Промышленные аварии и катастрофы и их влияние на окружающую среду

Качество программы  испытаний, которая не была должным  образом подготовлена и согласована, оказалось низким. В ней был  нарушен ряд важнейших положений  регламента эксплуатации. Помимо того, что в программе, по существу, не были предусмотрены дополнительные меры безопасности, ею предписывалось отключение системы аварийного охлаждения реактора (САОР). Подобное вообще делать нельзя. Но тут сделали. И мотивировка  была. В ходе эксперимента могло  произойти автоматическое срабатывание САОР, что помешало бы завершению испытаний  в режиме выбега. В результате много  часов 4-й реактор эксплуатировался без этого очень важного элемента системы безопасности.

25 апреля в  8 часов происходила пересменка, общестанционное селекторное совещание, которое обычно ведут директор или его заместитель.

В тот раз  было сообщено, что на 4-м блоке  идёт работа с недопустимо малым  с точки зрения правил безопасности числом стержней-поглотителей.

Уже ночью это  привело к трагедии. А вот утром, когда все предписания требовали  срочно остановить реактор, руководство  станции разрешило продолжать его  эксплуатацию.

Тут должны были вмешаться и пресечь подобные действия представители группы Госатомэнергонадзора, которая работала на ЧАЭС. Но именно в этот день никого из сотрудников этой организации не было, если не считать руководителя, который заходил на короткое время, не успев и выяснить, что происходит, что планируется на 4-м энергоблоке. А все работники надзора, оказывается, в рабочее время в приказном порядке были отправлены  в поликлинику, где они весь день проходили медкомиссию. Таким образом, 4-й энергоблок остался и без защиты со стороны Госатомэнергонадзора.

После аварии специалисты  тщательно проанализировали всю  предыдущую работу коллектива Чернобыльской  АЭС. К сожалению, картина оказалась  не столь радужной, как её представляли. Здесь и прежде допускались грубые нарушения требований ядерной безопасности. Так, с 17 января 1986 года до дня аварии на том же 4-м блоке 6 раз без  достаточных на то оснований выводились из работы системы защиты реактора. Выяснилось, что с 1980 по 1986 годы 27 случаев  отказа в работе оборудования вообще не расследовались и остались без  соответствующих оценок. 

На ЧАЭС не было учебно-методического центра, не существовало эффективной системы профессионально-технического обучения, что подтвердилось событиями  ночи с 25 на 26 апреля. В момент аварии на 4-м энергоблоке оказалось немало “лишних” людей. Кроме тех, кто был  непосредственно задействован в  проведении испытаний, тут оказались  и другие работники станции, в  частности из предыдущей смены. Они  остались по личной инициативе, желая  самостоятельно поучиться тому, как  останавливать реактор, проводить  испытания. Необходимо отметить, что  в системе Минэнерго СССР не существовало и тренажёра для подготовки операторов РБМК.

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.