő közeg is (könnyű) víz.

És hogy miért kell „nyomni” a vizet? Hogy ne forrjon fel. A reaktor tehát egy jókora nyomásálló doboz, amiben az uránrudak és a betolható fékező rudak mellett nagy nyomáson tartott víz van (kering). A fűtőelemek felmelegedése felhevíti a vizet, ami nem forr fel még 315 fokon sem (ehhez persze a légköri nyomás 150-200-szerese kell). A nagyon forró vizet átpumpálják egy hőcserélőbe, ahol felmelegíti és felforralja a kevésbé nyomott vizet. A termelődő gőz forgatja a turbinát. Aztán valamilyen módon (TMI-nél jókora hűtőtoronnyal) a vizet lehűtik, és az egész kezdődik elölről.

1979. március 28-án hajlani négykor TMI 2-es reaktora épp 97%-os teljesítménnyel termelt. A kezelők a 12 nappal korábban bemutatott „Kína-szindróma” című katasztrófafilmet nézték éppen, amikor karbantartás során víz került az erőműben egy olyan csőbe, ami amúgy hivatalosan nem is létezett.

Kitérő:

Ezekkel a csövekkel, karbantartásokkal  és a vízzel nem árt vigyázni. A bophali vegyiüzemben is rossz csőbe került víz 1984 decemberében. Ehhez persze az kellett, hogy ne tartsák be a karbantartási- és üzemeltetési szabályzatot (nagyon ne), és az is, hogy a vegyi üzem (még indiai mércével is) elég lestrapált állagú legyen. A víz végül befolyt egy MIC (Metil-izocianát) tartályba. A MIC sosem találkozhat vízzel, mert magától megfutó (exoterm) reakcióba kezd vele, rengeteg hőt és MIC gázt termelve. A hő tovább gyorsítja a reakciót, a MIC gáz meg növeli a nyomást. Ezt a gyár – eredetileg brit - építői is tudták, ezért voltak olyan szigorú előírások a karbantartásra (nem tartották be), külön bunker messze a gyártól (ettől még cső kötötte össze őket), túlnyomás a tartályokban (már rég megszűnt, és ez senkit sem érdekelt), külön hűtőrendszer a tartályokhoz (a vezetőség leállíttatta, mert sokat fogyasztott – Indiában vagyunk!), valamint gázszűrő-torony (épp nem üzemelt).

Aztán 1984. december 3-án éjszaka a tartály már nem bírta a strapát (mondjuk esélye sem volt), és nagyjából 40 tonna MIC gázt fújt rá az üzem melletti bádogvárosra. A MIC gáz reakcióba lép a vízzel, tehát először megvakítja az embert, aztán a tüdejét is szétmarja. Mindenki aludt, sokan már eleve arra ébredtek, hogy meg vannak halva. 3.000 ember vesztette az életét azonnal, és 15-20.000 később. Egyes vélemények szerint a sérültek száma a 100.000-et is elérhette. A balesetért senkit sem voltak felelősségre.

De térjünk vissza a TMI-hez. A nemlétező csőbe jutó nemlétező víz nagyonis létező (de nem túl üzemszerű) módon leállította a gőzfejlesztő tápszivattyúit, ami miatt a továbbiakban semmi sem vezette el a hőt a hőcserélőtől. Az tehát melegedni kezdett. Ekkor a SCRAM lecsapott, és helyből leállította a reaktort és a tubinát. Ám egy ekkora szerkezet nem áll le csak úgy, egy darabig továbbra is van hőképződés. A primer kör tehát melegedett tovább, és mint minden melegedő rendszer: tágult. Tehát nőtt a nyomás is, amitől kinyitott egy nyomáslevezető szelep. Ez teljesen üzemszerű és helyes működés volt, a felesleges vizet egy tartályba vezették.
Az viszont már nem volt olyan üzemszerű (és helyes sem), hogy a szelep be is ragadt, így annak ellenére nem zárt vissza, hogy erre a nyomásérzékelők utasították. A nyitva maradt szelepről a vezérlő teremben senki sem tudott semmit, mert roppan okosan a visszajelző lámpa nem azt mutatta, hogy a szelep ténylegesen milyen állapotban van, hanem azt, hogy mire kapott vezérlést (milyen állapotban kéne lennie). Tehát szökött a primerköri víz, így csökkent a nyomása. Ezt érzékelve beindultak az üzemzavari tápszivattyúk, de mivel két nappal korábban elfelejtették kinyitni a tolózárjaikat, csak magukban pörgtek. Tehát a nyomás csökkent tovább. Ettől elindult automatikusan az üzemzavari zónahűtő rendszer, de mivel az operátorok nem tudtak a beszorult szelepről, ezt leállították. Mindkettőt. Egy utólagos vizsgálat kimutatta, hogy a baleset során volt olyan időszak, ahol az operátornak 55 másodperc alatt több, mint 80 kezelőszervet kellett megfelelő helyzetbe állítania (és csak kettőt rontott el). El lehet képzelni, mennyi ideje volt gondolkodni…

Szóval a nyomás csökkent tovább, így a kavitációs (alacsony nyomás miatti gőzfejlődés-okozta) sérülések elkerülésére leállították a fő keringető szivattyút is. Ettől kezdve semmilyen hűtés nem volt a reaktorban. A víz felforrt, a fűtőelemek túlmelegedtek, és 1100 fokon szétnyíltak. Az urán a vízgőzből elkezdte az oxigént kivonni, így a reaktorban hatalmas mennyiségű hidrogén gáz kezdett felhalmozódni. Később ennek eltávolítása nem kevés problémát okozott.

Közben az a tartály, amihez a beszorult túlnyomás-levezető kapcsolódott megtelt, és a radioaktív plötyi elkezdett szétfolyni. Ezt egy szivattyú ugyan összegyűjtötte, de valamennyi radioaktív gáz átjutott a szivattyún, és kijutott az erőműből. Egyébként a termelődő hidrogénből is kijutott valamennyi, ami a levegővel keveredett, majd be is robban egy tartályban, de a kezelőknek ilyen apróságokkal nem volt idejük foglalkozni.

Aztán 7:30-kor kihirdették a vészhelyzetet. 17:30-ra sikerül rájönni, hogy a szelep nyitva maradt, és visszazárták. Ezután újabb 10 óra kellett, mire sikerült ismét feltölteni a reaktort vízzel és elindítani a keringetést és a hűtést.

A balesetben végül senki sem sérül meg, de a reaktor gazdasági totálkáros lett.

Csakhogy a dolog nem volt ennyire egyszerű. Míg az erőműben azon izzadtak, hogy megtalálják a hiba okát, a városban pletykák kezdtek terjedni az erőműbalesetről. Ezt ugyan cáfolták, de mindenki tudta, hogy ez mit is jelent valójában…

A hangulat tehát már adott volt, amikor a CBS televízió a következőket mondta be: „Ez az első lépés egy nukleáris rémálom megvalósulása felé. Az atomerőművön belül olyan erős a radioaktivitás, hogy áthatol az 1 m vastag védőfalon és mérföld távolságban is mérhető."

Ez egyáltalán nem volt igaz (és akkor még nem volt Médiahatóság sem, hogy lecsapjon), de a csúcspont akkor következett be, mikor egy teljesen más hiba folytán megszólaltak a harrisburgi katonai légvédelmi szirénák. Ekkor kitört a pánik, mindenki futott, amerre látott. Pár perc alatt 120 baleset történt, és többen meghaltak. A baleset elég nagy mértékben hozzájárult az atomenergia biztonságához, de sokba is került: a teljes felszámolás költsége 2,4 milliárd USD-t emésztett fel. Amivel ez a baleset persze csak a második helyen áll.