Анализ причин и последствий крупнейших ядерных катастроф

   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. 

3. АНАЛИЗ  ПРИЧИН ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ  ТРАГЕДИИ

   Авария  подобного типа, какая произошла  на Чернобыльской АЭС, так же маловероятна, как и гипотетические аварии. Причиной случившейся трагедии явилось непредсказуемое сочетание нарушений регламента и режима эксплуатации энергоблока, допущенных обслуживавшим его персоналом. В результате этих нарушений возникла ситуация, в которой проявились некоторые существовавшие до аварии и устранённые в настоящее время недостатки РБМК. Конструкторы и руководители атомной энергетики, осуществлявшие проектирование и эксплуатацию РБМК-1000, не допускали, а, следовательно, и не учитывали возможность такого количества различных отступлений от установленных и обязательных для исполнения правил, особенно со стороны тех лиц, которым непосредственно поручалось следить за безопасностью ядерного реактора.

   Остановка реактора 4-го энергоблока планировалась  днём 25 апреля, следовательно, к испытаниям готовился другой, не ночной персонал. Именно днём на станции находятся руководители, основные специалисты, и, значит, есть возможность осуществить более надёжный контроль за ходом экспериментов. Однако здесь случилась “неувязка”. Диспетчер ″Киевэнерго″ не разрешил останавливать реактор в намеченное на ЧАЭС время, так как в единой энергосистеме не хватало электроэнергии из-за того, что на другой электростанции неожиданно вышел из строя энергоблок.

   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″. 

   Грубейшее нарушение правил техники безопасности в ходе проведения эксперимента привело  к возникновению необратимых процессов ядерного распада в четвертом энергоблоке. Остановимся подробнее на физических основах происходивших в реакторе процессов.

   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 ядом”, 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 предкритическое 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, что, в конечном итоге, и стало главной причиной взрыва реактора Чернобыльской атомной станции. 

4. ПОСЛЕДСТВИЯ 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.

   Практически все топливо, масса которого составляла около двухсот тонн, было выброшено из реактора. Небольшая часть топлива, которое непосредственно участвовало во взрыве, мгновенно испарилось, остальное топливо в виде фрагментов топливных элементов и сборок было разбросано вокруг реактора, главным образом в сторону обвалившейся северной стены, но и на южной стороне вне здания реактора кое-где валялись топливные сборки, а одна даже повисла на проводах ЛЭП. Какое-то количество, не более нескольких десятков тонн, упало обратно в реактор и стало плавиться от собственного тепловыделения. Дело в том, что и без цепной реакции отработавшее ядерное топливо в течение нескольких недель выделяет достаточно тепла, чтобы расплавить и себя, и окружающие конструкции. Это топливо проплавило отверстие в искореженном взрывом основании реактора и протекло в смеси с расплавленным бетоном и песком под реактор, в так называемый бассейн-барбатер, где и застыло, превратившись в стабильный минерал, названный "чернобылитом" (он же – "слоновья нога", он же - ТСМ, топливосодержащие массы).

   8 из 140 тонн ядерного топлива, содержащих плутоний и другие чрезвычайно радиоактивные материалы (продукты деления), а также осколки графитового замедлителя, тоже радиоактивные, были выброшены взрывом в атмосферу. Кроме того, пары радиоактивных изотопов йода и цезия были выброшены не только во время взрыва, но и распространялись во время пожара. В результате аварии была полностью разрушена активная зона реактора, повреждено реакторное отделение, деаэраторная этажерка, машинный зал и ряд других сооружений. Были уничтожены барьеры и системы безопасности, защищающие окружающую среду от радионуклидов, содержащихся в облученном топливе, и произошел выброс активности из реактора. Этот выброс на уровне миллионов кюри в сутки, продолжался в течение 10 дней с 26.04.86 г. по 06.05.86 г., после чего упал в тысячи раз и в дальнейшем постепенно уменьшался. По характеру протекания процессов разрушения 4-го блока и по масштабам последствий указанная авария имела категорию запроектной и относилась к 7-ому уровню (тяжелые аварии) по международной шкале ядерных событий INES.

   Дальнейшее  распространение радиоактивных  продуктов происходило в северо-западном и западном направлениях. Пройдя территорию СССР 26-27 апреля, они достигли Польши, Финляндии и Швеции (27-29 апреля) - Центральной Европы. Сильные дожди 30 апреля и 1 мая обусловили радиоактивные выпадения во Франции, Австрии, Венгрии и Чехословакии. Затем загрязненные воздушные массы достигли Голландии, Великобритании, пересекли территорию Югославии, Италии и Греции. Повышение радиационного фона отмечалось также в КНР, Японии, Индии, Канаде и США. Общая площадь зон с уровнем загрязнения Cs137 15 кюри/км.кв и больше составляет более 10 тыс.кв.км (около 6400 кв.км в Белоруссии; 2400 - в России; 1500 на Украине). Всего на территории этой зоны расположено около 640 населенных пунктов (116 тысяч человек). 
 

5. ЛИКВИДАЦИЯ  ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИИ

   Авария  на Чернобыльской АЭС породила целый  комплекс проблем. Прежде всего, необходимо было выяснить: не возникнет ли вследствие расплавления и стекания ядерного топлива цепная реакция? Важно было организовать крупномасштабную радиометрическую разведку, причем не только в районе АЭС, но и на обширных территориях вокруг нее. Предстояло обеспечить безопасность находившихся еще в работе 1-го и 2-го энергоблоков. Таким образом, были определены следующие основные направления на начальный период ликвидации аварии:

• оценка состояния энергоблоков ЧАЭС и радиационной обстановки на станции и прилегающей территории;
• защита персонала станции и населения от возможных радиационных поражений;
• локализация аварии и уменьшение радиационного воздействия на население, и окружающую среду.

   К вечеру 26 апреля были  приняты необходимые  решения, началась подготовка к эвакуации  города Припяти. 27 апреля в 1 ночи были  остановлены реакторы первого и второго энергоблоков. Начались работы по ликвидации последствий аварии.

   Первоочередной  задачей по ликвидации последствий  аварии было осуществление комплекса  работа, направленного на прекращение  выбросов радиоактивных веществ. С  помощью военных вертолетов очаг аварии забрасывался теплоотводящими и фильтрующими материалами, что позволило значительно сократить, а затем и ликвидировать выброс радиоактивности в окружающую среду. Такими материалами являлись различные соединения бора, доломит, свинец, песок, глина. С 27 апреля, по 10 мая, на объект было сброшено около 5000 тонн этих материалов. В результате этого, шахта реактора была покрыта сыпучей массой, что прекратило выброс радиоактивных веществ. Также началась снижаться температура в кратере блока, чему способствовала и подача жидкого азота в пространство под шахту реактора. После этого были начаты работы по очистке наиболее загрязненных радиоактивными выбросами участков территории ЧАЭС. Наиболее загрязненными оказались кровельные покрытия 3-го энергоблока. На них попали осколки реакторного топлива, куски графитовой кладки, обломки конструкции. Именно здесь создавался радиационный фон, не позволяющий приступить к работам внутри станции, осуществлять мероприятия по захоронению 4-го энергоблока. Большая часть этой работы была выполнена вручную. Очищали крышу в основном военнослужащие. Несмотря на то, что их рабочая смена длилась от 20 секунд до 1 минуты, многие из них, несомненно, подверглись колоссальному воздействию радиационного излучения.