Tjernobyl: Den omöjliga katastrofen

Nedfallet från Tjernobyl kom med vinden över Östersjön. Det nådde oupptäckt Öland och Gotland den 27 april 1986.

Morgonen efter larmade monitorn när kemisten Clifford Robinson steg genom den utanför omklädningsrummet i Forsmark. Hans skor var radioaktiva, vilket var ett mysterium eftersom han inte varit i något känsligt område. Fler larm gick.

Nu var det allvar. De kunde gälla ett utsläpp från ett svenskt kärnkraftverk, fast egendomligt nog var strålningsnivåerna lägre inne i kärnkraftsbyggnaderna än utanför.

Myndigheterna informerades, en vägspärr och en saneringsstation sattes upp. Klockan 10.30 sände Radio Uppland den första nyheten om en misstänkt läcka i Forsmark. Verket utrymdes.

Efter frenetiska rundringningar stod det klart att höjda strålningsnivåer mätts upp också vid Oskarshamn och Studsvik, och i Finland.

Driften i Forsmark återgick till det vanliga, men under några dagar var personalen paradoxalt nog tvungna att byta till icke nedsmittade skor för att få komma in till sina arbetsplatser.

Försvarets forskningsanstalt, FOA, och Statens strålskyddsinstitut, SSI, började samla in partikelfilter från mätstationer. Dessa användes egentligen för att analysera nedfall från kärnvapenprov, men nu hittade man cesium-134 i filtren, ett säkert tecken på att nedfallet kom från en kärnreaktor.

Totalförsvarets forskningsinstitut, FOI, räknade baklänges från SMHIs data och kom fram till att källan borde ligga i Estland eller Lettland. Ukraina var nästa kandidat på listan. Lansen-plan skickades ut till gränsen för Sovjetunionens luftrum för att ta prover.

Under dagen hade halterna av jod-131 i Stockholm ökat tio gånger, och halten av cesium-137 200 gånger.

19.00 bekräftade Sovjetunionen att reaktor 4 i Tjernobyl, Ukraina, hade havererat.

Tjernobyl var del i en gigantisk sovjetisk satsning på civil kärnenergi. Sex reaktorer var planerade, och staden Pripjat hade byggts upp från grunden som ett mönstersamhälle för anläggningens anställda och deras familjer. Verket var en prestigeplacering, och Pripjat ansågs som en av de bästa platserna att bo på i Sovjetunionen.

Staden, med 49 000 invånare, låg bara tre kilometer nordväst om reaktorkomplexet. 15 kilometer sydöst längs floden låg staden Tjernobyl, och ytterligare två mil nedströms Kievs vattenreservoar.

• Det här är en artikel från tidningen Teknikhistoria, prenumerera på den här!

Tjernobyls fyra reaktorer var av modellen RBMK, vattenkylda och grafitmodererade. Konstruktionen byggde på de allra tidigaste reaktorerna som USA, Sovjetunionen och Storbritannien använde för att framställa vapenplutonium.

Valet av RBMK var en kompromiss. Efter andra världskriget skilde man inte på civil och militär industrialisering. All industri skulle ha en dubbel funktion för att snabbt kunna rusta upp vid ett nytt storkrig.

RBMK-reaktorerna kunde lätt ställas om från civila kraftverk till att producera vapenmaterial. Reaktortypen kan laddas med nya bränslestavar under drift, en viktig funktion för effektiv tillverkning av plutonium. Reaktorerna kan också använda mycket lågt anrikat uran som bränsle, och de kyls med vanligt vatten.

De saknar däremot den skyddande inneslutning runt kärnan som nästan alla andra civila reaktorer har. Det skulle gjort dem säkrare, men mer besvärliga att använda för militära uppgifter. Det skulle också ha blivit dyrt, eftersom RBMK-reaktorerna är mycket stora. Nummer 4 Tjernobyl mätte 14,5 meter i diameter och var 10 meter hög.

Som civila kraftstationer hade de många allvarliga problem. 1975 drabbades en RBMK-reaktor i Leningrad av en partiell härdsmälta. 1983 hade operatörer i Ignalina upptäckt att härdens reaktivitet kunde öka när många styrstavar fördes ned samtidigt i reaktorn.

Styrstavarna består av borkarbid, med en 4,5 meter lång grafitspets. Dess uppgift var att öka skillnaden mellan utskjutna och insatta styrstavar. Men den hade också effekten att tillfälligt öka reaktiviteten i nedre delen av härden när stavarna sköts på plats. Det fanns paradoxalt nog situationer där ett nödstopp kunde orsaka en härdsmälta.

Dessa erfarenheter och annan livsviktig information, som att reaktorerna kunde bli extremt instabila vid drift på låg effekt, fördes inte vidare till operatörerna vid andra kraftverk. Dokumentationen var inte komplett, och ibland vilseledande.

RBMK-reaktorernas dubbla funktion och många kompromisser hade en farlig konsekvens: reaktorns beteende vid olika situationer förändrades kontinuerligt när stavar brändes ut och ersattes. RBMK-reaktorerna var i stort sett bara i jämvikt just efter att de startats med helt nytt bränsle.

Vatten både saktar ner och absorberar neutroner. Eftersom Tjernobyl 4 använde grafit som moderator fungerade kylvattnet främst som absorbent.

Om temperaturen på det inkommande vattnet var för hög började kylvattnet koka redan i reaktorns nedre delar, i stället för i mitten. Vattnet förångas alltför tidigt, tar upp färre neutroner och höjer reaktorns effekt, vilket i sin tur höjer temperaturen.

Reaktorn behövde ständigt justeras med kylvattenpumpar och styrstavarna för att behålla stabilitet. Det kunde lätt uppstå en ond cirkel där reaktorn skenade in i ett överkritiskt tillstånd.

Den 26 april 1986 vilade hela ansvaret för reaktorns stabilitet på några få operatörers erfarenhet och intuition. De som styrde i kontrollrummet, skiftchefen Aleksander Akimov, chefsingenjören Anatolij Djatlov och operatören Leonid Toptunov, hade aldrig en klar bild av händelserna.

Deras arbete undergrävdes av att mätinstrumenten var svårt bristfälliga. Sensorer i reaktorkärnan visade tillståndet i centrum, men inte i botten eller toppen. Om det uppstod obalans i reaktorn, till exempel vid ett nödstopp eller vid drift på låg effekt, kunde operatörerna inte se detta.

När reaktorn drevs på mindre än 10 procents effekt slog sensorerna i kärnan av automatiskt. Datorsystemet analyserade omkring 4 000 kontinuerliga mätvärden, men med tio till femton minuters fördröjning.

Terminalen för att avläsa säkerhetsmarginalerna för styrstavarna låg dessutom 50 meter från kontrollrummet. I ett krisläge var teknikerna vid Tjernobyl tvungna att köra reaktorn på känn.

Den 25 april förberedde personalen vid reaktor 4 ett viktigt test som skulle hjälpa dem at åtgärda ett allvarligt fel i RBMK-reaktorerna.

Reaktorn kunde bli av med kylvattenförsörjningen vid ett plötsligt strömavbrott, eftersom det tog 30 till 75 sekunder för nödgeneratorerna att starta. Det hade blivit en extra viktig fråga efter att Israel några år tidigare bombat och förstört den irakiska reaktorn i Osirak.

Experimentet skulle avgöra om man kunde använda kraften från de nedvarvande ångturbinerna för att driva kylvattenpumparna.

Tre tidigare försök hade gjorts vid olika reaktorer, utan goda resultat. Nu hade man installerat ny likriktarutrustning och var redo att försöka på nytt. Planen gick ut på att sänka effekten till 700 megawatt värme, långt under normal drift, stänga av en rad automatiska nödstoppsfunktioner och sedan påbörja försöket. Det satte i gång en lång kedja olyckliga händelser, misstag och felgrepp som tillsammans ledde till katastrof.

Tidigt på morgonen den 25 sänktes effekten från 3 200 till 1 600 megawatt, men en elnätsoperatör i Kiev begärde att testet skulle skjutas upp på grund av kraftbrist. Reaktorn stod kvar på sin låga nivå under resten av dagen.

Först 23.04 kunde förberedelserna fortsätta. Effekten sänktes gradvis. Nattskiftet tog över.

En sekundär förbränningsprodukt, Xenon-135, spelade en avgörande roll för vad som sedan hände. Xenon-135 är en mycket stark neutronabsorbent, och tenderar därför att bromsa kedjereaktionen i reaktorn. Den byggs upp under drift, men ”bränns bort” så länge effekten är hög. När reaktorn går ner i effekt byggs ett överskott av xenon-135 upp.

Den 26 april klockan 00.05 hade reaktorn nått 700 megawatt, men mängden xenon-135 som byggts upp under dagen fick effekten att rasa spontant.

00.28 När effekten fallit till 500 megawatt förde operatören Leonid Toptunov in styrstavar in för långt i reaktorn, och effekten föll okontrollerat till 30 megawatt. Reaktorn var praktiskt taget nedstängd. Ännu mer xenon-135 bildades.

01.00 Leonid Toptunov ville stoppa reaktorn, men chefingenjören Anatolij Djatlov insisterade på att testet skulle fullföljas. Det innebar att de på något sätt måste höja effekten igen. Nästan alla styrstavar drogs ut ur kärnan, men den steg ändå bara till 200 megawatt. Det enda som höll tillbaka reaktorn var nu den neutronabsorberande xenonisotopen.

Anatolij Djatlov bestämde sig för att starta testet på den låga nivån. Flödet av kylvatten ökades, dels på grund av testet, dels för att hålla kylvattnet över tillåten nivå. Detta sänkte reaktorns effekt ytterligare, och fler styrstavar drogs ut. Den stora mängden relativt svalt vatten i reaktorn ökade känsligheten.

Om effekten nu steg skulle vattnet explodera till ånga, som absorberar färre neutroner med ännu större effektökning som följd.

01.23 var förberedelserna för testet klara, men på en nivå långt under den rekommenderade.

Katastrofen tog mindre än en minut. Många detaljer kommer aldrig att bli kända, eftersom flera av operatörerna inte hann berätta sin version innan de dog. Det som hände har rekonstruerats i efterhand från mätdata, med matematiska simuleringar och ögonvittnesbeskrivningar.

01.23.04 Ångturbinen började varva ned, samtidigt som den alstrade elektricitet till kylvattenpumparna. Nödgeneratorn startade som planerat, men under en kort tid minskade flödet till pumparna. Effektökningen i härden, när det kvarvarande vattnet kokade till ånga, parerades av automatiska system.

01.23.40 Nödstoppsknappen ”AZ-5” slogs till av någon operatör. Varför har aldrig blivit känt. Det kan ha varit en rutinåtgärd för att stänga reaktorn efter testet. Styrstavarna började sjunka ner i härden, men på grund av problemet med grafitspetsarna ökade reaktiviteten våldsamt i den lägre delen av reaktorn.

01.23.43 Reaktorns effekt hoppade till 530 megawatt.

01.23.46 Varningssystem för härdens reaktivitet löste ut.

01.23.48 Säkerhetsventiler för ångtryck löste ut och dumpar överskottsånga.

01.23.49 Bränslestavar sprack av ångtrycket. Tre felmeddelanden registrerades av de automatiska systemen:

”Tryckökning i reaktorinneslutningen”

”Spänningsfall – 48v”

”Aktuatorfel hos automatisk kraftregulator 1 och 2”

01.24 Någon noterade i skiftchefens loggbok: ”Kraftiga smällar registrerade. Nödstopp-stavar stoppade innan brytare; strömförsöjning till nödstopp-stavarnas drivsystem avstängda.”

Förmannen Valeij Perevozchenko hade utsikt över reaktorhallen och såg de 350 kilo tunga locken på bränslestavarna ”hoppa som om en folksamling kastade hattarna i luften”.

När effekten plötsligt hoppade upp spräckte ångtrycket några bränsleelement i reaktorns nedre del. Det heta bränslet kom i kontakt med kylvattnet, som exploderade till ännu mer ånga. Styrstavarna klämdes fast, en tredjedel ned i reaktorn.

Effekten hoppade till 30 gigawatt, tio gånger mer än vid normal drift. Nästa ångexplosion förstörde reaktorn. Det 2 000 ton tunga locket kastades upp och landade på snedden i den öppna reaktorhärden. Bränslestavar och styrstavar slets sönder.

Mellan två och tre sekunder senare skedde en ny, betydligt kraftigare explosion. Efterhandskonstruktioner pekar på att detta var en kortlivad kärnreaktion motsvarande tio ton TNT.

Reaktorhallens tak och väggar förstördes. Höggradigt radioaktiva grafitblock, bränslekanaler, trasiga bränslestavar och annat material från reaktorn kastades ut. Där det landade startade bränder, bland annat på reaktorhallens tak. Den trasiga byggnaden bildade en skorsten som drev på branden. Radioaktiv rök steg ovanför lågorna.

2017 lanserade tre svenska forskare en ny teori om de första ögonblicken av olyckan.

I stället en första ångexplosion som blåste ur reaktorbyggnaden, och en andra som orsakades av vätgas som bildats av dissocierat vatten i den heta härden menar forskarna att haveriet startade med en kärnexplosion i reaktorns bränslerör.

Läs mer i en intervju med Lars-Erik de Geer, tidigare forskare på Totalförsvarets forskning institut FOI, i Ny Tekniks artikel från december 2017.

I reaktorhallen dog pumpteknikern Valery Chodemtjuk omedelbart. De övriga i byggnaden försökte ta reda på vad som hänt och hjälpa varandra i ruinerna som fyllts av radioaktivt damm och ånga. Dosimetrarna vid kontrollrummet saknade batterier, eller var för klena för att mäta de extrema strålningsnivåerna.

Reaktorchefen Aleksander Akimov slöt sig därför till att reaktorn fortfarande var intakt. Han stannade fram till morgonen och dog tre veckor senare av akut strålförgiftning. 20 av kraftverkets anställda fick dödliga skador under morgontimmarna.

Tio minuter efter explosionen var Pripjats brandkår på plats. Först gällde det att släcka de väldiga bränderna på taket. Mot reglerna hade det klätts med tjärpapp och var nu bestrött med dödligt radioaktiva grafitblock och delar av bränslestavar. Sex brandmän dog senare av strålskador.

Räddningstjänsten i Kiev kallades in, branden släcktes, och på förmiddagen växte räddningsarbetet snabbt.

3 400 militära reservister fick uppgiften att rensa taket. De kläddes i improviserade skydd av blyplåt som tagits från byggnadens väggar. Strålningen var så intensiv att de inte fick arbeta längre än mellan 25 sekunder och två minuter med att kasta ner avfall i den öppna kratern. Grafitblock från reaktorn lyftes med händerna. Fragment av bränsleelement togs upp med spadar.

De kallades ”bio-robotar”, eftersom det visat sig att fjärrstyrda maskiner inte klarade miljön på taket. Vilka stråldoser de utsattes för är fortfarande hemligstämplat.

Pripjat evakuerades. Det fanns risk för nya explosioner om härden bröt genom golvet ner till de vattenfyllda källarutrymmena under reaktorn. Tre frivilliga simmade in för att öppna säkerhetsventiler. Två dog senare.

Härden var fortfarande mycket varm och låg öppen. För att stabilisera den utfördes en massiv insats där helikopterpiloter släppte 5 000 ton sand, bor och bentonitlera ner i reaktorkratern. Regissören Vladimir Sjevtjenko filmade när en helikopter av typen Mi-8 kolliderade med en lyftkran och störtade.

Besättningen dog i kraschen, och Vladimir Sjevtjenko avled senare av strålskador. Det visade sig i efterhand att det mesta materialet från helikoptrarna missat.

Hundratusentals arbetare, många frivilliga från hela Sovjetunionen, började bygga det 70 meter höga skal som fortfarande står runt reaktor 4. Det fick namnet Sarkofagen.

Under tiden evakuerades minst 300 000 personer från ett område med 30 kilometers radie runt Tjernobyl. Den mest smittade jorden och skogen, och hela byar, grävdes ner.

I november stod sarkofagen på plats, och den första akuta fasen var över. Ändå var oron fortfarande stor, helt enkelt för att ingen visste hur det egentligen såg ut där inne. I ruinerna fanns fortfarande många ton kärnbränsle. I värsta fall kunde kombinationen av den smälta härden, vatten och de 5 000 ton material som släppts från helikoptrarna leda till en ny kedjereaktion.

Dagarna efter explosionen hade härdens temperatur stadigt ökat, för att sedan spontant minska igen. Ingen visste varför.

En liten grupp fysiker, ”Kurchatov-institutets komplexexpedition” fick uppgiften att ta reda på sanningen. De kommande åren kröp de genom ruinerna, i radioaktivt damm, där strålningen ofta gick upp till nivåer som kan ge akut strålsjuka. De var utrustade med munskydd av bomull, tunna plastoveraller, toppluvor och tejp. I reaktorhallen ångade betongen av värmen under golvet.

Först handlade det om kartläggning. Byggnadens ritningar stämde inte längre med verkligheten. Reaktorfragment och annat radioaktivt skrot hade kastats tillbaka ner i kratern.

– Allt var farligt. Plötsligt gick man runt ett hörn och det var 500 röntgen. Det var bara att springa, berättade Juri Buzulukov för BBC-programmet Horizons 1996.

Under sex månader närmade de sig själva reaktorn, utan att hitta några spår av det bränsle som borde funnits kvar.

Till slut, djupt i källaren, fann forskarna en egendomligt formad och extremt radioaktiv formation. Den lavaliknande klumpen döptes till ”elefantfoten”, men det var oklart hur den hamnat så djupt ner i byggnaden. Den strålade 10 000 röntgen i timmen och borde därför innehålla kärnbränsle.

Det blev nu nödvändigt att titta in i själva reaktorn. Efter 18 månaders borrande lyckades man sommaren 1988 föra in en donerad Sony-kamera  i inneslutningen. Det var en chock. Det fanns ingen skadad reaktorkärna. Inneslutningen var tom.

Tillbaka i källaren byggde forskarna en egen fjärrstyrd robot av en leksaksstridsvagn från GUM-varhuset i Moskva, med en kamera fastsurrad ovanpå. Den skickades in i källarvåningen under själva reaktorn. På grynig video syntes en mycket stor smält massa.

– Jag fylldes av glädje, sade forskaren Konstantin Tjetjerov till BBC.

Olycksnattens största explosion hade inte bara kastat upp det 2 000 ton tunga reaktorlocket, utan också tryckt ner basen och slagit ut reaktorns botten. Där hade smältande bränsle blandats med den isolerande sanden runt kärlet och sedan runnit som lava genom rör och korridorer.

Den stelnade massan kallas corium, en blandning av kärnbränsle, kontrollstavar och smält betong. Sandblandningen hade gett upphov till ytterligare ett mineral, som fick namnet tjernobylit.

Ingen av forskarna i den lilla gruppen drabbades av akut strålsjuka, men stressen var enorm. De följande åren dog tre av hjärtinfakter och två av hjärnblödningar. Konstantin Tjetjerov fick svåra ögonskador.

Men nu visste man att resterna av reaktorn var stabila, för tillfället.

Den första sarkofagen runt reaktor 4 var ett av alla tiders största civila ingenjörsprojekt. Den byggdes i extremt högt tempo, och var inte avsedd för att hålla mer än några år. Den skulle främst hålla ute vatten och dämpa nya utsläpp. Den reparerades i flera omgångar, men riskerade ständigt att falla sönder.

En riskfaktor var det stora reaktorlocket, som ligger på kant ovanpå en stor hög rasmassor. Om det började röra på sig kunde det röra upp damm och göra byggnaden än mer instabil. Sarkofagens väldiga takbalkar vilade direkt på betongväggarna som flyttades och skadades vid explosionen.

Bränslelavan i källaren förändrades också genom åren. Ryska forskare rapporterade att den inte längre var tät och glasliknande, utan hade utvecklat mikroskopiska porer som suger upp vatten. Ytan föll sönder och bildade ännu mer högradioaktivt damm. 2007 togs beslut om att bygga en ny sarkofag.

I slutet av 2016 började arbetet med att få den nya skyddande stålkonstruktionen på plats. Konstruktionens 36 000 ton stål har en livslängd på 100 år. Se en grafik över sarkofagen i den här artikeln från Ny Teknik i november 2016.

Reaktorn spydde radioaktiv rök i tio dagar. 70 procent av nedfallet hamnade i Vitryssland. Det har inte gått att påvisa några större ökningar av cancerfall i de drabbade områdena, men hälsoeffekterna av depressioner, alkoholism och fattigdom har varit stora.

Den avspärrade zonen runt Tjernobyl och Pripjat är i dag överväxt. Djurlivet är rikt, och det går turist­resor till reaktorn. Mycket av det som den evakuerade befolkningen tvingades lämna kvar är plundrat, även de tusentals kraftigt radioaktiva fordon som användes vid saneringsarbetet.

Slutrapporten från IAEA konstaterade att ansvaret för olyckan inte vilade på personalen, trots att flera har dömts till långa fängelsestraff. Det var en olämplig reaktorkonstruktion, dålig dokumentation och en ”allmän bristfällig säkerhetskultur” som orsakade katastrofen.

Tjernobylolyckan har kostat länderna runt om tusentals miljarder dollar. I dag undersöker ukrainska myndigheter möjligheten att låta folk flytta tillbaka till de avspärrade områdena.

RBMK-reaktorerna som fanns i drift runt om i Sovjetunionen byggdes om för att bli säkrare, och de fasas gradvis ut. De flesta nybyggen som planerats lades ner. Den sista reaktorn i Tjernobyl stängdes år 2000.