Уже чверть століття відділяють нас від чорнобильської катастрофи. Аварія, перекреслила безліч життів і коштувала величезних втрат, давно стала ім'ям прозивним, застосовуваним для позначення техногенних неприємностей, якими, на жаль, багата наша епоха. Напередодні сумної ювілею ми вирішили зосередитися на двох аспектах історії: на причинах аварії і на те, що чекає колишню гордість радянської атомної енергетики далі.
Офіційною версією з самого початку стали порушення, нібито допущені персоналом станції. У доповіді робочої групи МАГАТЕ (INSAG-1), підготовленому в 1986 році на основі радянських даних, в провину персоналу ставилися грубі порушення правил експлуатації. Згодом висновки МАГАТЕ змінилися. Доповідь про причини аварії (INSAG-7), опублікований в 1993 році, визнає, що радянська інформація була неточною і послужила основою для невірних висновків, а дії персоналу були, можливо, недосконалими, але до катастрофи не вели.
Щоб зрозуміти суть протиріч, нам доведеться хоча б в гранично спрощеному вигляді описати фізику процесу.
РБМК (РБМК-1000). Тип: канальний, уран-графітовий (графито-водний за сповільнювачу), киплячого типу, на теплових нейтронах // Теплова потужність 3200 МВт // Електрична потужність: 1000 МВт // Тиск пара перед турбіною: 65 атм // Завантаження палива: 192 т // Габарити активної зони: діаметр - 11,8 м, висота - 7 м // Генеральний конструктор: академік Доллєжаль Н.А. (НДІКІЕТ) // Науковий керівник: академік А.П. Александров (ІАЕ ім. І. В. Курчатова). Перший запуск в експлуатацію: 1973 рік, Ленінградська АЕС. Встановлено на Ленінградській, Курській, Смоленській і Чорнобильської АЕС
Ділиться ядро урану-235 випускає кілька нейтронів. Частина нейтронів захоплюється іншими урановими ядрами, після чого вони стають нестабільними і теж розпадаються - йде ланцюгова реакція. В атомній бомбі вона призводить до вибуху. Реактор перетворюватися в бомбу не повинен, тому потік нейтронів утримується на досить низькому рівні, а його надлишок поглинається.
Розвиваємо реактором потужність залежить від безлічі факторів. Один з найважливіших - співвідношення пара і киплячої води в активній зоні, оскільки ці середовища поглинають нейтрони дуже по-різному. Зростання паросодержания повинен стримувати зростання потужності. Так і було зазначено в документації РБМК-1000. Реальність виявилася іншою. На низькій потужності її збільшення «розігрівало» реактор далі.
Чорнобильська аварія стала однією з найбільших техногенних катастроф XX століття і найбільшою аварією на АЕС за час існування атомної енергетики. За кількістю людських жертв її масштаби поступаються Хіросімі, але по матеріальних втрат - можна порівняти, особливо з урахуванням довготривалого характеру забруднення. Радіоактивні опади в 1986 році випали на території десятків країн і залишаються там понині. Безпосередньо при аварії загинули два співробітники ЧАЕС. Серед людей, що виконували аварійні роботи, зареєстровані 134 випадки гострої променевої хвороби. До кінця 1986 роки від ОЛБ померли 28 осіб. У ліквідації наслідків аварії брали участь близько 600 000 чоловік. З 188 населених пунктів, які опинилися в постраждалих районах, були евакуйовані 116 000 осіб навесні-влітку 1986 року і близько 220 000 - згодом. На території Росії забруднено 7500 населених пунктів, в яких тоді проживало близько 2,6 млн осіб. До початку 2011 року в результаті дезактивації і природного розпаду їх число скоротилося до 4000 (близько 1,5 млн жителів). На територіях, що зазнали зараженню на Україні, в Росії і Білорусії, до теперішнього часу проживає близько 5 млн людей. Рівень забруднення цезієм-137 перевищує 37 кБк / км2 на 200 000 км2 території Європи. У Росії, Україні і Білорусії було виведено з обігу 784 000 га сільськогосподарських угідь, а лісозаготівля була припинена на 694 000 га лісу.
Для управління реакцією і її припинення використовуються стрижні-поглиначі, що вводяться в активну зону. Цей процес, звичайно, не миттєвий, в разі реактора РБМК повне введення поглиначів займало 18 секунд.
Стрижень чорнобильського реактора складався з двох частин - власне поглинача (карбід бору) і графітового витіснювача, розташованого на 1,25 м нижче і службовця для видавлювання з каналу охолоджуючої його води. При витягнутому поглиначі витіснювач розташовувався посередині активної зони. Зверху і знизу від нього знаходилися водяні стовпи висотою по 1,25 м. Вода теж поглинає нейтрони - гірше карбіду бору, але набагато краще графіту. Тому, при опусканні стрижня, в ту частину активної зони, де вода витіснялася графітом, вносилася позитивна реактивність замість «покладеної» за змістом захисту негативною.
Що чекає нас всередині?
4-й енергоблок ЧАЕС можна назвати одним з найбільш маловивчених об'єктів Європи - близько 40% його площі до сих пір недоступні через радіацію і завалів.
У момент аварії в реакторі знаходилися 192 тонни палива і продуктів його розпаду. Частина була викинута вибухом, частина в розплавленому вигляді скла на нижні поверхи, частина була винесена в атмосферу і грунтові води і виноситься до сих пір. Крім того, паливовміщуючі матеріали, розчиняючись у воді, згодом переосаждаются в інших місцях. Вода надходить як з атмосфери, так і з пилоосаджувальних системи, встановленої в 1986 році, щоб блокувати найбільш небезпечний нехай поширення радіонуклідів.
За найбільш усталеною точці зору, всередині залишилися приблизно 185 тонн ядерного палива. Зараз його сумарна активність складає приблизно 16 млн кюрі. Велика його частина розплавилася при аварії, змішавшись з розплавами елементів конструкції.
Зазвичай при експлуатації стрижні знаходяться в різних положеннях і рухаються не синхронно, врівноважуючи вплив один одного. Реактор четвертого енергоблоку, який готувався до зупинки, працював більшу частину дня 25 квітня на половинній потужності, а за годину до аварії, при перемиканні автоматики, «провалився» практично до нуля. Оскільки його останов в той момент не планувався, оператор почав виведення «на потужність». Через півгодини вона досягла 200 МВт, але з активної зони довелося вивести майже все поглиначі. Керували енергоблоком співробітники (хто вижив) потім звинувачувалися в тому, що працювали на неприпустимо низькою потужності, але регламентний заборона на роботу нижче 700 МВт був введений після аварії.
Далі відбулися знамениті випробування вибігу турбогенератора - досліджувалася можливість використовувати його обертання по інерції для енергопостачання обладнання при знеструмленні. Випробування пройшли успішно, але вже через кілька секунд їх результати стали малоцікавими.
Вибух мирного атома
О 1 годині 23 хвилини 40 секунд для зупинки реактора була включена система аварійного захисту. З точки зору персоналу (і регламенту), це був абсолютно правильний крок - опускання стрижнів мало перервати ланцюгову реакцію, так само як натискання вимикача гасить люстру. Те, що ситуація була штатною, значення не мало - захист мав заглушити реактор в будь-якому випадку, вона існує саме для цього.
У перші тижні після аварії всередину енергоблоку через пролом в даху скидали пісок, глину і свинець. Так намагалися припинити тривав пожежа і зменшити викид радіонуклідів.
187 стрижнів пішли вниз, а далі сталося те, про що ми писали вище: «залповое» витіснення води з нижньої частини активної зони замість зниження реактивності призвело до її підвищення. Нагрівання підвищив пароутворення, яке «розігріло» реактор ще більше. Весь процес зайняв близько чотирьох секунд, і поглиначі не встигли встати на місце. В останні секунди життя реактора крива потужності перетворилася в що йде вгору вертикальну лінію.
Коротка хроніка подій
1964 рік - початок розробки реактора РБМК.
1970 рік - початок будівництва першого енергоблоку ЧАЕС та міста Прип'ять, призначеного для проживання енергетиків.
23.12.73 - запуск першого промислового реактора РВПК-1000 на першому енергоблоці Ленінградської АЕС.
30.11.75 - аварія на ЛАЕС з руйнуванням паливного каналу, яка призвела до радіоактивних викидів.
14.12.77 - підписаний Акт приймання першого енергоблоку ЧАЕС в експлуатацію.
25.11.83 - початок завантаження палива в реактор 4-го енергоблоку.
28.03.84 - 4-й енергоблок виведений на проектну потужність.
25.04.86 - планувалася зупинка 4-го енергоблоку на плановий ремонт з проведенням випробувань турбогенератора №8 в режимі вибігу.
3 год 47 хв 25 квітня - потужність реактора знижена до 50% від максимуму. Подальше зниження була заборонено диспетчером Київенерго через аварію на Південно-Українській АЕС до 16 годин, а потім - на невизначений термін.
23 год 10 хв 25 квітня - заборона на зниження потужності знятий.
0 год 28 хв 26 квітня - при переході з системи локального автоматичного регулювання ЛАР на автоматичний регулятор загальної потужності (АР) стався провал потужності приблизно до 30 МВт. Персонал прийняв рішення про підйом потужності до 200 МВт.
1:23:04 - початок експерименту з вибігом турбонератора за інерцією. Перекрита подача пара на ТГ № 8.
1:23:40 - натиснута кнопка аварійного захисту для глушіння реактора.
1:23:43 - аварійні сигнали по перевищенню потужності.
1:23:47 - вибух реактора.
Катастрофічний перегрів призвів до руйнування реактора і двох вибухів всередині нього. Верхня захисна плита, масою близько 2500 т, була підкинута вгору, перекинулася в польоті і встала на колишньому місці на ребро, відкривши реакторну шахту з усім її вмістом.
Така, спрощено, остання з двох офіційних версій - і вона здається правдоподібніше першої, поклала провину на персонал. Справний реактор був підірваний в буденній обстановці натисканням кнопки аварійного захисту.
Аварія на ЧАЕС була найбільшою і «публічною», але не першою. Схоже було в 1975 році на Ленінградській АЕС - аварійний захист привела до стрибка реактивності і перегріву. Тоді обійшлося руйнуванням невеликої частини активної зони. Яка обстежила станцію комісія рекомендувала змінити конструкцію АЗ, але зроблено це було лише після Чорнобиля.
Техніка та спорядження, використані при ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС, стали непридатними для будь-якого подальшого використання. З тих пір це - радіоактивні відходи, що чекають своєї черги на поховання.
25 років по тому і далі
Ліквідація наслідків затягнулася на багато років і навряд чи закінчиться за життя нашого покоління. Саркофаг, побудований в 1986 році над руїнами, істотно знизив їх небезпека, але не усунув. Об'єкт «Укриття» спочатку замислювався як тимчасовий - інакше тоді і не могло бути. Йшлося про затикання дірок - наскільки це було можливо при тодішньому ризик для життя затикати.
Саркофаг, який і спочатку не був цілком ефективним, до початку 2000-х став небезпечним - виникла загроза його обвалення. Стіни вдалося підкріпити, але проблема залишилася.
В останні півтора десятка років було запропоновано кілька проектів будівництва нового укриття, з яких в результаті був обраний проект склепінного арочного укриття, званого в проектній літературі конфайнментом. Арочне притулок стадіонних розмірів (висота 105, довжина 150, ширина 260 м) буде змонтовано на відстані близько 200 м від енергоблоку, щоб не наражати на будівельників непотрібного ризику. Потім «дах» буде насунута на четвертий енергоблок і закрита збоку стінкою. Конфайнмент НЕ буде герметичним, але його ефективність як перешкоди на шляху розльоту радіоактивних частинок по повітрю повинна бути явно вище, ніж у сьогоднішнього «укриття». Термін служби нового саркофага оцінюється в 100 років. За цей час можна буде розібрати теперішній саркофаг і нарешті прибрати його радіоактивний вміст. Найголовніше, що це можна буде нарешті робити не поспішаючи.
Програма, прийнята Україною за згодою фінансують проект європейських країн, передбачає, що ЧАЕС остаточно припинить існування до 2065 році. Будемо сподіватися, що за цей час вона не піднесе нових сюрпризів.
Стаття опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №4, Грудень 2011 ).
Що чекає нас всередині?Що чекає нас всередині?
