Чернобыль. 25 лет спустя

Чернобыль. 25 лет спустя

Уже четверть века отделяют нас от чернобыльской катастрофы. Авария, перечеркнувшая множество жизней и стоившая огромных потерь, давно стала именем нарицательным, применяемым для обозначения техногенных неприятностей, которыми, увы, богата наша эпоха. В преддверии грустного юбилея мы решили сосредоточиться на двух аспектах истории: на причинах аварии и на том, что ждет бывшую гордость советской атомной энергетики дальше.

Официальной версией с самого начала стали нарушения, якобы допущенные персоналом станции. В докладе рабочей группы МАГАТЭ (INSAG-1), подготовленном в 1986 году на основе советских данных, в вину персоналу ставились грубые нарушения правил эксплуатации. Впоследствии выводы МАГАТЭ изменились. Доклад о причинах аварии (INSAG-7), опубликованный в 1993 году, признает, что советская информация была неточной и послужила основой для неверных выводов, а  действия персонала были, возможно, неидеальными, но к  катастрофе не вели.

Чтобы понять суть противоречий, нам придется хотя бы в предельно упрощенном виде описать физику процесса.

Реактор большой мощности канальный (РБМК-1000). Тип: канальный, уран-графитовый (графито-водный по замедлителю), кипящего типа, на тепловых нейтронах // Тепловая мощность: 3200 МВт // Электрическая мощность: 1000 МВт // Давление пара перед турбиной: 65 атм // Загрузка топлива: 192 т // Габариты активной зоны: диаметр — 11,8 м, высота — 7 м // Генеральный конструктор: академик Доллежаль Н.А. (НИКИЭТ) // Научный руководитель: академик А.П. Александров (ИАЭ им. И.В. Курчатова). Первый запуск в эксплуатацию: 1973 год, Ленинградская АЭС. Установлены на Ленинградской, Курской, Смоленской и Чернобыльской АЭС

Делящееся ядро урана-235 испускает несколько нейтронов. Часть нейтронов захватывается другими урановыми ядрами, после чего они становятся нестабильными и тоже распадаются — идет цепная реакция. В  атомной бомбе она приводит к  взрыву. Реактор превращаться в  бомбу не должен, поэтому поток нейтронов удерживается на достаточно низком уровне, а его избыток поглощается.

Развиваемая реактором мощность зависит от множества факторов. Один из важных — соотношение пара и кипящей воды в активной зоне, поскольку эти среды поглощают нейтроны очень по‑разному. Рост паросодержания должен сдерживать рост мощности. Так и  было указано в документации РБМК-1000. Реальность оказалась иной. На низкой мощности ее увеличение «разогревало» реактор дальше.

Чернобыльская авария стала одной из крупнейших техногенных катастроф XX века и самой крупной аварией на АЭС за время существования атомной энергетики. По количеству человеческих жертв ее масштабы уступают Хиросиме, но по материальным потерям — сопоставимы, особенно с учетом долговременного характера загрязнения. Радиоактивные осадки в 1986 году выпали на территории десятков стран и остаются там поныне. Непосредственно при аварии погибли два сотрудника ЧАЭС. Среди людей, выполнявших аварийные работы, зарегистрированы 134 случая острой лучевой болезни. До конца 1986 года от ОЛБ скончались 28 человек. В ликвидации последствий аварии участвовали около 600 000 человек. Из 188 населенных пунктов, оказавшихся в пострадавших районах, были эвакуированы 116 000 человек весной-летом 1986 года и около 220 000 — впоследствии. На территории России загрязнению подверглись 7500 населенных пунктов, в которых тогда проживало около 2,6 млн человек. К началу 2011 года в результате дезактивации и естественного распада их число сократилось до 4000 (около 1,5 млн жителей). На территориях, подвергшихся заражению на Украине, в России и Белоруссии, к настоящему времени проживает около 5 млн человек. Уровень загрязнения цезием-137 превышает 37 кБк/км2 на 200 000 км2 территории Европы. В России, Украине и Белоруссии было выведено из обращения 784 000 га сельскохозяйственных угодий, а лесозаготовка была прекращена на 694 000 га леса.

Для управления реакцией и ее прекращения используются стержни-поглотители, вводимые в активную зону. Этот процесс, конечно, не мгновенен, в случае реактора РБМК полное введение поглотителей занимало 18 секунд.

Стержень чернобыльского реактора состоял из двух частей — собственно поглотителя (карбид бора) и графитового вытеснителя, расположенного на 1,25 м ниже и служащего для выдавливания из канала охлаждающей его воды. При извлеченном поглотителе вытеснитель располагался посередине активной зоны. Сверху и снизу от него находились водяные столбы высотой по 1,25 м. Вода тоже поглощает нейтроны — хуже карбида бора, но намного лучше графита. Поэтому, при опускании стержня, в ту часть активной зоны, где вода вытеснялась графитом, вносилась положительная реактивность вместо «положенной» по смыслу защиты отрицательной.


Что ждет нас внутри?

4-й энергоблок ЧАЭС можно назвать одним из самых малоизученных объектов Европы — около 40% его площади до сих пор недоступны из-за радиации и завалов.

В момент аварии в реакторе находились 192 тонны топлива и продуктов его распада. Часть была выброшена взрывом, часть в расплавленном виде стекла на нижние этажи, часть была вынесена в атмосферу и грунтовые воды и выносится до сих пор. Кроме того, топливосодержащие материалы, растворяясь в воде, впоследствии переосаждаются в других местах. Вода поступает как из атмосферы, так и из пылеосаждающей системы, установленной в 1986 году, чтобы блокировать наиболее опасный пусть распространения радионуклидов.

По наиболее устоявшейся точке зрения, внутри остались примерно 185 тонн ядерного топлива. Сейчас его суммарная активность составляет приблизительно 16 млн кюри. Большая его часть расплавилась при аварии, смешавшись с расплавами элементов конструкции.


Обычно при эксплуатации стержни находятся в разных положениях и  движутся не синхронно, уравновешивая влияние друг друга. Реактор четвертого энергоблока, готовившийся к остановке, работал большую часть дня 25 апреля на половинной мощности, а за час до аварии, при переключении автоматики, «провалился» практически до нуля. Поскольку его останов в  тот момент не планировался, оператор начал выведение «на мощность». Через полчаса она достигла 200 МВт, но из активной зоны пришлось вывести почти все поглотители. Управлявшие энергоблоком сотрудники (кто выжил) потом обвинялись в том, что работали на недопустимо низкой мощности, но регламентный запрет на работу ниже 700 МВт был введен после аварии.

Далее состоялись знаменитые испытания выбега турбогенератора - исследовалась возможность использовать его вращение по инерции для энергоснабжения оборудования при обесточивании. Испытания прошли успешно, но уже через несколько секунд их результаты стали малоинтересными.

Взрыв мирного атома

В 1 час 23 минуты 40 секунд для остановки реактора была включена система аварийной защиты. С точки зрения персонала (и регламента), это был абсолютно правильный шаг — опускание стержней должно было прервать цепную реакцию, так же как нажатие выключателя гасит люстру. То, что ситуация была штатной, значения не имело — защита должна была заглушить реактор в любом случае, она существует именно для этого.

В первые недели после аварии внутрь энергоблока через пролом в крыше сбрасывали песок, глину и свинец. Так пытались прекратить продолжавшийся пожар и уменьшить выброс радионуклидов.


187 стержней пошли вниз, а дальше случилось то, о чем мы писали выше: «залповое» вытеснение воды из нижней части активной зоны вместо снижения реактивности привело к ее повышению. Нагрев повысил парообразование, которое «разогрело» реактор еще больше. Весь процесс занял около четырех секунд, и поглотители не успели встать на место. В последние секунды жизни реактора кривая мощности превратилась в уходящую вверх вертикальную линию.


Краткая хроника событий

1964 год — начало разработки реактора РБМК.

1970 год — начало строительства первого энергоблока ЧАЭС и города Припять, предназначенного для проживания энергетиков.

23.12.73 — запуск первого промышленного реактора РБМК-1000 на первом энергоблоке Ленинградской АЭС.

30.11.75 — авария на ЛАЭС с разрушением топливного канала, приведшая к радиоактивным выбросам.

14.12.77 — подписан Акт приемки первого энергоблока ЧАЭС в эксплуатацию.

25.11.83 — начало загрузки топлива в реактор 4-го энергоблока.

28.03.84 — 4-й энергоблок выведен на проектную мощность.

25.04.86 — планировалась остановка 4-го энергоблока на плановый ремонт с проведением испытаний турбогенератора №8 в режиме выбега.

3 ч 47 мин 25 апреля — мощность реактора снижена до 50% от максимума. Дальнейшее снижение была запрещено диспетчером Киевэнерго из-за аварии на Южно-Украинской АЭС до 16 часов, а затем — на неопределенный срок.

23 ч 10 мин 25 апреля — запрет на снижение мощности снят.

0 ч 28 мин 26 апреля — при переходе с системы локального автоматического регулирования ЛАР на автоматический регулятор общей мощности (АР) произошел провал мощности примерно до 30 МВт. Персонал принял решение о подъеме мощности до 200 МВт.

1:23:04 — начало эксперимента с выбегом турбонератора по инерции. Перекрыта подача пара на ТГ № 8.

1:23:40 — нажата кнопка аварийной защиты для глушения реактора.

1:23:43 — аварийные сигналы по превышению мощности.

1:23:47 — взрыв реактора.


Катастрофический перегрев привел к разрушению реактора и двум взрывам внутри него. Верхняя защитная плита, массой около 2500 т, была подброшена вверх, перевернулась в  полете и встала на прежнем месте на ребро, открыв реакторную шахту со всем ее содержимым.

Такова, упрощенно, последняя из двух официальных версий — и она кажется правдоподобнее первой, возложившей вину на персонал. Исправный реактор был взорван в будничной обстановке нажатием кнопки аварийной защиты.

Авария на ЧАЭС была самой крупной и «публичной», но не первой. Похожее было в 1975 году на Ленинградской АЭС — аварийная защита привела к скачку реактивности и перегреву. Тогда обошлось разрушением небольшой части активной зоны. Обследовавшая станцию комиссия рекомендовала изменить конструкцию АЗ, но сделано это было лишь после Чернобыля.

Техника и снаряжение, использованные при ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, стали непригодными для какого-либо дальнейшего использования. С тех пор это — радиоактивные отходы, ждущие своей очереди на захоронение.

25 лет спустя и далее

Ликвидация последствий затянулась на много лет и едва ли закончится при жизни нашего поколения. Саркофаг, построенный в 1986 году над руинами, существенно снизил их опасность, но не устранил. Объект «Укрытие» изначально задумывался как временный - иначе тогда и не могло быть. Речь шла о затыкании дыр — насколько это было возможно при тогдашнем риске для жизни затыкающих.

Саркофаг, который и изначально не был вполне эффективным, к началу 2000-х стал опасным — возникла угроза его обрушения. Стены удалось подкрепить, но проблема осталась.

В последние полтора десятка лет было предложено несколько проектов постройки нового укрытия, из которых в результате был выбран проект сводчатого арочного укрытия, называемого в проектной литературе конфайнментом. Арочное убежище стадионных размеров (высота 105, длина 150, ширина 260 м) будет смонтировано на расстоянии около 200 м от энергоблока, дабы не подвергать строителей ненужному риску. Затем «крыша» будет надвинута на четвертый энергоблок и закрыта сбоку стенкой. Конфайнмент не будет герметичным, но его эффективность как препятствия на пути разлета радиоактивных частиц по воздуху должна быть явно выше, чем у сегодняшнего «укрытия». Срок службы нового саркофага оценивается в 100 лет. За это время можно будет разобрать теперешний саркофаг и  наконец-то убрать его радиоактивное содержимое. Самое главное, что это можно будет наконец-то делать не  торопясь.

Программа, принятая Украиной с согласия финансирующих проект европейских стран, предусматривает, что ЧАЭС окончательно прекратит существование к 2065 году. Будем надеяться, что за это время она не преподнесет новых сюрпризов.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2011).
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.