Čo stálo za vznikom a haváriami prvej slovenskej jadrovej elektrárne Bohunice A1, odkrýva Andrej Žiarovský v podcaste #10

Sledujte na YouTube: bit.ly/3MAqPZb

Vzhľadom na obmedzené zásoby uhlia a nedostatok ropy a plynu, sa Československo v prvej polovici 50. rokov rozhodlo pre rozvoj jadrovej energetiky. S bohatou tradíciou v energetickom priemysle vtedajšie československé vedenie chcelo využiť zásoby uránu v Jáchymove, a neďaleko mesta Příbram. V spolupráci so Sovietskym zväzom, bol vyvinutý unikátny typ jadrového reaktora, ktorý bol moderovaný ťažkou vodou a chladený oxidom uhličitým. Vtedy bol a dodnes zostal jediným svojho druhu na svete.

„Z historického hľadiska je výnimočné, že  Sovietsky zväz umožnil jednému zo svojich satelitov pomerne samostatný vývoj technológie v tak citlivej a strategickej oblasti, ako je jadrová energetika,“ zdôrazňuje Andrej, v reakcii na to, že sovietske vedenie zverilo vývoj a konštrukciu úplne novej jadrovej technológie do rúk československých odborníkov.

Projekt elektrárne A1 bol skutočne jedinečný. Nová technológia mala fungovať na báze neobohateného prírodného uránu a hoci sa Sovieti podieľali na vedeckom riadení projektu a dodávkach jadrového paliva, samotný dizajn, projektovanie ako aj výroba technologických komponentov boli v rukách československých podnikov, ako Energoprojekt Praha, Škoda Plzeň alebo bratislavský Hydrostav.

Čím sa elektráreň A1 odlišovala od súčasných jadrových elektrární

Základom elektrárne A1 bol reaktor KS-150, ktorý ako palivo využíval prírodný kovový urán chladený plynným oxidom uhličitým. Prírodný urán ale obsahuje len 0,7 % štiepneho uránu-235, preto obyčajná voda nemá v jeho prípade dostatočné moderačné účinky. Na moderovanie neutrónov sa preto použila ťažká voda (D2O), ktorá má namiesto bežných atómov vodíka atómy deutéria, tzv. ťažkého vodíka.

„V súčasných tlakovodných reaktoroch typu VVER 440 sa používa obohatený urán na keramickej báze a ako moderátor a chladič slúži ľahká voda,“ vysvetľuje Andrej, pričom upozorňuje, že pri konštrukcii reaktora elektrárne A1 československí odborníci nie úplne domysleli niektoré dôležité prvky. Napríklad to, že pri strete oxidu uhličitého s molekulou vody, nezáleží, či ľahkej, alebo ťažkej, sa vytvára kyselina uhličitá, ktorá výrazne prispieva ku korózii. Toto bol jeden z najvážnejších problémov, ktorý trápil elektráreň.

Kovový urán, ktorý má teplotu tavenia viac než 1100 °C, je citlivý na vyššie teploty a pri 667 °C prechádza alotropickými premenami, pri ktorých sa menia jeho fyzikálne vlastnosti. Z tohto dôvodu bolo nutné použiť pri odvode tepla z reaktora KS-150 ako chladiace médium oxid uhličitý, ktorý dokáže absorbovať veľké teplotné rozdiely. Plyn sa pri prechode reaktorom zohrieval zo 113 °C až na 416 °C, čo je viac než 300-stupňový rozdiel. Chladiaca voda v tlakovodných reaktoroch VVER-440 cirkuluje  pod tlakom 12 MPa pri teplote okolo 300 °C a bez zmeny skupenstva je možné ju ohriať len o niekoľko stupňov.

Ďalšou významnou odlišnosťou elektrárne A1 bola zložitá konštrukcia parogenerátorov s množstvom zvarov. To v kombinácii s koróziou spôsobovalo problémy s netesnosťami.

Zásadný rozdiel bol v spôsobe výmeny paliva. „Na rozdiel od reaktorov VVER sa  v reaktore KS-150 palivo vymieňalo priebežne. Každý palivový článok sa dal vymeniť separátne. Bola to daň za používanie prírodného uránu, ktorý mal nižšiu energetickú využiteľnosť v porovnaní s modernými palivami a toto tiež prispievalo k prílišnej zložitosti reaktora,“ objasňuje Andrej.

A1 v prevádzke

Elektráreň Bohunice A1 prvý krát dosiahla kritickosť dvadsaťpäť minút po polnoci 24. októbra 1972. Práve kvôli zložitosti konštrukcie a energetickej náročnosti cirkulácie chladiaceho média mala výrazne nižšiu účinnosť (22 – 26 %) než súčasné reaktory. Pre porovnanie, reaktor VVER 440 má termodynamickú účinnosť 33 % a moderné tlakovodné reaktory generácie 3+ dosahujú účinnosť 35 až 37,5 %.

Vlastná spotreba energie elektrárne A1 presahovala 20 %, čo je viac než dvojnásobok štandardnej hodnoty 8 % pre tlakovodné reaktory.

Zložitá konštrukcia palivových kanálov vyvolaná potrebou priebežnej výmeny paliva spôsobila, že tlaková nádoba reaktora mala výšku až 20 metrov a priemer 5,1 metra. To bolo výrazne viac než pri VVER 440, ktoré majú výšku 13,7 a priemer 3,8 metra. Z rovnakého dôvodu mal zložitú konštrukciu aj robustný zavážací stroj.

Koniec A1 prišiel po dvoch haváriách

K prvej havárii došlo pri výmene paliva 5. januára 1976. Pri manipulácii s palivovým článkom v kanáli H-05 došlo k náhlemu vystreleniu palivového článku z reaktora. „Našťastie bol reaktor deň predtým odstavený a nešiel na plný výkon,“ popisuje podrobne kritické udalosti Andrej Žiarovský. Palivový článok, pri ktorom len palivová náplň vážila viac než 160 kg a merala takmer 10 metrov, zasiahol konštrukciu žeriava, pričom sa rozpadol. Súčasne, z otvoreného palivového kanála začal pod tlakom 4,2 MPa obrovskou rýchlosťou unikať oxid uhličitý.

Tlakový spád pri úniku plynu spôsobil kondenzáciou až namŕzanie atmosférickej vlhkosti. Priestor reaktorovej sály sa zahalil do hmly. „Hučalo to ako siréna,“ popisuje Andrej. “Traja technici, medzi nimi aj Viliam Pačes, budúci hrdina, mali šťastie a stihli uniknúť. Okamžite bol vyhlásený poplach. Na nešťastie dvom pracovníkom, ktorí asi poplach nezaregistrovali včas, sa však už uniknúť nepodarilo. Zomreli na udusenie oxidom uhličitým.“

V dôsledku poklesu tlaku a nešťastného zníženia výkonu kompresorov, hrozilo prehriatie reaktora. „Vedúci oddelenia technického rozvoja, neskorší riaditeľ elektrárne Temelín, František Hezoučký, požiadal operátora zavážacieho stroja Viliama Pačesa, aby sa s kyslíkovým prístrojom do reaktorovej sály vrátil a poškodený kanál utesnil zavážacím strojom. Vzhľadom k podmienkam, ktoré panovali v reaktorovej sále je až zázrakom, že sa mu to podarilo,“ hovorí Andrej. Vzápätí sa situácia začala zlepšovať a po úspešnom zvýšení otáčok kompresorov sa situácia stabilizovala. Následná analýza však ukázala poškodenie 34 palivových článkov, ktoré museli byť vymenené. Havária bola klasifikovaná podľa medzinárodnej stupnice jadrových a radiačných udalostí INES na úrovni 4, k ohrozeniu obyvateľstva však nedošlo.

O rok neskôr, 22. februára 1977, došlo k ďalšej havárii, opäť pri manipulácii s palivovým článkom, tentoraz v kanáli C05. Táto havária si našťastie  nevyžiadala ľudské obete, ale jej dôsledky znamenali koniec elektrárne A1.

Čo presne sa v osudný deň v Bohuniciach stalo? Hrozil podobný scenár ako pri haváriách v Černobyle alebo Fukušime? Ako dnes vyzerá situácia v jadrovej elektrárni A1 a aký obrovský význam pre slovenskú jadrovú energetiku mala? To všetko sa dozviete pri vypočutí celého podcastu na YouTube kanáli našej spoločnosti VUJE, a. s.