Репетиция конца света

26 апреля 2016 года исполняется ровно 30 лет со дня страшной аварии на Чернобыльской АЭС, последствия которой еще до сих пор ощущают жители бывшего Советского Союза. Это событие тогда потрясло не только СССР, но и весь мир, заставив совсем другими глазами посмотреть на передовые достижения науки.

Сегодня атомная энергетика не вызывает такого энтузиазма, как 30 лет назад. Маятник общественного мнения резко качнулся в отрицательную сторону после аварии на Чернобыльской атомной электростанции, произошедшей 26 апреля 1986 года. По поводу ее причин существует множество версий: от локального землетрясения до диверсии, осуществленной американской разведкой. На самом деле все куда прозаичнее - к взрыву привело сочетание недостатков конструкции и просчетов работников станции, решившихся на необычный эксперимент.

Для начала стоит разобраться в том, как работает атомная электростанция и за счет чего там появляется электрический ток. Ко времени аварии на Чернобыльской АЭС имени В.И. Ленина (ЧАЭС) использовались четыре реактора РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт каждый. Рядом строили еще два аналогичных энергоблока.

В РБМК-1000 в качестве замедлителя нейтронов, выделяемых ураном, используется графит, а теплоносителем служит вода. Реактор размещается в наземной бетонной шахте и опирается на бетонное основание, под которым находится бассейн-барботер. В качестве топлива используется слабообогащенная (2%) двуокись урана. Стационарная загрузка топлива в один реактор составляет свыше 190 тонн. Каждая тонна ядерного топлива содержит примерно 20 килограммов ядерного горючего (урана-235). Ядерное топливо загружается в реактор в виде тугоплавких таблеток, помещенных в трубки из циркониевого сплава - твэлы (тепловыделяющие элементы). Трубки устанавливаются в активной зоне в виде тепловыделяющих сборок, объединяющих по 18 твэлов. Сборки (около 1700 штук) вводят в специальные вертикальные технологические каналы в графитовой кладке. По этим же каналам циркулирует вода, которая с помощью тепла, выделяемого в ходе цепной ядерной реакции, доводится до кипения. Пар через специальные коммуникации подается на турбину, которая, собственно, и вырабатывает электрическую энергию.

В цилиндре активной зоны реактора имеются сквозные отверстия (трубы), в которых размещаются 211 стержней регулирования из бористой стали или карбида бора. Они поглощают нейтроны и регулируют изменение скорости нейтронного потока. По мере извлечения стержней из активной зоны (поднятия вверх) начинается цепная реакция, и мощность реактора растет. То есть чем выше извлечены стержни, тем больше мощность. Однако в любом случае количество опущенных в активную зону стержней должно быть не менее 28-30 (а по нормам, установленным после Чернобыльской аварии, в нижнем положении должно находиться не менее 70 стержней).

На 25 апреля 1986 года была запланирована остановка 4-го энергоблока ЧАЭС для очередного планово-предупредительного ремонта. Во время таких остановок обычно проводятся различные испытания оборудования и не предусмотренные регламентом эксперименты.

Целью одного из этих экспериментов была проверка - можно ли использовать энергию турбогенератора для электропитания циркуляционных насосов до запуска аварийных дизель-генераторов в случае обесточивания электроснабжения собственных нужд станции. Дело в том, что в случае отключения внешних источников энергии (а станция является и потребителем энергии, не только ее производителем) питательные насосы, подающие холодную воду в реактор, останавливаются. Так же, как и главные циркуляционные насосы, обеспечивающие прокачку нагреваемой воды через активную зону. Это мгновенно приводит к отсечению поступления пара в турбину. Несмотря на прекращение подачи пара, ротор турбины продолжает некоторое время вращаться по инерции, что в теории позволяет ее генератору давать электроток, которым можно поддерживать работу насосов, избежав, таким образом, их немедленного отключения. Вот это и предстояло проверить практикой.

Подобный режим работы не был штатным и нигде не применялся. Но он очень интересовал военных. Ведь подобное отключение внешних источников питания могло произойти в случае развала энергосистемы - например, после серии ядерных ударов по территории страны. Проведение эксперимента предлагалось многим атомным электростанциям. Но из-за высокого риска все они отказывались. Руководство ЧАЭС стало исключением.

Первая серия подготовительных экспериментов, проведенных там в 1982-м, 1984-м и 1985-м годах, завершилась неудачно. Ожидаемый эффект не был достигнут из-за слишком быстрого падения тока возбуждения генератора. Однако вместо того, чтобы отказаться от сомнительного опыта, руководство ЧАЭС назначило новую серию испытаний.

На стадии разработки программы эксперимента был допущен ряд грубейших ошибок. Испытания считались руководством ЧАЭС чисто электротехническими, не влияющими на ядерную безопасность, поэтому не были согласованы с генеральным проектантом, главным конструктором и научным руководителем. Программой не были предусмотрены дополнительные меры безопасности, даже были снижены штатные. Например, предписывалось отключить систему аварийного охлаждения реактора на весь период четырехчасовых испытаний. Считалось, что она может автоматически сработать и сорвать эксперимент.

Примерно за сутки до аварии мощность реактора была снижена наполовину. Дальнейшее снижение запретил диспетчер электросети. Запрет был снят 25 апреля, за час до полуночи. В итоге длительное время активная зона реактора находилась в режиме «отравления» продуктами распада - радиоактивным ксеноном-135. Это неизбежно привело к дальнейшему падению мощности. Чтобы компенсировать потерю мощности, операторы стали выдвигать стержни-поглотители из активной зоны.

В течение примерно двух часов тепловую мощность реактора удалось понизить до уровня, предусмотренного программой эксперимента (около 700 МВт), однако была допущена ошибка, в результате которой она быстро упала до 30 МВт. Нужно было прервать эксперимент. Но персонал принял роковое решение о восстановлении мощности, вновь приступив к извлечению стержней. Через несколько минут удалось добиться роста мощности, а позже - стабилизации на уровне 160-200 МВт. Все это время «отравление» продолжалось, поэтому операторы поднимали стержни один за другим. В момент аварии в крайнем верхнем положении находилось 205 стержней, то есть в активной зоне оставалось всего шесть!

В 1:23:04 начался эксперимент. При этом никто не учел, что из-за снижения оборотов насосов, подключенных к турбогенератору, реактор мог начать самопроизвольно увеличивать мощность. Это и произошло - тепловая мощность скачком увеличилась до 530 МВт. Только тогда персонал осознал опасность. В 1:23:40 начальник смены дал команду нажать кнопку АЗ-5 - по ней поглощающие стрежни начали движение в активную зону. Проблема заключалась в том, что каждый из стержней-поглотителей имеет на своем нижнем конце алюминиевый вытеснитель, поглощающий нейтроны намного хуже, чем вода. Введение вытеснителей в активную зону спровоцировало резкий рост потока нейтронов, что повлекло скачкообразный рост мощности реактора и интенсивное парообразование. Реактор закипел!

Аварийный разгон сопровождался мощными ударами и отключением света. К 1:23:44 мощность цепной реакции в 100 раз превысила номинальную. Резкий скачок давления в технологических каналах вызвал их разрыв, после чего произошел чудовищный взрыв, разрушивший реактор. Спустя две секунды после первого взрыва прогремел второй, причиной которого, по мнению специалистов, было образование и воспламенение смеси кислорода с водородом. При этом разрушилась часть здания реакторного цеха, а наружу было выброшено около четверти всего графита и часть топлива. Очевидцы наблюдали фейерверк вылетающих раскаленных и горящих фрагментов. Часть из них, упав на крышу машинного зала, спровоцировала пожар.

К моменту аварии активная зона реактора 4-го энергоблока содержала 1659 кассет с твэлами. Радиоактивные продукты деления имели период полураспада от 2,35 суток (нептуний-239) до 27 тысяч лет (плутоний-239). Поток горячего воздуха поднял в атмосферу всю эту смесь. Высота струи превышала 1200 метров. Произошло загрязнение не только 30-километровой зоны вокруг АЭС, но и значительных территорий в ряде областей Украины, Белоруссии и России.

Непосредственно во время взрыва на 4-м энергоблоке погиб один человек, еще один скончался в тот же день от полученных ожогов. У 134 сотрудников станции и членов спасательных команд развилась лучевая болезнь, 28 из них вскоре умерли.

Вечером 26 апреля советское правительство приняло решение о начале эвакуации. На следующий день вывезли население Припяти, города-спутника ЧАЭС, и жителей поселков в десятикилометровой зоне. В последующие дни специальные службы эвакуировали население и других населенных пунктов, находящихся поблизости. Всего было вывезено свыше 116 тысяч человек. В результате аварии из сельскохозяйственного оборота оказалось выведено около 5 миллионов гектаров земель, вокруг АЭС создана 30-километровая «зона отчуждения».

Мировой атомной энергетике был нанесен серьезный удар. В СССР было законсервировано или прекращено строительство и проектирование 10 новых станций, заморожено строительство десятков новых энергоблоков на действующих АЭС в разных областях и республиках. С 1986 по 2002 год в США и странах Европы не было построено ни одной новой АЭС, что связано как с давлением общественного мнения, так и с тем, что значительно возросли страховые взносы и уменьшилась рентабельность ядерной энергетики.

В то же время перед специалистами была поставлена задача повысить уровень безопасности существующих реакторов РБМК-1000. Прежде всего, разумеется, они доработали системы управления регулирующими стержнями. Сегодня технически невозможно вывести из реактора такое количество стержней, при котором реакция вышла бы из-под контроля. Кроме того, извлекать их даже для замены и ремонта можно только поштучно. Аварийную автоматику на работающем реакторе способен отключить теперь разве что направленный взрыв, но даже в этом случае все регулирующие стержни немедленно и полностью погрузятся в реактор.

Заменены были вытеснители на концах стержней-поглотителей. Вместо алюминия поставили обычную реакторную конструкционную сталь. Сама конструкция стержней доработана так, чтобы нижний конец вытеснителя всегда находился на границе активной зоны. При этом часть стержней переведена в режим быстрой аварийной защиты, что сократило время аварийного останова до двух секунд. Была изменена и геометрия каналов.

Реакторы РБМК-1000 ныне вполне безопасны. Однако предпринятые меры не способствуют их эффективности при производстве энергии, поэтому российская атомная энергетика делает сегодня ставку на реакторы других типов: ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) и РБН (реактор на быстрых нейтронах). За прошедшие с Чернобыльской аварии годы были разработаны новые варианты этих реакторов и некоторые из них уже эксплуатируются. Так, российские реакторы ВВЭР-1000 установлены на новых станциях в Индии, Китае, Иране. Шесть ВВЭР-1000 Санкт-Петербургского производственного объединения «Ижорский завод» работают на Запорожской АЭС - крупнейшей станции в Европе.

Над 4-м энергоблоком Чернобыльской АЭС за 200 дней был возведен бетонный саркофаг (объект «Укрытие»). К его постройке привлекли 90 тысяч человек со всей страны. Сегодня он потихоньку разрушается (например, в феврале 2013 года произошел обвал навесных плит над машинным залом), поэтому принято решение возвести при поддержке Евросоюза более массивное и совершенное здание, которое предотвратит утечку радиоактивных веществ во внешнюю среду. Работы на энергоблоке начались четыре года назад и должны завершиться к 2018 году.

ЧАЭС показала миру опасность, которую несет атомная энергетика. Но даже если мы откажемся от нее по причине недостатка финансирования или из боязни повторения аварии, то раньше или позже перед нами встанет другая серьезная проблема: что делать с отработанным топливом и старыми станциями? Сохранность могильников радиоактивных отходов на протяжении десятилетий - отдельная непростая задача, решение которой требует наличия соответствующих технологий, высокой культуры персонала и значительного финансирования. Если же все пустить на самотек, мы придем к ситуации, которая окажется еще страшнее, чем взрыв в апреле 1986 года.

Антон ПЕРВУШИН