Главная / Статьи

 

Хроника дня

Чернобыль: как это было. Почему произошла авария?

Опасные соседи, без которых не прожить.

О Чернобыльской трагедии написано и сказано немало. Опубликованы научные исследования, написаны десятки статей и несколько полновесных книг, даже сняты кинофильмы. Казалось бы, все уже сказано.

Но, как выясняется, в массовом сознании все еще нет единой картины представлений о том, что, как и почему произошло на четвертом энергоблоке ЧАЭС 26 апреля 1986 года. Это и понятно: людям, не имеющим специального образования, сложно вникнуть в суть физических процессов внутри ядерного реактора. С другой стороны, люди, понимающие эти процессы, чаще всего не способны просто донести свое знание общественности.

Поэтому я решил попробовать изложить общепризнанную версию событий на ЧАЭС в максимально доступной форме. Я намеренно опускаю наиболее сложные теоретические вопросы, а те из них, опустить которые не представляется возможным, буду излагать упрощенно – надеюсь, что специалисты отнесутся к этому с пониманием. Итак, приступим.

Ядерный реактор

Для получения энергии на атомной станции используют распад ядер урана. В результате попадания нейтрона такое ядро делится на две (как правило) части-осколка. При этом выделяется значительное количество энергии (ради нее это все и затевают), а также два или три новых нейтрона. Эти нейтроны могут вызвать распад других ядер, которые, распавшись, дадут еще больше нейтронов, а эти нейтроны, в свою очередь, инициируют распад еще большего числа ядер. Таким образом, реакция поддерживает и усиливает сама себя. Такой процесс называется цепной реакцией.

В ядерной бомбе цепная реакция развивается лавинообразно, сопровождаясь очень интенсивным выделением энергии – происходит ядерный взрыв. Для ядерной энергетики такой метод не годится: здесь нужно, чтобы реакция происходило стабильно, то есть число ядер топлива, которые делятся, было примерно постоянным, и, соответственно, энергия выделялась постепенно и равномерно. Очень грубо говоря, это означает, что только один нейтрон из выделившихся в результате распада должен попасть в другое ядро. А значит, остальные нейтроны нужно куда-то убрать. В реакторе это достигается введением в активную зону (места, где, собственно, происходит реакция) специальных стержней из материала, который поглощают лишние нейтроны. Чем больше нейтронов надо поглотить, тем больше стержней вводят в реактор. Можно сравнить работу стержней с работой автомобильного тормоза: чем сильнее хотим уменьшить скорость – тем сильнее давим на педаль.
Некоторая трудность заключается в том, что при начальной загрузке топлива (урана) в реактор, реакция протекает крайне интенсивно. По мере того, как уран со временем распадается, реакция идет все слабее. Но необходимо, чтобы она шла с постоянной скоростью. Поэтому делают так: вначале после заправки топливом «педаль тормоза» держат «зажатой», постепенно отпуская по ходу работы. То, насколько сильно зажата педаль, атомщики называют термином «оперативный запас реактивности». Когда для нормальной работы реактора «тормоз» приходится почти полностью отпустить, наступает время для перезаправки. Отметим этот момент: в нормально работающем реакторе некоторая часть стержней-поглотителей всегда погружена в реактор. То, какое минимальное количество стержней должно быть введено в активную зону, описано инструкциями. Кроме того, в реакторе есть еще и теплоноситель – чаще всего, вода. В реакторе она отбирает тепло, выделяющееся в ходе ядерной реакции, и сильно нагревается, частично испаряясь. По выходе из реактора пар вращает турбину, которая и вырабатывает электроэнергию – вот ради этого цикла атомные станции и строят. Так вот, смесь воды и пара, которая циркулирует по трубам внутри реактора, тоже влияет на ход реакции, причем влияет сложно. В зависимости от конструкции реактора увеличение количества пара может как усиливать, так и ослаблять реакцию. В Чернобыле было так: с ростом доли пара активность растет.

Это плохо, потому что повышение содержания пара обычно связано с повышением температуры, т.е. с ростом активности реактора. Получается неправильно: и так растет активность, а пар ее еще сильнее разгоняет. Но до поры это не вызывало проблем, потому что в масштабе нормально работающего реактора этот эффект влияет на процесс незначительно.

Эксперимент

О том, что 26 апреля 1986 года на 4 реакторе ЧАЭС проходил определенный эксперимент, знают многие. Но, опять-таки, немногие понимают, в чем была суть эксперимента.

Как я уже говорил, внутри реактора постоянно циркулирует теплоноситель. Этот теплоноситель перекачивают насосы. Они питаются электроэнергией, которую вырабатывает сама станция. На случай, если электроснабжение насосов от станции вдруг нарушится, предусмотрены специальные дизельные электрогенераторы, которые будут питать систему охлаждения. Но на их запуск нужно время – несколько минут, в течение которого охлаждение реактора будет нарушено, что, мягко говоря, нежелательно. В этот период можно использовать энергию, которую будет по инерции вырабатывать останавливающаяся турбина энергоблока. Но хватит ли этой электроэнергии для того, чтобы «продержаться» пока не запустятся аварийные генераторы? Это и планировалось узнать.

Иногда говорят, мол, нельзя ставить какие бы то ни было эксперименты на работающей атомной станции. Дескать, хотите что-то там измерить – стройте экспериментальную установку. Но ирония заключается в том, что нельзя построить модель атомной станции, которая не являлась бы при этом атомной станцией. К тому же, при проведении эксперимента были предусмотрены меры безопасности – например, мощность реактора планировали снизить до 20% от обычной. А для того, чтобы это снижение не сильно повредило «народному хозяйству», испытания назначили на 25 апреля: как раз подходил срок остановки четвертого энергоблока ЧАЭС на плановый ремонт, для чего реактор останавливают.

Ситуация

Приблизительно к часу ночи 26-ого числа мощность уменьшили до предполагаемых экспериментом 700 мВт. Персонал выполняет последние приготовления. Но тут мощность реактора внезапно падает до 30 мВт. Это произошло из-за ошибки оператора, который не справился с управлением. Как бы там ни было, эксперимент производить нельзя: «автомобиль» «едет слишком медленно». Кто именно приказал повышать мощность, сейчас определить сложно. По официальной версии, такое указание отдал заместитель главного инженера ЧАЭС Анатолий Дятлов. Сам Дятлов говорил, что в тот момент на пульте его вообще не было. Но Дятлов не отрицает: будь он на месте, сказал бы поднимать.

Действительно, на первый взгляд – меньше не больше. Исходя из соображений банальной логики, ядерный реактор тем более опасен, чем выше его мощность. Вот если она превышает норму, то надо беспокоиться. А если ниже – поднимем, и все. И начали поднимать. Это была роковая ошибка.

Для подъема мощности стали «отпускать тормоз» - извлекать из активной зоны реактора стержни-поглотители. Причем из-за определенных особенностей ядерной реакции их пришлось извлечь даже больше, чем было в реакторе в нормальном состоянии. Их осталось меньше, чем было положено по требованиям безопасности.

Вышли на мощность. Начали эксперимент. Насосы систем охлаждения получали более слабое электропитание от турбины генератора, вращающейся не под давлением пара, а по инерции, и стали гнать воду менее интенсивно. Температура охлаждающей воды стала расти. В ней стало больше пара, и интенсивность ядерной реакции стала увеличиваться. Но в течение эксперимента (он длился с 1:23:04 до 1:23:39) все показатели оставались в целом в пределах нормы. Обращаю внимание читателя на мысль, которую очень часто теряют: сам по себе эксперимент прошел нормально.

Авария

За 11 секунд до катастрофы ничто не предвещало беды. Все показатели почти в пределах нормы. Разве что пара в трубах многовато, да стержней в реакторе маловато, но сам реактор пока ведет себя хорошо. Теперь реактор надо «гасить» в соответствии с планом. Оператор нажимает кнопку - и вниз устремляются все поглощающие стержни. По аналогии с автомобилем, это все равно, что резко вдавить в пол педаль тормоза. Парадокс: к катастрофе привело действие, которое, по всем логическим причинам к ней никак привести не могло.

Опытный водитель знает: далеко не всегда нажатие педали тормоза приводит к остановке автомобиля. Проделай это в гололед - колеса потеряют сцепление с дорогой, автомобиль станет неуправляемым. Так и в реакторе. Да, в нормальных условиях эта команда остановила бы его. Но условия в 1:23:39 26 апреля 1986 года не были нормальными. Во-первых, в реакторе было слишком мало поглощающих стержней. Во-вторых – многовато пара в трубах. Было еще и «в-третьих». В конструкции стержней-поглотителей был определенный дефект: когда их опускают из крайнего верхнего положения, входя в активную зону, сначала они немного увеличивают интенсивность реакции, а уже потом начинают ее замедлять. Это все равно, что педаль тормоза в самом начале нажатия работала бы как газ.

Знали ли об этом раньше? Знали. Концевой эффект (так называется этот нюанс конструкции стержней) впервые обнаружили еще в 1983 году на Игналинской АЭС. Почему не устранили? Сочли «неопасным». С нашей «постчернобыльской» точки зрения это кажется безумием. Но тогда все расчеты говорили: эффект не окажет существенного влияния, реактивность увеличивается не существенно, и уже через несколько секунд стержни-поглотители ее поглотят. Но это – в штатном режиме.

А на ЧАЭС – внештатный. Слишком много стержней выведено из реактора, слишком много их опускается одновременно из крайнего верхнего положения, слишком сложная обстановка в реакторе вообще. И реактивность, которые внесли стержни, оказалась роковой. Ее было достаточно для того, чтобы, в совокупности с прочими факторами, начать стремительный разгон реактора. За секунду его мощность возросла в 13(!) раз. Соответственно, стремительно стала расти температура в трубопроводах, а значит, и давление пара: оно увеличивалось на 15-20 атмосфер в секунду. В результате реактор разрушился до того, как стержни погрузились достаточно глубоко.

Катастрофа

Иногда можно слышать, что на ЧАЭС произошел «ядерный взрыв». Это неверно. Собственно, ядерного взрыва не было. От избыточного давления разрушились трубы системы охлаждения, и перегретый водяной пар попал внутрь реактора. Там на такой случай были предусмотрены специальные клапаны, чтобы скомпенсировать давление, и они сработали. Но рассчитаны они были на разрыв одного-двух трубопроводов. А здесь разрушились все или почти все.

Одни говорят, что само это активное выделение пара под давлением более чем в 200 атмосфер и произвело эффект взрыва. Другие говорят, что водяной пар, попав в раскаленную внутренность реактора, вступил в химическую реакцию с цирконием, в результате которой выделяется водород. Смешавшись с воздухом, водород образовал гремучую смесь, которая и взорвалась. Возможно, имели место оба явления – недаром большинство очевидцев говорит как минимум о двух взрывах сразу друг за другом. Ясно одно: около 1:23:50 реактор четвертого энергоблока ЧАЭС был полностью разрушен.

Кто виноват?

Первой официальной версией трагедии было следующее: авария произошла из-за неправильных действий персонала ЧАЭС. Те из них, кто выжил после аварии, предстали перед судом. Например, вышеупомянутый Дятлов получил 10 лет колонии, правда, из-за болезней, ставших следствием аварии, был освобожден уже через 4 года.

Но так ли виновны работники на самом деле? Действительно, персонал станции несколько раз прямо нарушил инструкцию, что, конечно, недопустимо. Но если бы не существенные недостатки в конструкции реактора, эти нарушения не привели бы к катастрофе. Если бы не рост реактивности с повышением температуры, если бы не дефектная конструкция стержней-поглотителей – никакой аварии не было бы.

Так значит, виноваты проектировщики, конструкторы станции? Эту версию до самой смерти отстаивал Дятлов, и его аргументы звучат весомо. Действительно, конструкцию, в которой «тормоз» иногда(!) может играть роль «газа», а также заложена как минимум одна положительная обратная связь (рост температуры приводит к росту реактивности), трудно назвать удачной – особенно для ядерного реактора. Но однозначно возложить вину на проектировщиков тоже нельзя: если бы персонал станции действовал в соответствии с инструкцией, дефекты конструкции не привели бы к катастрофе.
Таким образом, к катастрофе привело уникальное по месту и времени совпадение сразу нескольких ошибок операторов и недостатков конструкции.

А вот сам по себе эксперимент, который часто называют причиной трагедии, на самом деле к ней прямого отношения не имел. Итак, на вопрос «кто виноват?» просто ответить не получается. Лично мне кажется, что большая степень вины лежит все же на проектировщиках. Да, они написали в инструкции: того-то и того-то делать нельзя. Но этого мало. То, что в результате определенных действий может возникнуть неуправляемая цепная реакция, должно было быть написано в инструкции так, чтобы это понял даже близорукий имбецил, каких к работе на атомной станции не допускают. После Чернобыля так и написали: большими буквами, с восклицательными знаками и пометками «Внимание!».

После катастрофы персонал станции проявил настоящий героизм. Сознательно жертвуя собой, эти люди совершили подвиг: они вместе с пожарными не допустили, чтобы огонь перекинулся на другие энергоблоки ЧАЭС. Если бы это произошло, последствия Чернобыля были бы еще более чудовищны. Они пытались сделать что-то и с самим реактором, хотя сделать там уже ничего было нельзя: в борьбе за это отдал жизнь уже упомянутый выше Акимов. Об этом тоже нужно помнить.

Чернобыль и мы

В 1986 году авария на ЧАЭС породила настоящую эпидемию атомофобии, были свернуты многие проекты строительства атомных станций. События 2011 года – авария на АЭС «Фукусима-1» в Японии - скорее всего, усилят эту тенденцию. Две аварии за 25 лет - мы не можем быть уверены, что подобные трагедии не повторятся в будущем.

Но проблема в том, что человечество сегодня не может позволить себе отказаться от атомных станций. Так, например, на Украине АЭС производят до 50% электроэнергии, в США – до 20%, во Франции – до 80%. Альтернативные источники энергии (солнечные батареи и ветряки) пока недостаточно эффективны, а запасы нефти и газа медленно, но верно иссякают.
Многие считают хорошей альтернативой другую ветку ядерной энергетики: ядерный синтез, который сегодня представляется гораздо более безопасной технологией. Но эффективно использовать его человечество пока не умеет. Страны ЕС выделяют на исследование термоядерной энергетики 200 миллионов евро в год – это в десятки меньше, чем прибыль многих коммерческих компания. Ученые говорят, что при таких темпах исследований промышленная термоядерная установка может быть построена не раньше, чем через 50 лет. А значит, еще минимум полвека атомные станции останутся нашими опасными соседями.

Юрий Ткачев

Подписывайтесь на наш канал в Telegram @timerodessa (t.me/timerodessa) - будьте всегда в курсе важнейших новостей!
Чтобы оставить комментарий, авторизируйтесь через свой аккаунт в

Загрузка...

Инфографика



Загрузка...