Windscale (1957)

Bij een kweekreactor worden niet-splijtbare elementen (zoals uranium-238) omgezet in radioactieve elementen zoals plutonium-239. Dit gebeurt door het invangen van neutronen. Om een voldoende productie te hebben moet er een kettingreactie aan de gang gezet worden, waarbij neutronen die vrijkomen uit de spontane splijting van uranium-235 andere kernen kunnen raken en zo een kettingreactie kunnen starten. De snelle neutronen die uit de spijting vrijkomen kunnen echter geen nieuwe splijtingen doen ontstaan, ze moeten eerst vertraagd worden door een zogenaamde moderator. In deze centrales gebruikt men grafiet.

We hebben dus twee reacties:

• De splijting van U-235 (natuurlijke splijting) waarbij er neutronen vrijkomen. Deze neutronen kunnen een kettingreactie aan de gang brengen waarbij er meer en meer splijtingen ontstaan.
• De neutronen worden ook opgeslorpt door U-238 die omgezet wordt in plutonium

Na een tijd worden er nieuwe cartridges ingevoerd, en de cartridges die plutonium bevatten vallen aan de andere kant van de reactor in een watertank, waar ze blijven, totdat de natuurlijke radioactiviteit lager wordt.

Plutonium is nodig in kernbommen omdat men de kritieke massa sneller kan bereiken (dit is de massa waarbij een oncontroleerbare kettingreactie ontstaat). Omdat de massa kleiner is is de bom ook "efficienter" (maakt meer doden per kilogram massa). Het is ook gemakkelijker plutonium-238 dan uranium-235 te scheiden (met moet een hoge concentratie splijtbaar materiaal hebben om een kernexplosie te kunnen realiseren.

De reactor werd ook aangepast om tritium te kunnen produceren voor waterstofbommen (als basisgrondstof werd lithium en magnesium gebruikt). Lithium en magnesium zijn bijzonder brandbaar, maar de cartridges werden vergroot zodat ze meer tritium konden produceren. Daardoor was de koeling van de cartridges ontoereikend geworden.

Om de kweekreactor te koelen gebruikt men een geforceerde luchtkoeling, zoals bij een oude Beetle motor. Door de neutronenbombardement ondergaat het grafiet een verandering van struktuur, waardoor het onstabiel wordt. Door het vertragen van de neutronen wordt er energie in het grafiet opgenomen, en die energie kan plots vrijkomen. Alle reactoren die grafiet als moderator gebruiken hebben te maken met dit fenomeen en zijn in wezen onstabiel.

Er waren geen maatregelen voorzien om de omgeving te beschermen tegen het vrijkomen van radioactieve elementen. De grafietstapel ("Windscale Piles") lag open en bloot in een loods. De radioactieve containers werden manueel in de sleuven geschoven.

Bij de overgang naar zijn natuurlijke staat komt de opgeslagen energie vrij als warmte (Wigner effekt). Om dit fenomeen tegen te gaan wordt de reactor op regelmatige tijdstippen opgewarmd tot 250°. Bij het ongeval had men reeds 8 dergelijke operaties uitgevoerd.

Later zal men ook reactoren voor de electriciteitsproductie maken, en daar wordt het grafiet permanent op een hogere temperatuur gehouden (meer dan 300°). Maar deze reactoren zijn inherent onstabiel door het grafiet.

Op 7 oktober 1957 merken de wetenschappers een temperatuursverhoging en denken te maken hebben met het Wigner effekt. Na drie dagen blijft de temperatuur verder oplopen, terwijl de grafietstaven hun energie zouden afgegeven moeten hebben. De koeling wordt opgevoerd door de ventilatoren sterker te laten draaien.

De meetapparaten geven een verhoogde radioactiviteit aan in de schoorsteen, de wetenschappers denken dat één van de containers gebarsten is, dit is al eerder gebeurt. Maar in feite is de cartridge in brand gevlogen, en de ventilatie wakkert het vuur aan. Aluminium is zeer brandbaar, en de hitte wordt aan het grafiet doorgegeven, die ook begint te branden.

Andere cartridges vatten vuur en een poging de temperatuur te doen zakken door de ventilatoren op maximaal vermogen te laten draaien werkt averechts. Op 11 oktober is 11 ton radioaktief materiaal aan het branden. Uiteindelijk kan men het vuur doven door de ventilatie uit te schakelen en grote hoeveelheden water op de reactor te gieten.

Er werd zeer weinig informatie vrijgegeven over de kernramp, want dit was een geheime militaire installatie. Nadien kreeg de site een nieuwe naam: Sellafields. Het wordt nu gebruikt voor de leelctriciteitsproductio, maar er is nog steeds een deel van het terrein militair gebied.