Кто угрожает России? Вызовы будущего

* * *

По поводу причин Чернобыльской аварии существует множество версий: от локального землетрясения до диверсии, осуществленной то ли злыми американцами, то ли «прогрессорами» из будущего. На самом деле всё куда прозаичнее – к взрыву привело сочетание недостатков конструкции и ошибок работников станции.

Ко времени аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) использовались четыре реактора РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт каждый. Рядом строили еще два аналогичных реактора.

В реакторе РБМК-1000 в качестве замедлителя выделяемых ураном нейтронов используется графит, а теплоносителем служит вода. Реактор размещается в наземной бетонной шахте и опирается на бетонное основание, под которым находится бассейн-барботер. В качестве ядерного топлива используется слабообогащенная (2 %) двуокись урана. Стационарная загрузка топлива в один реактор составляет свыше 190 тонн. Каждая тонна ядерного топлива содержит примерно 20 килограммов ядерного горючего (урана-235). Ядерное топливо загружается в реактор в виде тугоплавких таблеток, помещенных в трубки из циркониевого сплава – в ТВЭЛах. Трубки устанавливаются в активной зоне в виде тепловыделяющих сборок (ТВС) объединяющих по 18 ТВЭЛов. Эти сборки (около 1700 штук) вводят в специальные вертикальные технологические каналы в графитовой кладке. По этим же каналам циркулирует вода, которая в результате теплового воздействия от происходящей в реакторе цепной реакции доводится до кипения. Пар через специальные коммуникации подается на турбину, которая вырабатывает электрическую энергию. По мере выгорания топлива кассеты с ТВЭЛами заменяются.

К моменту аварии активная зона реактора 4-го энергоблока ЧАЭС содержала 1659 кассет с ТВЭЛами. Радиоактивные продукты деления имели период полураспада от 2,35 суток (нептуний-239) и свыше 27 000 лет (плутоний-239).

В цилиндре активной зоны реактора имеются сквозные отверстия (трубы), в которых размещаются 211 стержней регулирования из бористой стали или карбида бора, поглощающих нейтроны, а также регулирующих изменение скорости нейтронного потока. По мере извлечения стержней из активной зоны (поднятия вверх) начинается цепная реакция и нарастание мощности реактора (чем выше извлечены стержни, тем больше мощность). Однако в любом случае количество опущенных в активную зону стержней должно быть не менее 28–30 (после Чернобыльской аварии установлено, что в нижнем положении должно находиться не менее 70 стержней).

На 25 апреля 1986 года была запланирована остановка 4-го энергоблока ЧАЭС для очередного планово-предупредительного ремонта. Во время таких остановок обычно проводятся различные испытания оборудования и непредусмотренные регламентом эксперименты. В тот раз целью одного из них была экспериментальная проверка возможности использования кинетической энергии ротора турбогенератора для обеспечения электропитания циркуляционных насосов до запуска аварийных дизель-генераторов в случае обесточивания собственных нужд. Дело в том, что в случае отключения внешних источников энергии (а станция тоже является потребителем энергии, не только ее производителем) происходит отключение питательных насосов (подающих холодную питательную воду в реактор) и главных циркуляционных насосов (обеспечивающих прокачку нагреваемой воды через активную зону), что мгновенно приводит к отсечению поступления пара в турбину. Несмотря на прекращение подачи пара, ротор турбины продолжает некоторое время вращаться по инерции, что позволяет, в принципе, генератору турбины давать электроток, которым можно поддерживать работу насосов, избежав таким образом их немедленного отключения. Подобный режим работы не был штатным для АЭС, не был отработан и нигде не применялся. Но он очень интересовал энергетиков и военных – ведь подобное отключение внешних источников питания вполне могло произойти в случае катастрофического развала энергосистемы, например, после ядерного удара. Кстати, проведение подобного эксперимента предлагалось многим атомным электростанциям, но из-за рискованности все отказывались. Руководство ЧАЭС согласилось. Больше того, аналогичные эксперименты, проведенные там в 1982, 1984 и 1985 годах, заканчивались неудачно – ожидаемый эффект не был достигнут из-за слишком быстрого падения тока возбуждения генератора и обусловленного этим снижения напряжения на шинах генератора. Однако вместо того чтобы отказаться от проведения сомнительного опыта, руководство ЧАЭС назначило новую серию испытаний, в которых предусматривалось устранение этого недостатка с помощью специального регулятора магнитного поля генератора.

Уже на стадии разработки программы эксперимента был допущен ряд грубейших ошибок. Так, испытания считались руководством ЧАЭС чисто электротехническими, не влияющими на ядерную безопасность реактора, поэтому не согласовывались с генпроектантом, главным конструктором и научным руководителем. Программой не только не были предусмотрены дополнительные меры безопасности, но даже снижены существующие штатные меры. Так, в ней предписывалось отключить систему аварийного охлаждения реактора на весь период испытаний (4 часа), поскольку считалось, что она может автоматически сработать и сорвать эксперимент.

Испытания должны были проводиться на тепловой мощности 700-1000 МВт. Примерно за сутки до аварии мощность реактора была снижена до 50 % (1600 МВт), однако дальнейшее снижение мощности запретил диспетчер электросети. Продолжение снижения мощности энергоблока было разрешено диспетчером 25 апреля за час до полуночи. В итоге длительное время активная зона реактора находилась в режиме «отравления» продуктами распада – радиоактивным ксеноном-135, что неизбежно привело к дальнейшему падению мощности. Компенсация производилась операторами, выдвигавшими из активной зоны стержни-поглотители В течение примерно двух часов мощность реактора была снижена до уровня, предусмотренного программой (около 700 МВт тепловых), однако была допущена ошибка, в результате которой тепловая мощность реактора начала быстро падать, достигнув величины в 30 МВт. Персонал принял роковое решение о восстановлении мощности реактора, снова приступив к извлечению стержней. Через несколько минут удалось добиться начала ее роста, и в дальнейшем – стабилизации на уровне 160–200 МВт. Всё это время продолжалось «отравление», и операторы продолжали поднимать стержни. В момент аварии в крайнем верхнем положении находилось 205 стержней, то есть внизу оставалось только 6 стержней, что явилось грубейшим нарушением регламента эксплуатации.

26 апреля в 1:23:04 начался эксперимент. Из-за снижения оборотов насосов, подключенных к «выбегающему» генератору, и так называемого положительного парового коэффициента реактивности (который был обусловлен конструкцией РБМК-1000) реактор испытывал тенденцию к самопроизвольному увеличению мощности, что и произошло – тепловая мощность скачком увеличилась до 530 МВт. Только в этот момент персонал осознал всю меру опасности. В 1:23:40 начальник смены дал команду нажать кнопку АЗ-5 – по ней поглощающие стрежни начали движение в активную зону. Это была первая попытка предотвратить аварию и последняя из вызвавших ее причин. Дело в том, что каждый из стержней-поглотителей имеет на своем нижнем конце вытеснитель – алюминиевый цилиндр, заполненный графитом, поглощающий нейтроны в значительно меньшей мере, чем вода. Введение вытеснителей в активную зону спровоцировало резкий рост потока нейтронов, что повлекло скачкообразный рост мощности реактора и интенсивное парообразование. Реактор в буквальном смысле закипел.

Аварийный разгон сопровождался мощными ударами и отключением света. К 1:23:44 мощность цепной реакции в сто раз превысила номинальную. Бурное вскипание теплоносителя, в который попали частицы разрушаемых ТВЭЛов, привело к повышению давления в технологических каналах, их разрыву и взрыву, разрушившему реактор. Спустя две секунды после первого взрыва прогремел второй, причиной которого, по мнению специалистов, было образование и воспламенение смеси кислорода с водородом. При этом разрушилась часть здания реакторного цеха, наружу из реактора было выброшено около четверти графита и часть топлива. Очевидцы наблюдали фейерверк вылетающих раскаленных и горящих фрагментов. Часть из них, упав на крышу машинного зала, вызвала пожар.

Поток горячего воздуха поднял в атмосферу радиоактивные продукты деления. Суммарный выброс составил 3,5 % от общего количества радионуклидов в реакторе на момент аварии. Высота струи превышала 1200 метров, а уровни радиации в ней достигали 1000 мР/ч даже на расстоянии 10 километров от станции. Произошло радиоактивное загрязнение не только 30-километровой зоны вокруг АЭС, но и значительных территорий в ряде областей Украины, Белоруссии и России.

Непосредственно во время взрыва на 4-ом энергоблоке погиб один человек, еще один скончался в тот же день от полученных ожогов. У 134 сотрудников ЧАЭС и членов спасательных команд, находившихся на станции во время взрыва, развилась лучевая болезнь, 28 из них умерли.

Вечером 26 апреля было принято решение о начале эвакуации населения. Всего из 188 населенных пунктов было эвакуировано около 116 000 человек.

* * *

Мировой атомной энергетике в результате Чернобыльской аварии был нанесен серьезный удар. С 1986 до 2002 года в странах Северной Америки и Западной Европы не было построено ни одной новой АЭС, что связано как с давлением общественного мнения, так и с тем, что значительно возросли страховые взносы и уменьшилась рентабельность ядерной энергетики.

В СССР было законсервировано или прекращено строительство и проектирование 10 новых АЭС, заморожено строительство десятков новых энергоблоков на действующих АЭС в разных областях и республиках.

В то же время перед атомщиками была поставлена задача повысить уровень безопасности существующих АЭС с реакторами РБМК.

Прежде всего, разумеется, они доработали системы управления регулирующими стержнями. Сегодня просто невозможно вывести из реактора опасное количество стержней на опасное расстояние. Больше того, извлекать их даже для замены и ремонта можно только поштучно.