Thứ bảy ngày 26 tháng 4 năm 1986, lúc 1:23:45 sáng giờ địa phương, tại lò phản ứng số 4 nhà máy điện Chernobyl, năng lượng đột ngột tăng vọt ở mức cao gây ra hàng loạt các vụ nổ và làm tan chảy lõi lò phản ứng hạt nhân. dẫn đến phát tán một lượng lớn các chất đồng vị phóng xạ vào khí quyển.

Các nguyên nhân

Có hai giả thuyết chính thức xung đột với nhau về nguyên nhân gây tai nạn. Giả thuyết đầu tiên được đưa ra vào tháng 8 năm 1986 và chỉ buộc tội những người điều hành nhà máy điện. Giả thuyết thứ hai do Valeri Legasov ủng hộ và được đưa ra năm 1991, coi nguyên nhân vụ tai nạn là do những yếu kém trong thiết kế lò RBMK, đặc biệt là các thanh điều khiển. Cả hai giả thiết này đều được nhiều nhóm ủng hộ, gồm cả các nhà thiết kế lò phản ứng, những người điều hành nhà máy điện Chernobyl, và chính phủ. Một số chuyên gia độc lập hiện nay tin rằng không một giả thiết nào trong số hai giả thiết trên là hoàn toàn chính xác.

Một nhân tố quan trọng góp phần vào vụ tai nạn là những người điều hành không được thông báo về những vấn đề của lò phản ứng. Theo một người trong số họ, Anatoly Dyatlov, những người thiết kế đã biết rằng lò phản ứng sẽ gặp phải nguy hiểm ở một số điều kiện nhưng đã cố tình che đậy thông tin đó. Một lý do khác là ban quản lý nhà máy điện phần lớn gồm những người chưa được đào tạo về kiểu lò RBMK: giám đốc, V.P. Bryukhanov, có kinh nghiệm và đã được đào tạo về nhà máy nhiệt điện dùng than. Kỹ sư trưởng của ông, Nikolai Fomin, cũng là người đã làm việc tại một nhà máy phát điện thông thường. Chính Anatoly Dyatlov, phó kỹ sư trưởng của các lò phản ứng số 3 và số 4, chỉ có "một số kinh nghiệm về những lò phản ứng hạt nhân loại nhỏ", cụ thể là những lò phản ứng nhỏ kiểu VVER được thiết kế cho các tàu ngầm hạt nhân của Liên Xô. Đặc biệt:

• Lò phản ứng có một hệ số trống dương lớn rất nguy hiểm. Theo cách hiểu thông thường, điều này có nghĩa là nếu các bong bóng hơi nước hình thành trong nước làm mát của lò phản ứng, phản ứng hạt nhân sẽ tăng tốc, dẫn tới việc phản ứng xảy ra dễ dàng hơn nếu không có một cơ chế kiểm soát khác. Một điều tồi tệ hơn, khi lò phản ứng sản xuất điện ở mức thấp, hệ số trống dương này không được bù đắp bằng những nhân tố khác, nó làm lò phản ứng mất ổn định và nguy hiểm. Việc lò phản ứng gặp nguy hiểm khi nó sản xuất điện ở mức thấp là điều hoàn toàn xa lạ với trực giác của những người điều hành và họ cũng chưa từng biết đến điều đó.
• Một chỗ yếu kém đáng lưu ý khác của lò phản ứng là thiết kế các thanh điều khiển. Trong một lò phản ứng hạt nhân, các thanh điều khiển được đưa vào trong lò để làm chậm quá trình phản ứng. Tuy nhiên, trong thiết kế lò RBMK, đầu mút của thanh điều khiển được làm bằng graphit, những phần kéo dài ra (phần thuộc thanh điều khiển ở bên trên các đầu mút, dài khoảng 1 mét) là rỗng và chứa đầy nước, trong khi sự cân bằng của thanh điều khiển - phần thực sự hoạt động, hấp thụ các nơtron và do đó ngăn chặn phản ứng - được làm bằng cacbua bo. Trong vài khoảnh khắc đầu tiên khi các thanh điều khiển kiểu này được đưa vào trong lò, nước làm mát bị những đầu mút bằng graphit chiếm chỗ. Vì thế, (nước) làm mát, một chất hấp thụ nơtron, bị graphit (Than chì) chiếm chỗ, một cơ cấu điều tiết nơtron – là một vật chất có tác dụng làm tăng phản ứng hạt nhân chứ không phải làm chậm nó lại. Trong vài giây đầu tiên khi vận hành, các thanh điều khiển "làm tăng" tốc độ phản ứng, chứ không phải làm giảm như mong muốn. Những người điều hành nhà máy điện không hề biết tới điều đó.
• Những người điều hành đã thiếu cẩn trọng và vi phạm các quy trình quản lý nhà máy, một phần vì họ thiếu thông tin về những điểm yếu trong thiết kế của lò. Nhiều hành động trái quy tắc khác cũng góp phần vào nguyên nhân gây ra tai nạn. Một nguyên nhân là sự thiếu trao đổi thông tin giữa những nhân viên phụ trách an toàn và những người điều hành lò vào tối hôm đó.

Cũng cần phải chú ý rằng những người điều hành đã tắt nhiều hệ thống an toàn của lò phản ứng, điều này nói chung là bị cấm ngặt theo những hướng dẫn kỹ thuật điều hành nhà máy.

Theo báo cáo của Uỷ ban chính phủ được đưa ra tháng 8 năm 1986, những người điều hành đã rời ít nhất 204 thanh điều khiển khỏi tâm lò (trong tổng số 211 thanh của kiểu lò này), chỉ còn để lại bảy thanh. Những hướng dẫn kỹ thuật như vừa đề cập ở trên cũng cấm điều hành lò RBMK-1000 khi có ít hơn 15 thanh điều khiển bên trong vùng tâm lò phản ứng.

Các sự kiện

Ngày 25 tháng 4 năm 1986, lò phản ứng số 4 được dự định dừng hoạt động cho công việc bảo dưỡng thông thường. Và vì thế, người ta đã muốn tận dụng cơ hội này để thử nghiệm khả năng tua bin phát điện của lò vẫn cấp đủ điện cho hệ thống an toàn của lò phản ứng (đặc biệt là các bơm nước) trong trường hợp nhà máy bị cắt nguồn điện từ bên ngoài. Các lò phản ứng như kiểu Chernobyl có hai máy phát điện diesel luôn để dự phòng, nhưng chúng không thể hoạt động ngay lập tức, vì thế lò phản ứng được dùng để phát động tua bin, tới khi tua bin có thể cắt khỏi lò phản ứng và tự chạy theo lực quay quán tính của nó, và mục đích của việc thử nghiệm này là kiểm tra xem các tua bin khi đang ở tình trạng chạy theo quán tính có thể cung cấp đủ điện cho các máy bơm hay không trong khi khởi động các máy phát điện dự phòng. Cuộc thử nghiệm này trước đó từng thành công ở một lò phản ứng khác (với đầy đủ mọi quy chuẩn an toàn) và dòng xuất là âm (có nghĩa là, các tua bin phát ra đủ điện trong tình trạng chạy theo quán tính để cung cấp cho các máy bơm), nhưng những cải tiến thêm đã được thực hiện để các tua bin có thể cung cấp đủ năng lượng cho một kiểm nghiệm khác.

Công suất của lò phản ứng Chernobyl-4 được giảm từ mức thông thường 3.200 MW nhiệt xuống 1.000 MW nhiệt để có thể tiến hành thử nghiệm ở mức độ năng lượng thấp hơn và an toàn hơn. Tuy nhiên, vì có sự chậm trễ trong quá trình thử nghiệm thực tế và lỗi của những người điều hành nên công suất đã giảm xuống quá nhanh, và công suất thực tế giảm xuống còn 30 MW nhiệt. Vì thế, sự tập trung sản phẩm chất thành tạo hạt nhân là xenon-135 tăng lên (sản phẩm này thường chỉ được dùng trong lò phản ứng hạt nhân ở những điều kiện phát năng lượng lớn). Dù tỷ lệ giảm năng lượng gần tới mức tối đa do các quy định an toàn đề ra, những người điều hành lại không ngừng hoạt động của lò mà tiếp tục thực nghiệm. Hơn nữa, họ đã quyết định ‘làm tắt’ cuộc thực nghiệm và chỉ tăng công suất lên 200 MW. Nhằm thoát khỏi tình trạng hấp thụ hạt nhân dư thừa xenon-135, các thanh điều khiển được kéo ra khỏi lò nhiều hơn so với mức cho phép trong các quy định an toàn. Lúc 1:05 sáng ngày 26 tháng 4, như một phần thực nghiệm, các máy bơm nước được dẫn động bằng máy phát tua bin được bật lên; dòng nước do chúng tạo ra vượt quá mức các quy định an toàn cho phép. Dòng nước tăng lên lúc 1:19 sáng—bởi vì nước cũng hấp thu nơtron, nó càng làm tăng dòng nước cần thiết để có thể kéo các thanh điều khiển ra một cách thủ công, tạo ra một tình trạng hoạt động rất không ổn định và nguy hiểm. Luồng hơi phóng xạ được tạo ra ngay sau vụ nổ ban đầu, bằng chứng ở đây là do nhiệt phân hủy. Những mái che lớn của tuabin bị hư hỏng nặng (giữa ảnh). Nóc nhà của lò phản ứng 3 liền kề (phía dưới bên trái) cho thấy có đám cháy nhẹ. Lúc 1:23:04 sáng, cuộc thực nghiệm bắt đầu. Tình trạng không ổn định của lò không hề được thể hiện theo bất kỳ cách nào trên thanh điều khiển, và có lẽ không một ai trong đội điều hành biết rõ hoàn toàn về mức độ nguy hiểm. Điện cấp cho các máy bơm nước bị ngắt, và khi chúng đang chạy nhờ vào máy phát điện tua bin chạy theo quán tính, dòng nước bơm giảm đi. Tua bin bị ngắt khỏi lò phản ứng, làm tăng lượng hơi trong lõi lò. Khi nước làm mát nóng lên, các bong bóng hơi hình thành bên trong dòng nước làm mát. Thiết kế đặc biệt điều khiển phản ứng bằng graphit của lò RBMK ở Chernobyl có hệ số trống dương rất lớn, có nghĩa là năng lượng của lò phản ứng tăng lên nhanh chóng khi không có hiệu ứng hấp thu neutron của nước, và trong trường hợp đó, hoạt động của lò phản ứng dần trở nên bất ổn định và nguy hiểm. Lúc 1:23:45 sáng, những người điều hành ấn nút AZ-5 ("Bảo vệ nguy hiểm khẩn cấp 5") điều khiển một "SCRAM" — một thiết bị ngắt của lò phản ứng, đưa toàn bộ các thanh điều khiển, gồm cả các thanh điều khiển vận hành thủ công vốn đã được rút ra một cách khinh suất từ trước vào trong lò phản ứng. Vẫn chưa biết rõ liệu đây có phải là một hành động phản ứng khẩn cấp, hay nó chỉ đơn giản là một biện pháp thông thường để ngắt lò phản ứng khi đã hoàn thành một thực nghiệm (lò phản ứng đã được định giờ ngắt cho bảo dưỡng thông thường). Thường mọi người cho rằng SCRAM được dùng để đối phó với trường hợp tăng năng lượng quá nhanh. Mặt khác, Anatoly Dyatlov, là kỹ sư trưởng nhà máy điện nguyên tử Chernobyl khi xảy ra tai nạn, đã viết trong cuốn sách của ông:

Vì tốc độ chậm chạp của cơ cấu đưa thanh điều khiển vào trong (18–20 giây để hoàn thành), những đầu rỗng của các thanh và sự chiếm chỗ tạm thời của nước làm mát, SCRAM làm cho mức độ phản ứng tăng lên. Năng lượng được sản xuất ra tăng lên gây ra biến dạng đường dẫn thanh điều khiển. Các thanh điều khiển bị tắc lại sau khi mới chỉ được đưa vào trong một phần ba, và vì thế không thể dừng phản ứng lại được. Lúc 1:23:45 lò phản ứng nhảy lên mức 30 GW, gấp mười lần công suất hoạt động thông thường. Các thanh nhiên liệu bắt đầu chảy ra và áp lực hơi nhanh chóng tăng lên gây ra một vụ nổ hơi lớn, làm bắn tung và phá huỷ nắp lò phản ứng, làm vỡ các ống dẫn nước làm mát và sau đó thổi bay một mảng trần.

Để giảm giá thành xây dựng và vì kích cỡ to lớn của lò phản ứng, nó chỉ được xây dựng tường chắn một phần. Điều này làm cho chất ô nhiễm phóng xạ thoát ra ngoài không khí sau khi vụ nổ thổi bay lớp vỏ đầu tiên. Sau đó, một phần mái sụp xuống, ôxy tràn vào — cộng với nhiệt độ cực cao của nhiên liệu lò phản ứng và graphit của bộ phận điều tiết — gây cháy graphit. Đám cháy này góp phần lớn vào sự lan tràn nhiên liệu phóng xạ và các nguyên tố gây ô nhiễm ra các vùng xung quanh.

Có một số mâu thuẫn về những sự kiện chính xác đã xảy ra sau 1:22:30 (theo giờ địa phương) vì có sự trái ngược giữa những lời kể của nhân chứng và những thông tin lưu trữ của nhà máy. Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi là những sự kiện được liệt kê ở trên. Theo giả thuyết này, vụ nổ đầu tiên xảy ra vào khoảng 1:23:45, năm giây sau khi những người vận hành lò phản ứng kích hoạt "SCRAM". Thỉnh thoảng cũng có ý kiến cho rằng vụ nổ đã xảy ra ‘trước khi’ hay ngay lập tức sau khi vận hành SCRAM (đây cũng là quan điểm của Uỷ ban Xô viết điều tra vụ tai nạn). Sự phân biệt này là quan trọng, bởi vì nếu lò phản ứng đạt tới tình trạng tới hạn trong vài giây sau khi vận hành SCRAM, thì lý do có thể bị gán cho thiết kế của các thanh điều khiển, trong khi nếu vụ nổ xảy ra lúc vận hành SCRAM thì lỗi sẽ được quy cho những người điều hành. Quả thực, vụ nổ giống như với một trận động đất yếu, tương đương với cường độ của một trận động đất 2,5 độ, đã được ghi lại lúc 1:23:45 ở vùng Chernobyl. Tình hình càng phức tạp bởi sự thực là nút điều khiển đã được ấn nhiều hơn một lần, và người bấm nút đó đã chết hai tuần sau đó vì bị nhiễm độc phóng xạ.

Tháng 1, 1993, IAEA đưa ra một phân tích đã sửa đổi về tai nạn Chernobyl, cho rằng lý do chính của vụ này là thiết kế lò phản ứng chứ không phải lỗi của những người điều hành. Bản phân tích của IAEA năm 1986 đã cho rằng những hành động của những người điều hành là nguyên nhân chính gây ra tai nạn.

Phát tán phóng xạ

• Báo cáo ngắn của cơ quan OSTI về lượng phóng thích của đồng vị phóng xạ [7]
• Báo cáo chi tiết từ OECD (1,85 MB PDF) [8]

Tại mỗi thời điểm khác nhau sau vụ nổ, những đồng vị phóng xạ khác nhau đưa đến những cường độ phóng xạ khác nhau. Chỉ có thể đo lường được độ ảnh hưởng phóng xạ tia gamma cho người đứng lộ thiên. Còn người núp trong nhà thì khó dự đoán hơn.

Ảnh hưởng của các sản phẩm phân rã hạt nhân sẽ được tham khảo nơi khác, bài này chỉ chú tâm đến các loại đồng vị phóng xạ tung ra trong vụ nổ Chernobyl.

Những loại đồng vị phóng xạ của nguyên liệu nguyên tử được phóng thích theo nhiệt độ sôi của từng chất, phần lớn độ phóng xạ nằm trong lõi lò nguyên tử được giữ yên trong đó.

• Những khí hiếm như Kr và Xe trong lò bị thả tung ra khí quyển trong đợt nổ hơi nước đầu tiên.
• Khoảng 55% chất phóng xạ iốt bị tung ra trong thể hơi, thể đặc nhỏ li ti và trong thể các phân tử sinh hóa có iốt.
• Xezi và telua bị phóng thích dưới dạng dung khí
• Có hai dạng tinh thể được phóng thích, loại nhỏ (0,3 - 1,5 micromet) và loại lớn (10 micromet). Loại lớn chứa 80-90% các chất phóng xạ khó thành hơi (95Zr, 95Nb, 140La, 144Ce) và các nguyên tố trên urani (neptuni, plutoni và các actini phụ) đính vào trong lưới ôxít urani.

Đối phó thảm hoạ tức thời

Mức độ thảm họa vượt quá khả năng đối phó của các quan chức địa phương không có sự chuẩn bị cũng như sự thiếu thốn thiết bị thích hợp. Hai trong số bốn máy đo liều lượng tại lò phản ứng số bốn đều có các giới hạn 1 milliröntgen trên giây. Hai chiếc kia có giới hạn 1.000 R/s; sau vụ nổ mọi người không thể vào tiếp cận một máy, còn chiếc kia bị hỏng khi được bật lên. Vì thế kíp kỹ thuật viên tại chỗ chỉ biết chắc chắn rằng mức độ phóng xạ tại đa số các vị trí trong lò phản ứng vượt quá 4 R/h (mức độ thật sự lên tới 20.000 roentgen trên giờ ở một số vị trí; mức gây chết người ở khoảng 500 roentgen trên 5 giờ).

Điều này khiến người chỉ huy kíp kỹ thuật viên, Alexander Akimov, cho rằng lò phản ứng còn nguyên vẹn. Bằng chứng về các mảnh graphit và nhiên liệu rơi vung vãi quanh khu vực bị bỏ qua, và những kết quả lấy được từ các máy đo liều lượng khác vào lúc 4:30 sáng giờ địa phương bị gạt bỏ vì ông cho rằng các máy đo đã báo sai. Akimov tiếp tục ở lại với kíp kỹ thuật viên tới sáng, tìm cách bơm nước vào trong lò phản ứng. Không một ai trong số họ mặc quần áo bảo hộ. Đa số họ, gồm cả chính Akimov, đều chết vì tiếp xúc phóng xạ ba tuần sau thảm hoạ.

Một thời gian ngắn sau vụ tai nạn, những người lính cứu hỏa tới nơi và tìm cách dập lửa. Họ không được thông báo về mức độ nguy hiểm từ những đám khói phóng xạ và các loại mảnh vụn ở đó. Tới 5 giờ sáng ngọn lửa được dập tắt, nhưng nhiều lính cứu hỏa đã bị nhiễm phóng xạ liều cao. Ủy ban do chính phủ thành lập điều tra vụ tai nạn tới Chernobyl vào buổi chiều ngày 26 tháng 4. Khi đó, 2 người đã chết và 52 người đang nằm trong bệnh viện. Trong đêm ngày 26 tháng 4–27 tháng 4— hơn 24 giờ sau vụ nổ — Ủy ban đối mặt với nhiều bằng chứng cho thấy mức độ phóng xạ rất cao và một số ca nhiễm phóng xạ, nhận thức được sự cần thiết phải phá bỏ lò phản ứng và ra lệnh sơ tán dân cư ở thành phố Pripyat lân cận. Để giảm bớt số hành lý mang theo, người dân ở đó được thông báo rằng sự sơ tán chỉ là tạm thời, trong ba ngày. Vì thế, tại Pripyat vẫn còn nhiều đồ đạc cá nhân không bao giờ được chuyển đi nữa vì nhiễm phóng xạ. Theo những người lính cứu hỏa tận mắt chứng kiến khi tham gia cứu nạn trước khi họ qua đời (như được đưa tin trong loạt phim truyền hình Nhân chứng của BBC), một người cho rằng ông thấy phóng xạ có "vị như kim loại", và thấy cảm giác tương tự cảm giác của gim và kim đâm trên mặt.

Trong nỗ lực vô ích nhằm dập tắt đám cháy, số nước được vội vã bơm vào lò phản ứng đã ngấm xuống mặt đất bên dưới lò. Vấn đề là các loại nhiên liệu và nguyên liệu khác đã bắt đầu âm ỉ cháy theo cách của chúng thông qua sàn lò, việc ném các loại nhiên liệu khác từ trực thăng xuống càng gây ủ kín đám cháy khiến nhiệt độ tăng thêm. Nếu nguyên liệu này tiếp xúc với nước, nó có thể gây ra một vụ nổ nhiệt có thể còn nguy hiểm hơn cả vụ nổ đầu tiên và theo ước tính có thể biến một vùng đất có bán kính hàng trăm dặm từ nhà máy trở thành nơi không thể ở được trong vòng ít nhất 100 năm.[cần dẫn nguồn]

Để ngăn chặn trường hợp này, "đội xử lý"—các thành viên quân đội và những công nhân khác— được chính phủ Xô viết gửi tới để dọn sạch hiện trường. Hai trong số đó được trang bị đồ bảo hộ ướt để mở các cổng xối nhằm thông hơi cho số nước nhiễm phóng xạ, nhờ thế ngăn chặn khả năng nổ nhiệt.[9] Những người đó, và những người khác thuộc đội xử lý cũng như các lính cứu hỏa tham gia dọn dẹp không được thông báo về sự nguy hiểm họ phải đối mặt.

Số rác phóng xạ nguy hiểm nhất được tập hợp bên trong phần còn đứng vững của lò phản ứng. Chính lò phản ứng cũng được bao phủ ngoài bằng các bao cát, chì và bo ném xuống từ máy bay trực thăng (khoảng 5.000 tấn trong tuần lễ sau vụ tai nạn). Tới tháng 12 năm 1986 một quan tài bê tông lớn đã được dựng lên, để phủ kín lò phản ứng và những rác phóng xạ bên trong.(The Social Impact of the Chernobyl Disaster, 1988, p166, by David R. Marples ISBN 0-333-48198-4)

Nhiều phương tiện do đội xử lý sử dụng bị bỏ lại rải rác xung quanh vùng Chernobyl cho đến tận ngày nay.[10]