Tuesday, June 25, 2013

Thảm họa Chernobyl (phần 3)



Sau một thời gian, khi hệ thống ổn định tương đối ở mức công suất 200MW, việc chuẩn bị thí nghiệm lại được tiếp tục. Theo kế hoạch, các máy bơm bổ sung được kích hoạt vào lúc 1h05 ngày 26/4 để tăng lượng nước làm mát. Dòng làm mát xối mạnh qua lò phản ứng đã làm tăng nhiệt độ đầu vào của nó đến mức gần sôi, khiến cho biên độ an toàn giảm đi. 1h19 sáng, dòng làm mát này đã vượt quá giới hạn cho phép. Cùng lúc đó, nó làm nhiệt độ của lò giảm, đồng nghĩa với việc không có các bong bóng hơi nước bên trong dòng nước. Và vì nước không có bong bóng hơi sẽ hấp thụ nhiều neutron hơn (bản thân nước cũng là chất hấp thụ neutron), việc kích hoạt các máy bơm bổ sung đã làm suy giảm công suất của lò. Vì thế, người vận hành buộc phải rút bớt các thanh điều khiển thủ công để duy trì công suất.

Toàn bộ những diễn biến này đã khiến cho hoạt động của lò trở nên cực kỳ không bền. Hầu hết mọi thanh điều khiển đã bị rút ra, vô hiệu hóa tác dụng của các thanh an toàn cho vào lúc trước nhằm làm dừng lò phản ứng. Tiếp đó, nước làm mát đã làm giảm mức sôi, nhưng lại ở nhiệt độ gần sôi, vì thế bất kỳ việc tăng công suất nào sẽ gây sôi nước làm mát và làm giảm lượng neutron mà nước làm mát đang hấp thụ. Cấu hình không bền này của lò rõ ràng đã vượt ra khỏi giới hạn an toàn theo thiết kế của lò.

Thí nghiệm và vụ nổ

Lúc 1h23’04’’ người ta bắt đầu thực hiện thí nghiệm. Hơi nước đến turbin bị cắt, vòng quay của turbin chậm dần, kéo theo việc chậm dần của 4 (trên tổng số 8) bơm tuần hoàn chính. Máy phát điện diesel khởi động và dần dần tiếp nhận phụ tải cho đến 01h23’43’’. Trong suốt quá trình này, năng lượng cấp cho 4 máy bơm tuần hoàn lấy từ turbin bị giảm dần. Khi đó, dòng nước làm mát giảm theo, tạo bong bóng hơi trong lõi. Với mức công suất thấp của lò phản ứng loại RBMK (loại lò phản ứng nước sôi), việc này gây ra vòng phản hồi dương. Bong bóng hơi nước làm giảm mức hấp thụ neutron, có nhiều neutron hơn nên công suất lò tăng lên, công suất tăng làm nhiều nước bốc hơi hơn, và lại càng có thêm bong bóng hơi. Dù vậy, trong suốt quá trình thí nghiệm, hệ thống điều khiển tự động đã chặn được dòng phản hồi dương này, bằng cách liên tục cho thêm các thanh điều khiển vào lõi để ngăn ngừa việc gia tăng công suất.

Lúc 01h23’40”, theo ghi nhận tại hệ thống điều khiển trung tâm SKALA, quá trình dừng lò khẩn cấp bắt đầu khởi động bằng việc ấn nút EPS-5 (còn gọi là nút AZ-5) trên hệ thống bảo vệ khẩn cấp lò phản ứng, làm toàn bộ các thanh điều khiển được đưa vào lò, bao gồm cả các thanh điều khiển thủ công mà trước đó đã bị rút ra. Lý do nhấn nút EPS-5 đến giờ người ta vẫn chưa rõ, có thể là một phần của tình huống khẩn cấp hoặc đơn thuần là phương thức dừng lò khi đã tiến hành xong thí nghiệm. Cũng có một giả thuyết là người vận hành nhấn nút này để ngắt việc tăng công suất đột ngột của lò phản ứng, dù không có dữ liệu nào được ghi nhận để minh chứng cho điều này. Một giả thuyết khác là tín hiệu tự xuất phát từ hệ thống EPS, nhưng SKALA đã ghi nhận tín hiệu dừng là do nhấn nút thủ công. Đã có nhiều cuộc tranh luận xung quanh việc nút EPS-5 liệu có thật sự được nhấn không và nếu có thì nhấn vào lúc nào. Có người khẳng định việc tăng công suất đột ngột tạo ra áp lực ngay từ đầu, có người lập luận rằng không ai nhấn nút cho đến khi lò phản ứng bắt đầu tự hủy, có người lại tin rằng lúc nhấn nút thì lò vẫn đang hoạt động bình thường. Dù sao đi nữa, thực tế là nút này đã bị nhấn và các thanh điều khiển bắt đầu được đưa vào trong lõi. Cơ cấu dịch chuyển thanh điều khiển hoạt động khá chậm (0.4m/s), mất từ 18s đến 20s để các thanh này đi qua chiều cao khoảng 7m của lò phản ứng. Nghiêm trọng hơn là, việc thiết kế các thanh điều khiển có đầu graphite, chúng đã chiếm chỗ của nước làm mát trong lò – vốn đang có tác dụng hấp thụ neutron. Kết quả là việc đưa các thanh điều khiển này vào trong lò lại làm tăng tốc phản ứng ở nửa dưới của lõi.

Vài giây sau khi quá trình dừng lò bắt đầu, công suất của lò đột ngột tăng mạnh, lõi bị quá nhiệt, và sau vài giây nữa thì xảy ra vụ nổ đầu tiên. Một số thanh nhiên liệu vỡ vụn, cản đường đi của các thanh điều khiển và làm chúng mắc kẹt khi mới đi được một phần ba đoạn đường. Trong vòng 3 giây, công suất của lò lên tới trên 530MW. Hậu quả của việc này về sau được biết đến thông qua mô hình toán học, vì sau thời điểm này các thiết bị đo không còn ghi nhận được thông tin nào nữa. Thứ nhất, việc công suất tăng mạnh dẫn đến tăng nhiệt độ của các thanh nhiên liệu, hơi nước tích tụ nhanh và áp suất tăng vọt. Việc này đã phá hủy các thanh nhiên liệu và các kênh chứa những thanh này. Theo một vài ước lượng, công suất lò có thể đã vọt lên tới 30GW, gấp 10 lần công suất hoạt động bình thường. Hiện không có cách nào dựng lại chính xác chuỗi sự kiện dẫn đến việc phá hủy lò phản ứng và tòa nhà bên ngoài, song nhìn chung, hơi nước từ các kênh bị vỡ đã xâm nhập vào cấu trúc bên trong của lõi, phá hủy vỏ lò, giật tung khối nắp lò 2.000 tấn (cùng với toàn bộ lò phản ứng được vít chặt vào đó). Có vẻ như đây là tiếng nổ đầu tiên mà nhiều người nghe thấy. Về bản chất đây là một vụ nổ hơi nước, như một nồi hơi nổ khi áp lực hơi nước quá mạnh. Vụ nổ này đã làm gãy các thanh nhiên liệu còn lại, khiến nước trong lò bốc hơi và thoát ra khỏi tim lò. Việc mất nước làm mát cộng với hệ số phản hồi dương tiếp tục làm tăng công suất của lò phản ứng.

Vụ nổ thứ hai, mạnh hơn vụ đầu, xảy ra sau khoảng 2 đến 3 giây. Các bằng chứng cho thấy việc rò rỉ hạt nhân gây ra vụ nổ thứ hai này. Vụ nổ đã làm vỡ tim lò và ngăn không cho sự việc tiếp diễn. Dù thế, đám cháy các thanh graphit vẫn tiếp tục, phát tán vật liệu phóng xạ và làm ô nhiễm các khu xung quanh. Thoạt tiên, có vài giả thuyết về bản chất của vụ nổ số 2. Một giả thuyết cho là vụ nổ gây ra bởi khí hydro, tạo thành từ phản ứng giữa hơi nước quá nhiệt và zirconium, hoặc tạo thành từ phản ứng giữa graphit nóng đỏ và hơi nước (phản ứng này sinh ra hydro và khí CO). Một giả thuyết khác cho rằng vụ nổ thứ hai là do nhiệt lượng sinh ra từ các neutron nhanh, giải phóng ra khi trong lò không còn nước làm mát. Giải thuyết thứ ba cho rằng nguyên nhân vụ nổ vẫn chỉ là hơi nước. Theo giả thuyết này, dòng hơi thoát ra có áp suất cao là nguyên nhân phá hủy lò phản ứng, tung ra phần lớn nhiên liệu hạt nhân và graphit.

Những người quan sát bên ngoài lò số 4 nhận thấy một lượng lớn vật liệu và tia lửa tung lên phía trên lò. Một phần đã rơi xuống mái phòng máy và gây ra hỏa hoạn. Khoảng 25% số graphit nóng đỏ và vật liệu trong lò đã rơi ra ngoài. Một phần của chúng thậm chí còn bay ra khỏi tường bao lò phản ứng. Do tường bao bị hư hại, gió thổi vào tận tim lò và gây cháy các thanh graphit ở đó.

Dù thế, tỷ lệ đồng vị Xenon thoát ra đã cho thấy những bằng chứng chắc chắn của một vụ nổ hạt nhân cỡ nhỏ. Tổng cộng, lượng nổ tương đương khoảng 0,01 kiloton TNT (40GJ). Tuy nhiên, phân tích về sau cho thấy chỉ một phần nhỏ của lõi đã gây nên vụ nổ này.

Đi ngược lại các quy định an toàn, người ta dùng vật liệu bắt lửa (nhựa đường) để làm phần mái của tòa nhà chứa lò phản ứng và gian đặt máy. Mái lò phản ứng số 3 bên cạnh (lúc đó vẫn đang hoạt động) đã bắt lửa ít nhất 5 lần, buộc mọi người khẩn cấp dập lửa và bảo vệ hệ thống làm mát lò phản ứng. Bên lò số 3, trưởng ca đêm Yuri Bagdasarov muốn dừng lò ngay, nhưng kỹ sư trưởng Nikolai Fomin không cho phép. Các công nhân vận hành được phát mặt nạ phòng độc và thuốc iot kali để tiếp tục làm việc. Đến 5h, Bagdasarov quyết định dừng lò, chỉ để lại những công nhân vận hành hệ thống làm mát.

Mức độ phóng xạ

Mức độ phóng xạ ở khu vực chịu ảnh hưởng nặng nề nhất trong tòa nhà lên tới khoảng 5.6R/s, tương đương hơn 20,000R/h. Mức độ gây tử vong là khoảng 500R trong 5h, vì thế ở một số nơi, những công nhân không có bảo hộ nhận liều phóng xạ chết người trong vài phút. Tuy thế, vụ nổ đã ngăn cản tổ công tác tiếp cận liều lượng kế 1,000R/s, và một liều lượng kế khác bị hỏng khi khởi động. Tất cả các liều lượng kế khác có giới hạn 0.001R/s, do vậy chỉ có thể báo hiệu  mức độ phóng xạ đang vượt quá “ngoài thang đo”. Tổ công tác ở lò biết chắc là mức phóng xạ cao hơn 0.001R/s, nhưng không biết thực tế mức đó cao hơn rất rất nhiều.

Vì số đo sai, trưởng ca tối Alexander Akimov cho rằng lò phản ứng chưa bị hư hại. Những vật chứng như graphit và thanh nhiên liệu nằm rải rác bị bỏ qua. Đến 4h30 sáng, khi một liều lượng kế khác được mang đến, họ cho là liều lượng kế bị hỏng. Akimov ở lại với kíp thợ đến sáng, tìm cách bơm nước vào lò phản ứng. Không ai trong số họ mang đồ bảo hộ, hầu hết (kể cả Akimov) đều tử nạn trong vòng 3 tuần vì nhiễm phóng xạ.

(Còn tiếp)

Xem các phần khác:

No comments:

Post a Comment