Windscale

1957. godine došlo je do požara na grafitom moderiranom i zrakom hlađenom nuklearnom reaktoru Windscale 1 koji se koristio za proizvodnju plutonija u vojne svrhe, a bio je lociran pokraj mjesta Seascale u Engleskoj. Uzroci nesreće bili su, pored nedostataka u projektiranju reaktora i instrumentacije, prerano i prebrzo ponovljeno grijanje grafita sa svrhom relaksacije grafitne kristalne rešetke. Zbog nekontroliranog povećanja temperature goriva došlo je do oštećenja aluminijske košuljice gorivnog elementa i oksidacije metalnog uranskog goriva što je ubrzalo pregrijavanje i izazvalo požar. Oslobođeni fisijski produkti, prvenstveno jod ¹³¹I i plemeniti plinovi izlazili su u atmosferu kroz 120 m visoki dimnjak i rasprostirali se šireni vjetrom po centralnoj i južnoj Engleskoj. Aktivnost joda ¹³¹I i plemenitih plinova ispuštenih u okoliš iznosila je oko 20.000 kirija. Nije bilo smrtno stradalih niti ozlijeđenih, no zaposleni radnici i okolno stanovništvo bili su izloženi povećanim dozama zračenja. Procijenjeno je da će zbog ispuštanja radioaktivnosti biti povećan rizik od raka štitnjače i ostalih malignih oboljenja tako da se u razdoblju od 40 godina u Engleskoj i kontinentalnoj Europi očekuje dodatnih 13 smrtnih slučajeva od raka štitnjače i 7 dodatnih smrtnih slučajeva od ostalih malignih oboljenja. Reaktor je tijekom nesreće znatno oštećen i kako je njegov daljnji pogon smatran nesigurnim to je njegov rad trajno obustavljen. Vrlo brzo nakon tog događaja obustavljen je iz sigurnosnih razloga rad drugog reaktora istog tipa na toj lokaciji.

Nuklearni reaktori Widscale 1 i 2 izgrađeni su za proizvodnju plutonija potrebnog za izradu prve britanske atomske bombe. Jezgru reaktora činio je grafitni blok mase 2.000 tona u kojem je bilo probušeno 3.440 horizontalnih kanala. U svaki od tih kanala (tzv. gorivni kanal) stavljani su gorivni elementi. Gorivni elementi sadržavali su metalni prirodni uran zatvoren u aluminijsku košuljicu. U jezgri je bilo 180 tona prirodnog urana.

Izgradnja reaktora Windscale

Lančanom fisijskom reakcijom u jezgri se oslobađala toplina. Tu je toplinu trebalo odvesti da ne bi došlo do pregrijavanja goriva. Jezgra reaktora hlađena je upuhavanjem zraka iz atmosfere u reaktor. Topli zrak izlazio je natrag u atmosferu kroz 120 m visoki dimnjak. Fisijama urana ²³⁵U stvoreni neutroni održavali su lančanu reakciju fisije a njihovom apsorpcijom u urana ²³⁸U nastajao je izotop plutonija ²³⁹Pu. Kako je za atomsku bombu potreban samo taj izotop plutonija ²³⁹Pu a ne i viši izotopi (²⁴⁰Pu, ²⁴¹ Pu, itd.) to gorivni element nije smio dugo boraviti u reaktoru. Kako je u horizontalnom kanalu bilo više gorivnih elemenata oni su pomicani prema izlazu i nakon kratkog izgaranja izvađeni iz jezgre reaktora. Ozračeno gorivo odvozilo se u tvornicu za preradu u kojoj se izdvajao plutonij. Pored gorivnih elemenata u horizontalne kanale stavljane su kazete za proizvodnju radioaktivnih nuklida za vojne potrebe. Za nešto više od godinu dana proizvedeno je dovoljno plutonija za izradu prve britanske atomske bombe koja je testirana u Australiji 1952. godine. Oba reaktora nastavila su i dalje proizvodnju plutonija. Tijekom pogona pojavile su se teškoće u radu o kojima se nije niti naslućivalo prilikom projektiranja reaktora. To je bilo stvaranje tzv. Wignerove energije u grafitu. Naime, fisijski neutroni koji bombardiraju grafit deponiraju dio svoje energije u kristalnoj rešetci grafita. Ta akumulirana energija mogla bi se spontano naglo osloboditi u toplinskom obliku i ugroziti gorivne elemente. Taj je efekt primijećen u jednom od reaktora i u svrhu sprječavanja akumulacije te energije uveden je postupak relaksacije grafita. Taj se postupak sastojao u podizanju temperature grafita na 250 °C čime dolazi do postepenog oslobađanja akumulirane Wignerove energije. Taj se postupak uspješno provodio veći broj puta u oba reaktora. Nesreća na reaktoru Windscale 1 započela je za vrijeme postupka relaksacije grafita. Povišenje temperature reaktora postizalo se povećanjem snage reaktora i kad je došlo do procesa oslobađanja Wignerove energije reaktor se gasio. Taj je postupak proveden na reaktoru i 8. listopada 1957. na standardan način no nije došlo do oslobađanja Wignerove energije na čitavoj jezgri reaktora. Stoga je reaktor ponovno vraćen na višu snagu da bi se dovršio proces relaksacije grafita. Smatra se da je prerano i prebrzo ponovljeno grijanje grafita bilo odlučujuće za izbijanje požara. Prema službenom izvještaju zbog povišenja temperature došlo je do oštećenja košuljice gorivnog elementa i oksidacije metalnog goriva što je ubrzalo pregrijavanje i izazvalo požar. U početku je to blago povišenje temperature interpretirano kao posljedica oslobađanja Wignerove energije. Kako ni nakon dva dana temperatura u reaktoru nije padala, pokušalo se većim protokom zraka sniziti temperaturu reaktora. Tada je došlo do ispuštanja radioaktivnosti koja je otkrivena na filterima u dimnjaku, te je proglašeno izvanredno stanje. Optičkom kontrolom gorivnih kanala utvrđen je požar u četiri gorivna kanala. Pokušaji da se požar ugasi maksimalnim protokom zraka i izbijanjem gorivnih elemenata iz gorivnog kanala nisu urodili plodom. Niti ubacivanje tekućeg ugljičnog dioksida nije dalo rezultata. Požar se širio tako da je 11. listopada ujutro požarom bilo zahvaćeno 11 tona urana. Maksimalna izmjerena temperatura u jezgri reaktora iznosila je 1.300 °C. Ubacivanjem vode u gorivne kanale požar je ugašen. Oslobođeni fisijski produkti, prvenstveno jod ¹³¹I i plemeniti plinovi izlazili su u atmosferu kroz 120 m visoki dimnjak i rasprostirali se šireni vjetrom po centralnoj i južnoj Engleskoj. Aktivnost joda ¹³¹I i plemenitih plinova ispuštenih u okoliš iznosila je oko 20.000 kirija. Nije bilo smrtno stradalih niti ozlijeđenih, no zaposleni radnici i okolno stanovništvo bili su izloženi povećanim dozama zračenja. Nisu provedene mjere evakuacije okolnog stanovništva, ali je tijekom mjesec dana poslije nesreće konfiscirano i uništeno sve mlijeko proizvedeno na okolnoj površini od 500 km² zbog kontaminacije jodom ¹³¹I. Procijenjeno je da će zbog ispuštanja radioaktivnosti biti povećan rizik od raka štitnjače i ostalih malignih oboljenja tako da se u razdoblju od 40 godina u Engleskoj i kontinentalnoj Europi očekuje dodatnih 13 smrtnih slučajeva od raka štitnjače i 7 dodatnih smrtnih slučajeva od ostalih malignih oboljenja. Reaktor je tijekom nesreće znatno oštećen i kako je njegov daljnji pogon smatran nesigurnim to je njegov rad trajno obustavljen. Vrlo brzo nakon tog događaja obustavljen je iz sigurnosnih razloga rad drugog reaktora istog tipa na istoj lokaciji.

Reaktor Windscale 1 na dan požara