Атомная беда. Грозит ли Украине новый Чернобыль?

В наследство от СССР Украине достался довольно большой арсенал «мирного атома» — 15 энергетических реакторов на четырёх работающих АЭС (реакторы ЧАЭС разгружены и опасности не представляют), а также исследовательский реактор в Институте физики НАН в Киеве. Понятно, безопасность этих объектов вызывает определённые вопросы.

Чтобы понять стоящие перед страной угрозы, придётся провести небольшой анализ уже произошедших аварий на АЭС.

Немного об устройстве реакторов

В предельном упрощении реактор АЭС — это устройство, где за счёт контролируемой цепной реакции ядерного распада нагревается до состояния пара вода, которую направляют в паровую турбину, крутящую генератор.

Если просто собрать количество ядерного материала, достаточное для цепной реакции ядерного распада, выделится такое количество тепла, что отвести его будет уже невозможно и он просто расплавится. Была такая страшилка, что расплавившаяся зона вытечет на землю, и, постоянно разогреваясь, проплавит землю насквозь и вытечет в Китай. И даже фильм был такой — «Китайский синдром».

Ядерного взрыва при этом не происходит. В Германии в 30-40-х пытались создать ядерную бомбу из реактора. Не получилось. Ядерная бомба работает немного иначе, хотя принцип тот же самый — цепная реакция ядерного распада.

Реактор рассчитывается таким образом, чтобы сброс всех поглощающих стержней приводил к полному прекращению цепной реакции.

Чернобыль

Обычно указывается, что к аварии на ЧАЭС привёл эксперимент. Это не совсем так, хотя сам по себе эксперимент был потенциально опасен и мог привести к проблемам.

Суть его состояла в эмуляции «максимальной проектной аварии» — это ситуация, когда реактор надо обязательно остановить. То есть сбрасывается аварийная защита и реакция прекращается. Но после этого реактор всё равно надо охлаждать — продолжается обычный распад ядерного материала (кусок обогащённого урана всегда тёплый). А для этого нужна электроэнергия.

В аварийной ситуации запускаются дизельные генераторы, но их пуск занимает какое-то время. Суть эксперимента состояла в том, чтобы после остановки реактора получать энергию от инерционного выбега турбины.

Опасность состояла в том, что полностью останавливать реактор не предполагалось. Делалось это, чтобы сразу же повторить эксперимент, если что-то пойдёт не так.

Не так пошло всё.

Для начала при планировании эксперимента и его подготовке была допущена масса ошибок. Например, на случай аварии насосов существует аварийный запас воды (система аварийного охлаждения реактора — САОР). Его зачем-то отключили.

Эксперимент проводился при довольно значительном «выгорании» топлива, а по мере снижения его активности приходится убирать стержни управления, чтобы поддержать реакцию. А это затрудняло управление реактором.

Потом старший инженер управления реактором (СИУР), снижая мощность до планового значения чуть больше 100 МВт. с 700 (это была мера безопасности — чтобы реактору не нужно было слишком много воды во время испытаний), провалил мощность до 30 МВт., что грозило сползанием в «йодную яму». В ней мощность реактора никакими силами нельзя поднять в течение 1-2 суток, что, понятно, срывало эксперимент. Чтобы избежать «ямы» и поднять мощность, пришлось вытащить из реактора почти все управляющие стержни.

Дальше пошли испытания. Сами испытания прошли в целом удачно — на протяжении примерно полуминуты турбина давала достаточно электроэнергии для нужд реактора. Но сам реактор находился пусть на малой мощности, но в опасном положении — стержни-то были вытащены…

СИУР нажал кнопку аварийной защиты, и тут сработал второй конструктивный недостаток реактора — стержни в начале сделаны из материала, который реакции не препятствует. Зато при опускании стержня он вытесняет из канала воду, что усиливает реакцию (т.н. «концевой эффект»). То есть педаль тормоза, перед тем как остановить машину, её разгоняет. Эта особенность была известна, но её сочли несущественной (каковой она и была при достаточном запасе управляемости реактором).

С опусканием защиты мощность возросла, выросло и давление пара, который разрушил технологические каналы. Стержни управления застряли. Собственно, это уже само по себе взрыв. Но тут началась реакция воды с цирконием, в результате  которой вода разделилась на водород и кислород, а это — гремучий газ. И он взорвался (реакция гидролиза), сорвав верхнюю крышку биологической защиты реактора и крышу реакторного зала, а также разрушив смежные помещения.

Около 180 тонн топлива (в хиросимской бомбе — 4 тонны) были в примерно равных пропорциях вынесены в атмосферу в виде пыли и аэрозоля, большими кусками разбросаны по прилегающей территории и остались в той части реактора, которая оказалась не полностью разрушенной взрывом (оно и сейчас там находится в сплавившемся состоянии).

В общем, произошло уникальное сочетание ошибок персонала и действия конструктивных недостатков реактора данного типа.

Подобные ситуации случались и раньше.

В 1975 году на Ленинградской АЭС  по ошибке были отключены оба турбогенератора, и реактор был аварийно заглушен. Поскольку оборудование было в порядке, мощность тут же начали поднимать, но реактор показал склонность к саморазгону. Причём минимум один технологический канал был разрушен. Столкнувшись с этой проблемой, персонал сбросил аварийную защиту.

Взрыва тогда не произошло — реактор был свежезагруженный, поэтому в активной зоне пришлось держать довольно много стержней, которые и компенсировали скачок мощности при опускании защиты.

Несмотря на то, что ситуация была очень опасной, особого внимания ей не уделили. Всё же обошлось.

Уже после Чернобыля был предпринят ряд существенных мер: новые реакторы РБМК-1000 не строили (сейчас на Украине все действующие реакторы — водо-водяные ВВЭР т.н. «нововоронежского типа»), был устранён «концевой эффект», установлена дополнительная защита. На новых энергоблоках устанавливаются герметичные корпуса, выдерживающие, в случае чего, падение самолёта.

Проблема, однако, в том, что аварии «чернобыльского» типа случаются не только на РБМК и не только в случае уникального сочетания факторов, который привёл к трагедии в Припяти.

В 1979 году на станции Three Mile Island в США реактор оказался без охлаждения — так получилось, что три главных циркуляционных насоса стояли на ремонте, а последний почему-то сломался. Защита сработала, реактор был остановлен.

Однако в системе охлаждения возникла нераспознанная течь. Оставшаяся без охлаждения активная зона расплавилась. Давление в реакторе повысилось, оставшаяся в нём вода была вытеснена и по ошибке откачана в реку. Взрыва не произошло, хотя реактор балансировал на грани — уже началась пароциркониевая реакция с выделением водорода, который удалось спустить в атмосферу.

Кстати, реакторы на построенной в 1968-74 годах станции были водо-водяные…

Естественным образом, в СССР итоги аварии в США рассматривались через идеологическую призму — дескать, у капиталистов всё не тик-так. Через 7 лет пришлось столкнуться с аналогичной реакцией на ЧАЭС — это у коммунистов всё неправильно работает и взрывается.

В 2011 году реакторы станции были аварийно остановлены во время землетрясения и цунами. Однако резервные дизельные генераторы, которые должны были обеспечить охлаждение уже остановленных реакторов, оказались в зоне затопления (ошибка проектировщиков, которую объяснить в принципе невозможно — похоже, они не знали, что станция будет строиться на берегу океана в сейсмоактивной зоне).

Наладить альтернативное охлаждение реакторов не удалось. Активные зоны трёх реакторов расплавились, последовали взрывы гремучего газа, разрушившие сооружения 1, 2 и 4 энергоблоков (что характерно, последний был не просто остановлен — в нём даже топлива не было, а гремучий газ затянуло вентиляцией из других энергоблоков).

Выброс радиации в Фукусиме был меньше, чем в Чернобыле, но он по сей день не закончен — считается, что станция до сих пор сбрасывает радиоактивную воду в океан.

Выводы

Даже несмотря на то, что украинские АЭС снабжены сравнительно безопасными ВВЭРами, угроза взрывов вовсе не устранена. Опыт американской и японской аварий наглядно показывает, что взорваться может не только реактор на ходу, но и реактор, штатно остановленный, с прекратившейся цепной реакцией.

Большинство украинских реакторов имеет герметичные оболочки, в теории исключающие выброс радиации даже в случае разрушения реактора. Однако публицист Алексей Анпилогов в комментарии к посту автора статьи в «Фейсбуке», отмечает, что «без гермооболочек два первых блока РАЭС, там стоят ВВЭР-440 первых серий, до того, как финны потребовали гермооболочку добавить на свою АЭС. Вот эти два первых блока РАЭС, если честно, самые опасные. Ну и самые старые из тех, что в эксплуатации остались».

P.S.: При подготовке статьи автор использовал книгу Григория Медведева «Чернобыльский дневник», публикации одесского журналиста Юрия Ткачёва и других авторов.