Kernramp van Chernobyl (1986)

Controlestaven Gebouw (luchtdicht) Stoomscheider Stoom naar de turbine Water van de warmtewisselaar Grafiet (moderator) Brandstof Waterpomp

Het ontwerp is wat betreft de energieopwekking vergelijkbaar met een BWR (Boiling Water Reactor): het primair circuit wordt direct naar de turbines gevoerd.

Als er een hotspot in de reactor ontstaat, dan is er geen automatische correctie, maar een positieve reactie, waardoor het probleem nog groter wordt. Als er lokaal stoom geproduceerd wordt, worden de neutronen niet minder gemodereerd (het modereren gebeurt immers door de grafietstaven), maar valt de absorptie van neutronen gedeeltelijk weg, waardoor de kettingreactie op die plaats heviger wordt (positive void coefficient).

Grafiet slorpt de neutronen niet op (zoals zwaar water), en maakt het mogelijk natuurlijk uranium te gebruiken (in plaats van verrijkt uranium). Deze reactoren werden daarom vaak gebruikt in de Sojvetunie omdat ze relatief goedkope brandstof gebruikten en een zeer hoog vermogen konden leveren (1.5GW per reactor in plaats van 1GW voor andere ontwerpen).

Een andere reden is dat dit type reactor gemakkelijk gebruikt kan worden om plutonium te maken (gebruikt in kernbommen). Een kerncentrale die electriciteit produceert kan ongemerkt plutonium produceren omdat een aantal van de staven brandstofmateriaal (met voornamelijk U235) vervangen zijn door U238-staven (een andere isotoop van uranium).

Het water onder druk stroomt in aparte leidingen langs de brandstofstaven. Het russisch ontwerp maakt het dus mogelijk brandstofstaven te vervangen tijdens de werking van de reactor, wat niet mogelijk is bij europese ontwerpen omdat de staven volledig ondergedompeld in het water zitten (en het water heeft een hoge druk als de reactor in werking is).

De verticale sleuven waarin de controlestaven kunnen zakken hebben een apart koelsysteem. Als de controlestaven uitgetrokken zijn, zijn de buizen volledig met water gevuld. Door de aanwezigheid van water in de dunne buizen duurt het ongeveer 20 seconden vooralleer de staven volledig ingevoerd kunnen worden. Het onderste deel van de controlestaaf heeft geen controlerende funktie, waardoor bij het laten zakken van een staaf de kettingreactie eerst verhoogt (het water wordt weggeduwd, maar de neutronen worden nog niet opgevangen).

Grafiet wordt als moderator gebruikt en vertraagt de neutronen. Door de opname van kinetische energie warmen de grafietstaven ook op, maar het grafiet komt ook in een onstabiele toestand terecht, waarbij de opgenomen energie plots kan vrijkomen onder de vorm van extra warmte.

De noodaggregaten hebben meer dan een minuut nodig om hun nominaal vermogen van 5.5MW te bereiken. Dit hoog vermogen is nodig om de waterpompen die voor de koeling zorgen van stroom te voorzien. Omdat dit tijdsinterval te hoog werd geacht, was het ook mogelijk de restenergie van de turbines te gebruiken (overgebleven stoomdruk en kinetische energie). Verschillende testen hadden echter een negatief resultaat gegeven: de vertragende alternator kon onvoldoende energie leveren om de pompen te laten draaien. Er werd beslist opnieuw testen uit te voeren om de procedures te verbeteren. De catastrofe gebeurde tijdens één van deze testen.

Om de test uit te voeren moest het vermogen van de reactor verlaagd worden tot ongeveer 700MW. Door de aanwezigheid van splijtprodukten die neutronen absorberen (terwijl er minder en minder neutronen vrijkomen) zakt het vermogen verder (dit effekt heet core poisonning). Beneden een bepaalde peil blijft het vermogen verder zakken, en men moet controlestaven verwijderen om de reactor in gang te houden.

Verschillende handelingen zoals het in- en uitschakelen van pompen, het uittrekken van controlestaven zorgden ervoor dat de reactor onstabiel werd. Een aantal veilighedssystemen werden ook uitgeschakeld voor de test. Nagenoeg alle controlestaven werden verwijderd, maar de reactor kwam toch niet op vermogen vanwege de splijtproducten (core poisonning).

De effektieve test werd gestart. De installaties werden losgekoppeld van het net. De stoomklep van de turbine werd afgesloten, waardoor de veiligheidssystemen in werking traden. De noodgeneratoren werden automatisch opgestart maar hadden een tijd nodig om vermogen te kunnen leveren.

De alternator bleeft vermogen leveren aan de pompen, maar zijn toerental verminderde constant, waadoor het beschikbaar vermogen lager en lager werd. De koeling van de reactor verminderde, waardoor er stoombubbeltjes ontstonden in het reactorvat. Door de vorming van stoom met een lage densiteit viel de neutraliserende werking van het water weg (absorpsie van neutronen). Door de plotse vermogenstijging ging het systeem echter in alarm (SCRAM) en zakten de controlestaven automatisch in de kernreactor.

Tijdens het zakken van de controlestaven ontstond er een vermogenspiek, waardoor een deel van de kern oververhit geraakte. De kern vervormde, waardoor sommige staven vast geraakten en niet verder konden zakken. Het vermogen bleef stijgen en bereike een waarde van 30GW, meer dan het tienvoudige van het piekvermogen. Al het water werd stoom, de kern begon te snelten, de druk steeg zo sterk dan de 2000 ton zware afdekplaat losgerukt werd. Ook het gebouw werd beschadigd door rondvliegende brokstukken, waardoor kernmateriaal in de buitenlucht kon komen. De grafietstaven begonnen te branden en een nieuwe explosie verspreidde de kernbrandstof in de volledige gebouw van de reactor, waardoor de kettingreactie stilviel. Na de ramp werd er kenbrandstof tot in een omtrek van 100 meter rond het gebouw aangetroffen.