Последствия естественных экологических катастроф

              В ядерной энергетике особое значение имеют профессиональные экзамены. Но на ЧАЭС они принимались не всегда достаточно компетентной комиссией. Руководители, которые должны были её возглавлять, самоустранились от своих обязанностей. Не всё ладилось и с производственной дисциплиной.

              Испытания на турбогенераторе №8 подготовили плохо. Если точнее, преступно плохо. Тем более что на одно и то же время были запланированы совершенно разные по задачам и методикам проведения испытания турбины — на вибрацию и “на выбег”.

              Причины аварии на ЧАЭС, её развитие исследовались ведущими учёными и специалистами с использованием данных о состоянии реактора и его систем перед аварией, математических моделей энергоблока  и его реакторной установки и электронно-вычислительной техники. В итоге удалось восстановить ход событий, сформулировать версии о причинах и развитии аварии.

Авария

              25 апреля 1986 года ситуация развивалась следующим образом:                                                           

              1 час 00 минут — согласно графику остановки реактора на планово - предупредительный ремонт персонал приступил к снижению мощности аппарата, работавшего на номинальных параметрах.                           

              13 часов 05 минут —  при тепловой мощности 1600 МВт отключён от сети турбогенератор №7, входящий в систему 4-го энергоблока. Электропитание собственных нужд (главные циркуляционные насосы и другие потребители) перевели на турбогенератор №8.

              14 часов 00 минут — в соответствии с программой испытаний отключается система аварийного охлаждения реактора. Поскольку реактор не может эксплуатироваться без системы аварийного охлаждения, его необходимо было остановить. Однако диспетчер “Киевэнерго” не дал разрешения на глушение аппарата. И реактор продолжал работать без САОР.

              23 часа 10 минут — получено разрешение на остановку реактора. Началось дальнейшее снижение его мощности до 1000—700 МВт (тепловых), как и предусматривалось программой испытаний. Но оператор не справился с управлением, в результате чего мощность аппарата упала почти до нуля. В таких случаях реактор должен глушиться. Но персонал не посчитался с этим требованием. Начали подъём мощности.

              В 1 час 00 минут 26 апреля персоналу, наконец, удалось поднять мощность реактора и стабилизировать её на уровне 200 МВт (тепловых) вместо 1000—700, заложенных в программе испытаний.

              В 1 час 03 минуты и 1 час 07 минут—к шести работающим главным циркуляционным насосам дополнительно подключили ещё два, чтобы повысить надёжность охлаждения активной зоны аппарата после испытаний.

Подготовка к эксперименту.

1 час 20 минут (примерно – по математической модели)—стержни автоматического регулирования (АР) вышли из активной зоны на верхние концевики, и оператор даже помогал этому с помощью ручного управления. Только так удалось удержать мощность аппарата на уровне 200 МВт (тепловых). Но какой ценой? Ценой нарушения строжайшего запрета работать на реакторе без определённого запаса стержней—поглотителей нейтронов.

              1 час 22 минуты 30 секунд—по данным распечатки программ быстрой оценки состояния, в активной зоне находилось всего шесть–восемь стержней. Эта величина примерно вдвое меньше предельно допустимой, и опять реактор требовалось заглушить.

              1 час 23 минуты 04 секунды—оператор закрыл стопорно-регулирующие клапаны турбогенератора №8. Подача пара на него прекратилась. Начался режим выбега. В момент отключения второго турбогенератора должна была бы сработать ещё одна автоматическая защита по остановке реактора. Но персонал, зная это, заблаговременно отключил её, чтобы, по-видимому, иметь возможность повторить испытания, если первая попытка не удастся.

              В ситуации, возникшей в результате нерегламентированных действий персонала, реактор попал (по расходу теплоносителя) в такое состояние, когда даже небольшое изменение мощности приводит к увеличению объёмного паросодержания, во много раз большему, чем при номинальной мощности. Рост объёмного паросодержания вызвал появление положительной реактивности. Колебания мощности в конечном итоге могли привести к дальнейшему её росту.

              1 час 23 минуты 40 секунд—начальник смены 4-го энергоблока, поняв опасность ситуации, дал команду старшему инженеру управления реактором нажать кнопку самой эффективной аварийной защиты (АЗ-5). Стержни пошли вниз, однако через несколько секунд раздались удары, и оператор увидел, что поглотители остановились. Тогда он обесточил муфты сервоприводов, чтобы стержни упали в активную зону под воздействием собственной тяжести. Но большинство стержней-поглотителей так и осталось в верхней половине активной зоны.

              Ввод стержней, как показали позже специальные исследования, начавшийся после нажатия кнопки АЗ, при создавшемся распределении потока нейтронов по высоте реактора оказался неэффективным и также мог привести к появлению положительной реактивности.

              Произошёл взрыв. Но не ядерный, а тепловой. В результате уже названных причин в реакторе началось интенсивное парообразование. Затем произошёл кризис теплоотдачи, разогрев топлива, его разрушение, бурное вскипание теплоносителя, в который попали частицы разрушенного топлива, резко повысилось давление в технологических каналах. Это привело к тепловому взрыву, развалившему реактор.

              Снижение мощности реактора, как уже было сказано, началось в 1 час 00 минут 25 апреля. Затем этот процесс остановили по требованию диспетчера энергосистемы. И продолжение работы по снижению мощности вновь началось в 23 часа 10 минут.

              Рассмотрим, какие опасные процессы происходили в активной зоне за эти 22 часа. Прежде всего, необходимо отметить, что в ходе цепной реакции образуется целый спектр химических элементов. При делении ядер урана появляется йод, имеющий период полураспада около семи часов. Затем он переходит в ксенон-135, обладающий свойством активно поглощать нейтроны.

              Ксенон, который иногда называют “нейтронным ядром”, имеет период полураспада около девяти часов и постоянно присутствует в активной зоне реактора. Но при нормальной работе аппарата он частично выгорает под воздействием тех же нейтронов, поэтому практически количество ксенона сохраняется на одном уровне.

              А при снижении мощности реактора и соответственно ослаблении нейтронного поля количество ксенона (за счёт того, что его выгорает меньше) увеличивается. Происходит так называемое “отравление реактора”. При этом цепная реакция замедляется, реактор попадает в глубоко подкритичное состояние, известное под названием “йодной ямы”. И пока она не пройдена, то есть “нейтронный яд” не распадётся, ядерная установка должна быть остановлена. Попадание аппарата в “йодную яму” происходит при провале мощности реактора, что и случилось на 4-м энергоблоке ЧАЭС 25 апреля 1986 года.

              Ксенон понизил мощность аппарата, и для поддержания его “дыхания” потребовалось вывести из активной зоны большое количество стержней СУЗ, которые также поглощают нейтроны. Таким образом, стремление персонала, несмотря ни на что, провести эксперимент вступило в противоречие с требованиями регламента.

Сразу после аварии

              Взрывы в 4-м реакторе ЧАЭС сдвинули со своего места металлоконструкции верха реактора, разрушили все трубы высокого давления, выбросили некоторые регулирующие стержни и горящие блоки графита, разрушили разгрузочную сторону реактора, подпиточный отсек и часть здания. Осколки активной зоны и испарительных каналов упали на крышу реакторного и турбинного зданий. Была пробита и частично разрушена крыша машинного зала второй очереди станции.

              Несмотря на взрывы, все три оставшихся блока продолжали действовать. Не был повреждён даже 3-й реактор, который технически тесно связан с аварийной ядерной установкой.

              Вместе с тем возникла ситуация, при которой следовало остановить все реакторы. 3-й блок остановили в 5 часов 26 апреля. 1-й и 2-й блоки заглушили соответственно в 1 час 13 минут и 2 часа 13 минут 27 апреля 1986 года. Все аппараты затем были подготовлены к длительной стоянке в холодном состоянии, а оборудование станции после аварии перевели в положение холодного резерва. 

Последствия

              Выброс радионуклидов (вид неустойчивых атомов, которые при самопроизвольном превращении в другой нуклид испускают ионизирующее излучение—это и есть радиоактивность) за пределы аварийного блока ЧАЭС представлял собой растянутый во времени процесс, состоявший из нескольких стадий.

              27 апреля 1986 года высота загрязнённой радионуклидами воздушной струи, выходящей из повреждённого энергоблока, превышала 1200м, уровни радиации в ней на удалении 5-10 км от места аварии составляли 1000 мР/ч.

              Специалисты рассчитали суммарный выброс продуктов деления (без радиоактивных благородных газов). Он составил 50 МКu, что примерно соответствует 3,5 % общего количества радионуклидов в реакторе на момент аварии.

              К 6 мая 1986 года выброс радиоактивности в основном завершился.

              Первоначально распространение радиоактивного загрязнения воздушных потоков происходило в западном и северном направлениях, в последующие два-три дня—в северном, а с 29 апреля 1986 года в течение нескольких дней—в южном направлении (в сторону Киева).

              Загрязнённые воздушные массы распространились затем на значительные расстояния по территории БССР, УССР, РСФСР, а также за пределами Советского Союза.

              Через 15 дней после аварии уровень гамма фона в 5 мР/ч был зафиксирован на расстоянии 50-60 км к западу и 35-40 км к северу от ЧАЭС. В Киеве уровни радиации в мае 1986 года достигали нескольких десятых миллирентгена в час.

              Радиоактивному загрязнению в значительной мере подверглись Гомельская и Могилёвская области БССР, Районы Киевской и Житомирской областей УССР, примыкающие к 30-километровой зоне вокруг ЧАЭС, часть Брянской области РСФСР. Эти территории составляют ныне так называемую зону жёсткого контроля. Всего же в той или иной степени оказались загрязнёнными радионуклидами 11 областей СССР, в которых проживает 17 миллионов человек.

              Учёные выделили в выбросах из аварийного реактора 23 основных радионуклида. Большая часть из них распалась в течение нескольких месяцев после аварии и опасности уже не представляет. В первые минуты после взрыва и образования радиоактивного облака наибольшую угрозу для здоровья людей представляли изотопы так называемых благородных газов. Атмосферные условия, сложившиеся в районе ЧАЭС в момент аварии, способствовали тому, что радиоактивное облако прошло мимо г. Припяти и постепенно рассеялось в атмосфере, теряя свою активность. В дальнейшем серьёзную тревогу врачей вызывали выпавшие на землю короткоживущие радиоактивные компоненты, в первую очередь йод-131. Несмотря на то, что период его полураспада, а, следовательно, и нейтрализации угрожающих свойств менее восьми суток, он обладает большой активностью и опасен тем, что передаётся по пищевым цепям, быстро усваивается человеком и накапливается в организме. В связи с этим вводились ограничения на употребление некоторых пищевых продуктов (например, молока), проводилась йодная профилактика. Кроме того, всем находившимся в наиболее опасной зоне предъявлялось требование об обязательном использовании респираторов.

              В результате исследований выяснилось, что протяжённость зон с повышенной концентрацией плутония была незначительной, а химические формы и размеры частиц, в которых он оказался, легко задерживался респираторами.

              Следующей проблемой стали уже долгоживущие изотопы стронция и цезия, особенно цезий-137. Их наличие на той или иной территории сегодня вызывает необходимость проведения дополнительных дезактивационных работ, а также определяет решение вопросов реэвакуации населения, его проживания в определённых районах, сельскохозяйственных работ режима питания людей и других проблем. Ниже приведена статья показывающая состояние здоровья жителей Украины.

   Ближайшим последствием аварии стало облучение лиц, принимавших участие в тушении пожара и в аварийных работах на АЭС: 238 человек заболели острой лучевой болезнью (окончательно диагноз был подтвержден у 134, из них 29 умерли в первые месяцы после аварии), около 2 тыс. человек подверглись локальному лучевому поражению; 90 тыс. граждан были вынуждены эвакуироваться из населенных пунктов 30-километровой зоны. В более отдаленный послеаварийный период с загрязненных территорий были отселены еще свыше 50 тыс. человек. К категориям лиц, пострадавших в результате аварии на ЧАЭС, относятся: лица, принимавшие участие в ликвидации аварии на промышленной площадке и в 30-километровой зоне (около 200 тыс. человек, в том числе 120 тыс. ликвидаторов 1986—1987 гг.), эвакуированное население и жители из отселенных районов (около 150 тыс. человек), население, проживающее на загрязненной территории (около 1,5 млн человек, а с учетом г. Киева и более южных территорий, где плотность загрязнения почв цезием-137 превышает 1 Кu/км2, эта группа может достигать 4,5 млн человек). По результатам тиреодозимтерической паспортизации, 7 млн человек (в том числе 1,5 млн детей) в Киевской, Черниговской, Житомирской, Черкасской и Винницкой областях включены в группу риска возникновения заболеваний щитовидной железы. Общее количество случаев рака щитовидной железы у лиц, которые были детьми и подростками на момент аварии, составляет 542. Углубленное изучение иммунитета у часто болеющих детей, проживающих в радиационно контролируемых районах, показало, что около 20% детей имеют нарушения клеточного иммунитета, 18% — гуморального иммунитета, 34% — количественное изменение клеток киллеров. В группе ликвидаторов общая заболеваемость за период с 1988 по 1994 г. выросла с 5,8 до 64%, в том числе новообразованиями — с 8,55 до 22,02%, среди них злокачественными (органов пищеварения, дыхания, кроветворения, щитовидной железы) — с 1,64 до 6,25 %. Ухудшение состояние здоровья ликвидаторов привело к росту показателя инвалидности (с 2,5 до 12,5%) и смертности (с 2,26 до 33%). На загрязненных территориях Украины общий уровень заболеваемости взрослого населения увеличился более чем в 3 раза, показатель смертности вырос с 7 до 17,8%. В этой группе отмечается снижение рождаемости, учащение осложнений беременности и родов (самопроизвольные выкидыши, преждевременные роды, маточные кровотечения, анемии), перинатальной смертности, аномалий развития и заболеваемости новорожденных. В структуре заболеваемости детского населения, проживающего на загрязненных территориях, первое место занимают болезни органов эндокринной системы, нарушения обмена веществ и иммунитета (31%), второе — болезни органов дыхания (29%), третье — органов пищеварения (26%). Прослеживается тенденция ухудшения состояния здоровья эвакуированного населения: в 1987 г. в этой группе были признаны здоровыми 56,8% лиц, в 1994 г. — 24,2%. В качестве приоритетных направлений совместных научных исследований и международных проектов рекомендуются следующие: изучение состояния здоровья ликвидаторов с детальной верификацией и ретроспективной оценкой доз; изучение влияния комплекса факторов Чернобыльской катастрофы на состояние здоровья детей; многолетнее клинико-эпидемиологическое изучение последствий облучения щитовидной железы и кроветворной системы; профилактика психосоматических расстройств как результата многолетнего стресса у пострадавших при широкомасштабных радиационных авариях и экологических катастрофах.