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La ricostruzione video dell’esplosione del reattore n. 4 della centrale di Chernobyl

Cosa è successo a Chernobyl il 26 aprile 1986? Per capirlo abbiamo ricostruito in 3D il reattore n°4 della centrale per ripercorrere gli eventi poco prima del disastro avvenuto 37 anni fa.

26 Aprile 2023
18:30
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La ricostruzione video dell’esplosione del reattore n. 4 della centrale di Chernobyl
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Il disastro di Chernobyl è avvenuto il 26 aprile del 1986 alle ore 01:23  a causa di un test di sicurezza fallito del reattore numero 4 della centrale nucleare nel comune di Pripyat‘, nell'attuale Ucraina, a circa 100 km da Kiev. Quello di Chernobyl è il più grave incidente nucleare della storia, e le cause di questa catastrofe furono un errore di progettazione del reattore e un errore umano: come conseguenza ci furono tra 200 mila e i 350 mila sfollati, 64 morti legati direttamente all’incidente e migliaia di casi di malati oncologici nei mesi e negli anni successivi, come riportato nel rapporto del Chernobyl Forum redatto da agenzie dell’ONU. Cos'è successo quella notte e perché i sistemi di sicurezza non hanno spento il reattore? Il disastro si poteva evitare?

Come funzionava il reattore n°4?

Il Chernobyl Power Complex, così era chiamato, era dotato di quattro reattori RBMK-1000 che producevano circa il 10% dell'elettricità dell’Ucraina.  Per capire cosa ha innescato il disastro della centrale di Chernobyl nella notte tra il 25 e 26 aprile del 1986 vediamo prima il funzionamento del reattore nucleare.

Centrale nucleare RBMK
Schema di una centrale nucleare RBMK

Questo reattore funzionava con il biossido di uranio (U-235) arricchito al 2% ed era capace di produrre 1000 MWe al giorno.  Il nucleo del reattore era alto circa 7 m e aveva un diametro di circa 12 m.

Il reattore per funzionare era dotato di pompe elettriche, che, attraverso un sistema di tubi, erano collegate alla sede delle barre di combustibile. Le pompe facevano circolare dal basso verso l’alto l’acqua che doveva essere riscaldata, trasformandola in vapore. Il vapore prodotto, veniva accumulato nella parte superiore del reattore in appositi serbatoi pressurizzati, che erano direttamente collegati alle turbine. Tutto questo era collegato a un sistema di trasmissione che faceva girare i generatori elettrici da 500 MW.Il ciclo poi ricominciava e la centrale generava elettricità.

La reazione di fissione nucleare è una reazione incontrollata che rilascia una grande quantità di energia e soprattutto di neutroni che viaggiano alla velocità della luce. Il reattore, per stabilizzare la fissione, aveva bisogno di un sistema che rallentasse questi neutroni, per questo era dotato di moderatori in grafite. Questi blocchi, che circondavano le barre di combustibile, facevano rimbalzare i neutroni che li attraversavano da una parete all'altra rallentandoli. Il neutrone, raggiunta la giusta velocità, aveva la capacità di rompere più atomi e rendere più efficiente la reazione nucleare. Però questo non basta a far funzionare tutto il sistema, infatti i reattori devono avere un interruttore e un modo per impostare la loro potenza. Per questo il reattore era dotato di barre di controllo che erano fatte di boro con un elemento finale in grafite, in grado di assorbire i neutroni e quindi di rallentare la reazione. Quando queste barre sono tutte su, il reattore è acceso, quando scendono tutte giù, è spento. Queste barre, però, avevano anche il compito di impostare la potenza del reattore in base alla loro altezza, infatti, sollevando o abbassando le 211 barre di controllo a diverse altezze, si poteva letteralmente decidere quanto calore poteva produrre il reattore.

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Moderatori in grafite che circondano le barre di combustibile

Perché è esploso?

Ora che sappiamo come funzionava questo tipo di reattore vediamo come e perché è esploso. Possiamo subito dire che le cause dell’esplosione sono due: la prima è che il reattore aveva un difetto di progettazione nelle barre di controllo e nel sistema di sicurezza, il secondo, è stato un fattore umano.

Il test di sicurezza del reattore

Nella notte tra il 25 e il 26 aprile del 1986, la centrale stava conducendo delle prove tecniche per determinare l'efficienza del reattore in condizione di un'interruzione elettrica improvvisa, ovvero un blackout. Per mantenere in sicurezza il reattore, le pompe che distribuivano l’acqua per raffreddare il sistema erano connesse a dei generatori di emergenza diesel che ci mettevano circa un minuto per accendersi. In quel minuto, se le pompe non fossero entrate in funzione si sarebbe creato tantissimo calore incontrollato: un rischio troppo grande. Per compensare il tempo di attivazione, l’idea era quella di provare a utilizzare parte della spinta residua delle turbine che facevano girare il generatore.

Ripresa del test

Il test doveva essere svolto durante il turno diurno del 25 aprile, perché il reattore in quella giornata sarebbe dovuto essere spento per manutenzione. Lo spegnimento del reattore, però, fu interrotto perché la linea di distribuzione aveva bisogno di elettricità in quelle ore. Così gli operatori della centrale mantennero il reattore al 50% della sua potenza per tutto il giorno. A causa di questo imprevisto, il test era stato posticipato di 10 ore e sarebbe stato il turno notturno a svolgerlo, che non era qualificato e soprattutto non era preparato al test.

Alle ore 23, il turno serale fa ripartire il test, iniziando la sequenza di spegnimento del reattore, a mezzanotte subentra il turno di notte e imposta il reattore in controllo automatico al 22% della potenza.

Avvelenamento del reattore con il gas Xeno

C’è da dire un’altra cosa importante, che poi ci farà capire bene certi risvolti: nelle ore precedenti il reattore si era – come si dice in gergo-, avvelenato con il gas Xeno, un gas prodotto dalla reazione stessa che però assorbe una grande quantità di radiazioni. Questo gas, in condizioni normali, veniva bruciato quando il reattore lavorava a piena potenza. Lo xeno è un gas che assorbe neutroni e quindi interferisce con il sottile equilibrio della reazione nucleare.

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Reattore avvelenato con il gas Xeno

Ed è qui che cominciano i primi problemi: il controllo automatico del reattore non considerava l’avvelenamento da Xeno e così la potenza cominciò a scendere rapidamente arrivando al 1%. Lo xeno in questa situazione ha reso instabile l’impianto, infatti una regola base di sicurezza degli impianti nucleari è quella di non riavviare un reattore avvelenato con questo gas. Intorno all’1:05, per aumentare la potenza, furono estratte tutte le barre di controllo tranne 6, violando le norme di sicurezza che ne prevedevano almeno 30 inserite per mantenerlo in sicurezza.

L'arresto di emergenza del reattore

Questa manovra, insieme alle già instabili condizioni del nucleo, provocò la formazione  delle bolle di vapore e l’aumento della pressione. Questa situazione critica non era riportata sui pannelli di controllo, così il personale iniziò il test vero e proprio ignaro di tutto. il sistema di controllo automatico e il sistema di raffreddamento di emergenza furono disattivati: questo avrebbe permesso di capire se era possibile utilizzare la spinta delle turbine senza che il generatore subentrasse. Dalle testimonianze non si ha un'idea chiara di quello che è successo durante i secondi successivi, ma sappiamo che qualcuno all’1: 24 del 26 Aprile ha deciso di interrompere il test schiacciando il famoso tasto AZ-5, avviando così la sequenza di SCRAM, ovvero l’arresto di emergenza del reattore, immettendo tutte le barre di controllo all’interno del nucleo.

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Centrale di controlle del reattore 4

Ma questa manovra ha avuto letteralmente l’ effetto contrario, è diventato il detonatore del disastro. Le condizioni instabili del reattore e le altissime temperature avevano infatti deformato le sedi dove scorrevano le barre di controllo. Siccome le barre ci mettevano circa 20 secondi a scendere del tutto nei canali e data la presenza di una barra di grafite alla fine delle barre di controllo, quando hanno iniziato la discesa il boro avrebbe dovuto rallentare la reazione.

L’impatto delle punte in grafite con i condotti danneggiati ha generato una reazione talmente potente da spezzare le barre di controllo, inceppandole a un terzo del percorso. Il nucleo ha cominciato a produrre 10 volte la potenza nominale del reattore raggiungendo 30 GWt di potenza, creando  così tanto vapore da non riuscire a scaricarlo: le reazioni di fissione si sono sommate e la pressione ha distrutto del tutto i condotti del carburante.

L’esplosione

A causa dell'accumulo di vapore d'acqua e gas all'interno del nucleo e della mancanza di un adeguato controllo del processo di fissione nucleare, si verificò un'esplosione violenta che fece saltare in aria il tappo da 1000 tonnellate che chiudeva il reattore. L'esplosione causò la distruzione del tetto del reattore e la fuoriuscita di una grande quantità di materiale radioattivo nell'ambiente. Pochi secondi dopo, un'altra esplosione molto più violenta della prima ha proiettato quello che restava delle punte di grafite, ora radioattive, in tutta l’area circostante.

Per l’effetto camino, una grande quantità di calore fece risalire in atmosfera fumi e polveri contenenti i prodotti della fissione: gli isotopi più pesanti (uranio e plutonio) caddero più vicini mentre i più volatili (quelli che più di altri tendono a trasformarsi verso uno stato gassoso) finirono nell'atmosfera.

Cosa è successo nelle ore successive al disastro?

Per spegnere il reattore furono impiegate inizialmente tra le 200 e le 300 tonnellate di acqua all’ora ma, dopo mezza giornata, si decise di  cambiare strategia. Furono utilizzate oltre 5000 tonnellate di boro, sabbia, argille e piombo, versando sul reattore tramite elicotteri. Non fu un'impresa semplice, sia per l’elevata quantità di radiazioni, sia perché agli elicotteri era vietato volare direttamente sopra al reattore.

Dopo l'esplosione, furono intraprese misure per contenere la contaminazione e mitigare gli effetti dell'incidente. Queste misure includevano la costruzione di un "sarcophagus", una struttura di contenimento in cemento armato temporanea attorno al reattore danneggiato, per evitare ulteriori rilasci di materiale radioattivo nell'ambiente circostante. Successivamente, è stata costruita una nuova struttura di contenimento, chiamata "New Safe Confinement", per coprire il reattore danneggiato e consentire la sua messa in sicurezza a lungo termine.

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Struttura di contenimento del reattore

Questo evento catastrofico ha portato a conseguenze ambientali molto importanti, con l’inquinamento di falde acquifere, del terreno, dell’atmosfera e soprattutto degli abitanti di quella zona. Infatti i due centri più vicini al reattore furono evacuati, ma le conseguenze sulla salute furono comunque gravi. Secondo i rapporti di varie agenzie, come l’OMS e l’UNSCEAR, i morti accertati sono 65 al momento dell’esplosione e nei giorni successivi, ma il dato più impressionante sono i 4000 casi di tumori della tiroide riscontrati nella popolazione, causati dalle radiazioni.

FONTI:

https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub913e_web.pdf
https://www.iaea.org/sites/default/files/chernobyl.pdf
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