För att förklara orsaken till olyckan behöver man till en början förstå hur ett kärnkraftverk fungerar och kanske framförallt hur en RBMK reaktor (Reaktor Bolsjoj Mosjnosti Kanalnyj, vilket betyder högtrycksreaktor av kanaltyp) fungerar. Det var RBMK reaktorer som användes i samtliga kärnkraftverk i Tjernobyl.

Fission

I ett kärnkraftverk klyvs Uran-235 atomer av neutroner. I sönderfallsprocessen släpps det ut stora mängder energi i from av värme. Processen kallas fission. Vatten skickas via rör in i reaktorn där den förångas av värmen från reaktionen. Ångan leds sedan tillbaka för att driva en turbin kopplad till en generator som producerar elektricitet. Ångan kyls sedan ner och blir åter vatten för att ledas tillbaka in i reaktorn.

Att kontrollera reaktionen

Fissionen sker i en trycktub och för att reaktionen ska ske i en jämn takt behövs en så kallad moderator. En moderator gör att neutroner med för hög hastighet saktar in. Då Uran-235 har en stor träffyta för långsamma neutroner behövs en moderator för att reaktionen ska fortsätta och inte stanna av. I RMBK-reaktorn som användes i Tjernobyls reaktor 4 använde man grafit som moderator. Det finns även kontrollstavar i reaktorn som fungerar som reaktions “gift". Dessa är till större del gjorda av borkarbid, en blandning av bor och kol, som absorberar neutroner lätt. Det innebär att när kontrollstavarna sänks ner träffar färre neutroner uranet och på så sätt kan man kontrollera antalet reaktioner i reaktorn. Kort förklarat, desto fler stavar som sitter i desto mer bromsas reaktionen.

Testet

För att en reaktor inte ska överhettas behöver den kylas av vatten. Vattenpumparna till reaktorerna i Tjernobyl var, precis som alla dagens kärnkraftverk, beroende av el för att kunna pumpa in vatten i kylsystemet. Testet som utfördes under olycksnatten i Reaktor 4 gjordes för att för att se om vattenpumparna skulle klara av att pumpa tillräckligt med vatten in i reaktorn även under ett strömavbrott, under tiden nöddieselmotorerna till vattenpumparna sätter igång. För att kunna utföra testet på ett säkert sätt var man tvungna att sänka kapaciteten till 22-33 % av den totala kapaciteten. 2300 kontrollstavar skulle till slut ha sänkts ner i reaktorn för att sänka kapaciteten tillräckligt för testet. Men på grund av en felprogrammering sänktes för många kontrollstavar ner i reaktorkärnan vilket gjorde att reaktorn var nära en total avstängning.

Säkerhetssystemen stängdes av

För att motverka att reaktorn stängdes av drog personalen upp kontrollstavarna. Tillslut var det endast 6 kontrollstavar kvar i reaktorn, av de 2300 som skulle varit i. Enligt säkerhetssystemen skulle minst 30 stavar sitta i för att kunna kontrollera fissionen, annars skulle kraftverket stängas av automatiskt. Dock hade man valt att stänga av säkerhetssystemet för att genomföra testet denna natt. När effekten i reaktorn denna natt kom upp i 12 % bestämde man sig för att starta testet trots att det var utvecklat för att fungera då effekten låg mellan 22-33 %.

Reaktionen blir okontrollerbar

När testet började stängdes generatorerna av och mindre vatten pumpades in i reaktorn. Då mindre vatten fanns i trycktuberna, bildades det hålrum av ånga på grund av den höga temperaturen. Precis som kontrollstavarna absorberar även vatten till viss del neutroner, ånga absorberar dock inte ånga alls beroende på sin låga densitet. När hålrummen av ånga ökade och allt mindre vatten nådde reaktorn, ökade effekten i reaktorn. Detta startade i sin tur en negativ spiral; när värmen ökade avdunstade vattnet och mer ånga uppstod, till över 100 gånger över det normala. Misstaget uppmärksammades snabbt av personalen som slog på säkerhetssystemet. En mängd kontrollstavarna sänktes ner i reaktorn för att minska reaktionerna. Ironiskt nog var det här anledningen till härdsmältan. Ingen i kontrollrummet den kvällen hade kunnat förutse det som sedan skedde.

Felkonstruerade kontrollstavar

Den yttersta delen av kontrollstavarna bestod av grafit. Grafit fungerar som en moderator men kan inte absorbera neutroner. Rören som kontrollstavarna skulle sänkas ner i var fyllda med vatten, vatten som absorberar neutroner och därmed begränsar reaktionshastigheten. Men när kontrollstavarna sänktes trycktes vattnet undan och reaktionen accelererade innan kontrollstavarna hade hunnit verka. Effekten blev att innan borkarbiden som skulle stoppa katastrofen, hann sänkas ner, hann grafiten accelerera reaktionen tillräckligt för att hela kärnan av reaktorn skulle smälta. Till slut byggdes ett sådant tryck upp att reaktorns 1000 ton tunga lock sprängdes av. En andra explosion skedde endast några sekunder senare. Denna explosion resulterade i att brinnande bränsle och grafit kastades ut och syre kom in i reaktorkärnan vilket ledde till att grafiten i moderatorerna började brinna. Brinnande grafit är extremt varmt och var därför väldigt svårsläckt, vilket ledde till den långvariga branden. Eftersom det 1000 ton tunga taket exploderat var reaktorkärnan efter explosionen helt öppen. Rök bestående av radioaktiva isotoper och farliga gaser kunde stiga till en höjd av 1,5 km upp i luften.

Tre orsaker

Katastrofen kan sammanfattningsvis sägas ha tre orsaker:
  • Ett mänskligt felande när personal stängde av säkerhetssystemen och ignorerade rutinerna för testet.
  • Reaktorn var felkonstruerad, istället för att stoppa reaktionen orsakade grafiten på kontrollstavarna en förödande härdsmälta.
  • Samt att reaktorn saknade ett hölje av stål och betong som hade minskat spridningen av radioaktiva partiklar och därmed minskat konsekvenserna av olyckan.