Il test di controllo | Darimar's Zone

Il test serviva quindi per valutare se fosse possibile sfruttare il momento d'inerzia residuo nelle turbine ancora in rotazione, ma disconnesse dal reattore, per alimentare le pompe durantel'avvio dei generatori diesel.

In parole povere, le pompe dell'acqua refrigerante funzionavano a elettricità. La rete elettrica che le faceva funzionare normalmente era quella esterna ma, se l'energia proveniente da questa rete fosse venuta a mancare a causa di un improvviso black-out, le pompe dell'acqua refrigerante si sarebbero bloccate (un grosso guaio!). Per ovviare al problema erano stati installati due generatori ausiliari a gasolio, che sarebbero entrati in funzione per sostituire la rete elettrica principale. La loro accensione, però, richiedeva tempo e ci si chiedeva se, durante questo tempo, l'energia prodotta dal movimento inerziale delle turbine fosse sufficiente a mantenere attive le pompe dell'acqua refrigerante. Si noti come il test fosse già stato condotto, in precedenza, su un altro reattore (ma con tutti i sistemi di sicurezza attivi!) ed avesse dato esito negativo: l'energia elettrica prodotta dall'inerzia delle turbine era risultata insufficiente ad alimentare le pompe intanto che i generatori diesel entravano in funzione. Erano state apportate quindi delle migliorie alle turbine, che richiedevano un nuovo test di verifica.

Introduzione all'esperimento

Alle 01:05 di venerdì 25 aprile iniziò la diminuzione della potenza verso lo spegnimento dell'impianto ed alle 14:00 circa la potenza era scesa a 1600 MW termici. In queste condizioni i sistemi di sicurezza automatici avrebbero normalmente interpretato il calo di potenza come dovuto a un black-out elettrico o ad un qualche altro tipo di anomalia ed avrebbero acceso immediatamente i generatori diesel in grado di attivare il sistema di raffreddamento d'emergenza, il che avrebbe interferito con la prova.

Fu allora deciso di isolare il turbogeneratore dai suoi sistemi di sicurezza automatici di emergenza.

Il reattore rimase operativo al 50% quasi tutto il giorno, fino alle 23:00 circa, per fornire energia alla rete e l'esperimento subì quindi un forte ritardo a causa di un guasto sulla rete elettrica civile che comportò una richiesta dalla regione di Kiev di attendere per ridurre ulteriormente la fornitura di energia.

Alle 23:10 si riprese a diminuire la potenza per raggiungere un valore fra 700 MW termici (il minimo permesso dalle norme di sicurezza) e 1000 MW termici (la potenza ideale per l'esperimento).

L'esperimento subì quindi un complessivo ritardo di circa 9 ore sulla tabella teorica di marcia prima di avere finalmente inizio. Probabilmente a causa di una cattiva taratura degli strumenti ma in ogni caso per un errore involontario degli operatori, le barre di controllo, la cui progressiva inserzione stava facendo diminuire la potenza del reattore come da programma, scesero più del previsto e la potenza del reattore precipitò improvvisamente a circa 30 MW termici, valori di potenza bassissimi.

Prossima allo spegnimento, la turbina era però ancora accesa: lavorava a potenza minima e forniva circa 10 MW elettrici, inferiori ad alimentare le pompe del sistema di refrigerazione, quindi la mossa corretta a questo punto sarebbe stata sospendere la prova e rimettere in funzione i dispositivi di emergenza. Gli operatori confidarono però di poter elevare la potenza ai valori previsti chiudendo anche i regolatori automatici preposti all'azione delle barre e passando tutte le barre di controllo ad operazioni manuali.

Era mezzanotte e l'idea fu pessima.

Gli operatori procedettero quindi eliminando tutti i regolatori automatici delle barre ed estraendo manualmente le barre di controllo una a una fino al limite di sicurezza di 30 barre ma riuscirono a stabilizzare il sistema solo all'1:00, dopo che furono rimosse ancora 22 barre di sicurezza, e ad appena 200 MW termici: in queste condizioni, per bloccare un eventuale eccessivo innalzamento di potenza con un arresto di emergenza rapido occorrono nell'RBMK circa 20 secondi!

A causa del vorace assorbimento di neutroni da parte dello xeno prodotto, non c'era possibilità di aumentare ulteriormente la potenza ma sembra che gli operatori non ne fossero a conoscenza oppure che abbiano tentato ugualmente.

In un primo momento, alle 01.07, fu aumentato il flusso di acqua refrigerante mettendo in funzione la pompa principale collegata alla rete elettrica principale, operazione vietata dalle normative di sicurezza. L'aumento del flusso dell'acqua provocò, in particolare, una caduta della pressione del vapore. A questo punto, per aumentare la potenza gli operatori estrassero quasi tutte le barre di controllo che restavano, tentarono di fare aggiustamenti manuali ogni pochi secondi per mantenerla costante e, probabilmente al fine di mantenere costante la pressione del vapore, ridussero infine il flusso dell'alimentazione di acqua.

Erano le 01.22.30: le condizioni apparivano sufficientemente adeguate allo svolgimento del test, che iniziò.

Il test e oltre...

Alle 01:23:04 fu scollegata la turbina dal vapore che l'alimentava e quindi il turbogeneratore, non più alimentato, iniziò a rallentare: come ho accennato, ci si proponeva di verificare se il suo moto per inerzia fosse in grado di fornire abbastanza energia da alimentare le pompe per il raffreddamento dell'acqua del nocciolo. Al rallentamento della turbina corrispose una diminuzione del flusso dell'acqua in circolo e, quindi, un permanere del vapore nel nucleo, all'interno del quale formò rapidamente delle bolle. La potenza del reattore cominciò poi a crescere piano piano poichè le bolle di vapore non sono refrigeranti e il combustibile iniziò a surriscaldarsi. Fu un breve e rapido susseguirsi di bolle che crescevano, temperatura del nocciolo che aumentava, pressione del vapore che saliva e flusso totale dell'acqua di refrigerazione che diminuiva perchè le pompe che la facevano circolare erano ormai decisamente sottoalimentate.

A questo si affianca l'effetto della distruzione dello xeno e quindi un ulteriore aumento della potenza del reattore. Quando la potenza del reattore iniziò ad aumentare visibilmente a seguito degli eventi appena descritti erano trascorsi appena 36 secondi dall'inizio dell'esperimento e gli operatori si resero conto che era iniziata l'emergenza: erano le 01.23.40.

Mi piace pensare di essere un uomo di scienza ma, non avendo io un bagaglio culturale che comprenda in modo specifico la fisica nucleare e, in particolare, le centrali nucleari a fissione, ho fatto parecchia fatica a comprendere, in modo abbastanza chiaro, gli eventi che sto qui descrivendo.

Quando non so o non capisco qualcosa, ho l'abitudine di chiedere delucidazioni a chi ne sa più di me.

Riporto qui di seguito una breve, ma spero ulteriormente chiarificatrice, spiegazione che mi è stata fornita, con estrema disponibilità, rapidità e gentilezza, dal Dott. R. Renzetti (fisicamente.net):

"Per l'esperimento erano state escluse le pompe di emergenza e si contava solo su quelle ordinarie. Secondo quanto era stato previsto, il turbogeneratore elettrico in decelerazione sarebbe dovuto essere in grado di alimentare le quattro pompe ordinarie (5,5 MW moltiplicato 4), più altre pompe che sono in funzione in varie altre parti del raffreddamento. In totale un 22 MW + all'incirca 10, cioè 30 MW, una enormità che incredibilmente era previsto fosse alimentata in quelle condizioni. Si è calcolato che chi eseguiva l'esperimento credeva di avere disponibili 250 MW (ed in tali condizioni le pompe avrebbero funzionato per 50 secondi, lo si sapeva!) mentre si era a soli 60MW (che non vanno tutti per le pompe ma devono alimentare tutta la centrale). A ciò si aggiunse un altro problema: non essendovi energia sufficiente dal reattore per metterle in funzione si sarebbero dovuti accendere automaticamente i diesel. E ciò avvenne con ritardo, quello sufficiente affinchè il reattore si scaldasse troppo. Si deve tener conto che il reattore RBMK non ha i circuiti separati di vapore e raffreddamento, funziona con un solo circuito: se le pompe non funzionano, dentro il reattore l'acqua, che non circola, vaporizza e le bolle di vapore non raffreddano."

Gli operatori reagirono attivandosi per reinserire le barre di controllo ma, considerate la situazione instabile in cui ci si trovava e le elevatissime temperature che si stavano producendo, i terminali di grafite, nel discendere, fusero gli elementi di combustibile che si trovavano nella parte inferiore del nucleo, provocando i primi danni strutturali.

Infatti, a causa della lenta velocità del meccanismo d'inserimento delle barre di controllo (quei lunghissimi 20 secondi cui ho accennato sopra...) e dell'estremità in grafite delle barre (gli "estensori", la porzione finale delle barre lunga circa 1 metro), l'inserzione delle barre contribuì ad aumentare la potenza del reattore anzichè bloccarla: nei primi secondi le estremità in grafite delle barre rimpiazzarono nel reattore un uguale volume di acqua di raffreddamento ma, mentre l'acqua refrigerante assorbe neutroni, la grafite funge da moderatore portando i neutroni alla velocità ottimale per la reazione.

La conseguenza immediata fu che, all'inizio dell'inserzione delle barre, la reazione venne improvvisamente accelerata producendo un enorme aumento di potenza nel reattore cui segui un proporzionale innalzamento della temperatura. L'improvviso aumento di temperatura (dopo pochi secondi dall'inizio dell'inserzione delle barre - fra le 01:23:04 e le 01:23:47 - la potenza del reattore raggiunse i 30 GW termici, dieci volte la potenza normale, e la temperatura del nocciolo raggiunse i 2.000 °C) deformò i canali delle barre di controllo che stavano scendendo, al punto che le barre si bloccarono a circa un terzo del loro cammino, e quindi non furono più in grado di arrestare una reazione in cui l'aumento di potenza diveniva incontrollato a causa del coefficiente di vuoto positivo. L'operatore se ne rese conto e tolse la corrente al servomeccanismo, in modo che le barre potessero cadere per gravità ma le condizioni estreme in cui si trovata l'ambiente nel reattore avevano distrutto i canali all'interno dei quali, normalmente, avrebbero dovuto scivolare le barre. La reazione a catena andava avanti senza essere moderata o refrigerata con la conseguenza che la temperatura del nucleo e la pressione del vapore continuavano ad aumentare. Alle 01:24:00, 20 secondi dopo l'inizio dell'emergenza, piccole parti di combustibile ad alta temperatura, reagendo con l'acqua, provocarono una potente esplosione del vapore che distrusse letteralmente il nocciolo della centrale, danneggiò il tetto e fece sollevare il coperchio monoblocco di acciaio della centrale (pesava circa 2000 tonnellate). Ricadendo, esso si incastrò tra le opere murarie e nei suoi violenti spostamenti strappò cavi e varie tubature provocando ulteriori svariati danni. Dopo pochissimi secondi, seguì una seconda esplosione, ancora più violenta che coinvolse l'idrogeno prodotto dalla reazione ad alta temperatura tra vapore e zirconio (il materiale che faceva da camicia ai tubi che contenevano le barre) e grafite incandescente.

Man made Hell"

Secondo alcuni testimoni oculari presenti all'esterno della centrale, le esplosioni scagliarono in aria pezzi di materiale in fiamme fra i quali c'era anche grafite, elementi di combustibile, parti del nocciolo e delle strutture portanti.) che, ricadendo, cominciarono allargare l'incendio al corpo della centrale stessa. L'"effetto camino" delle spaccature nel tetto favorì a sua volta l'estensione ulteriore dell'incendio e una colonna di fumi, contenenti isotopi radioattivi, si alzò per oltre un chilometro sopra la centrale, formando una densa nube.

I componenti pesanti di questi fumi ricaddero rapidamente nelle vicinanze della centrale ma i componenti più leggeri furono veicolati verso Nord-Est dai venti e si diressero verso l'Europa.

Il reattore era ormai completamente distrutto ma la reazione a catena, paradossalmente e quasi "diabolicamente", proseguiva perchè vi erano uranio-235 e grafite ancora efficienti. La temperatura non smise mai di aumentare e il nocciolo cominciò a fondere in una massa unica, nella quale la reazione a catena proseguiva inesorabile, penetrando nel suolo per oltre 4 metri. Oltre un centinaio di incendi divampavano in prossimità del reattore, all'interno della centrale o nelle aree esterne ad essa.

Occorreva fermarli, spegnere la grafite e contenere la radioattività dei fumi prodotti...

il test di controllo

Per il 25 aprile era stato programmato lo spegnimento del reattore n°4 per le normali operazioni di manutenzione. Se ne approfittò per eseguire un test finalizzato a valutare la capacità delle turbine di generare elettricità sufficiente ad alimentare i sistemi di sicurezza anche in assenza della rete elettrica: l'energia prodotta dal momento inerziale delle turbine sarebbe stata sufficiente ad alimentare le pompe dell'acqua refrigerante del reattore qualora fosse improvvisamente venuta a mancare l'alimentazione elettrica esterna? I reattori come quelli di Chernobyl avevano ciascuno due generatori diesel di emergenza.