Также были предприняты усилия по сокращению радиоактивных выбросов. Первоначально усилия по засыпке реактора инертным материалом привели к снижению выброса вредных частиц. Однако впоследствии температура в разрушенном блоке повысилась, что привело к увеличению выбросов радиоактивных элементов.
Чернобыль ч.1. РБМК-1000
Авария на Чернобыльской АЭС, произошедшая 26 апреля 1986 года в 1 час 23 минуты 47 секунд, стала одной из величайших техногенных катастроф в истории человечества. Из зоны отчуждения было эвакуировано около 115 000 человек. В ликвидации последствий аварии участвовали более 600 000 человек; более 200 000 кв. км были загрязнены, а 5 млн. га земли стали непригодными для использования. Значительно загрязнены территории Украины, Беларуси (20% ее территории, как сообщается, загрязнено) и России. Чернобыльская радиация была также обнаружена на побережьях Северной и Западной Европы и Северной Америки. Масштабы аварии были шокирующими.
Записано множество воспоминаний и опубликовано огромное количество книг, многие из которых описывают последние дни четвертого энергоблока Чернобыльской АЭС практически минута в минуту. Однако не каждый готов исследовать и систематизировать огромное количество информации о событиях того страшного весеннего дня и последующих лет. Спустя тридцать пять лет после аварии стоило бы собрать хронологию аварии и ее предысторию, которая сейчас полностью забыта, в единый связный цикл.
Это первая из серии статей, описывающих особенности конструкции, эксплуатации и внедрения реакторов «чернобыльского типа».
Кратко о цепной атомной реакции
Как ядерное оружие, так и ядерная энергетика основаны на цепной реакции деления. Существуют также реакции синтеза, но это тема для другого раза.
Многие тяжелые элементы по своей природе склонны к радиоактивному распаду, т.е. к изменению состава и внутренней структуры ядра. Для получения энергии им необходимо во время распада произвести больше энергии, чем раньше. Во время распада ядро высвобождает большое количество нейтронов, которые приобретают кинетическую энергию и разлетаются в разные стороны. Некоторые нейтроны испускаются сразу после начала деления (мгновенные нейтроны), в то время как другие задерживаются на миллисекунды или секунды (запаздывающие нейтроны). Когда они сталкиваются с другими ядрами, начинается реакция деления, и из ядра высвобождаются нейтроны.
Примерно так, да.
Важно, чтобы эффективный коэффициент размножения нейтронов (проще говоря, количество нейтронов, выделенных в одном акте деления, которые запускают новую реакцию деления) был больше единицы, иначе наша реакция погибнет. Несмотря на то, что запаздывающие нейтроны составляют менее 1% от общего числа испускаемых нейтронов, они могут значительно продлить время жизни одного поколения нейтронов, тем самым контролируя цепную реакцию. Состояние, в котором коэффициент достигает 1, называется критичностью. Соответственно, коэффициент, равный 1, указывает на сверхкритическое состояние. В сверхкритическом состоянии выход реакции увеличивается экспоненциально, т.е. чем выше выход, тем выше скорость увеличения мощности. Это хорошо для ядерного оружия, но не очень хорошо для реакторов. Увеличение мощности реактора должно регулироваться и не должно достигать слишком высоких значений. Очевидно, что работа по управлению ядерной реакцией велась практически с тем же приоритетом, что и работа по максимально быстрому увеличению мощности и достижению максимальной мощности.
Эксперимент был запланирован на ночь с 25 на 26 апреля на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС. Суть этого эксперимента заключалась в снижении мощности устройства с 3 200 мегаватт (номинальная мощность устройства) до 700 мегаватт. Именно этот эксперимент привел к аварии.
Кипящий ад
Ядерная цепная реакция поддерживается в ядерном реакторе. Ядра тяжелых атомов, таких как уран, становятся нестабильными при столкновении с нейтронами и распадаются на два меньших ядра — продукты деления. В процессе деления высвобождается энергия и два или три быстрых свободных нейтрона, которые вызывают распад других ядер урана в ядерном топливе. Таким образом, количество распадов увеличивается экспоненциально, но цепная реакция в реакторе контролируется так, что ядерного взрыва не происходит.
В тепловых реакторах быстрые нейтроны не подходят для возбуждения тяжелых атомов, поэтому для уменьшения их кинетической энергии используются замедлители. Более вероятно, что именно более медленные нейтроны, называемые тепловыми, вызывают распад атомов урана-235, используемого в качестве топлива. В таких случаях ссылаются на высокое сечение взаимодействия ядра урана с нейтроном. Сами тепловые нейтроны называются так потому, что они находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой.
Сердцем Чернобыльской АЭС был реактор РБМК-1000 (канальный реактор большой мощности в 1000 мегаватт). По сути, это был графитовый цилиндр с множеством отверстий (каналов). Графит действует как замедлитель, а ядерное топливо в тепловыделяющих элементах (твэлах) загружается по техническому пути. Топливный элемент изготовлен из циркония, металла с очень малым сечением захвата нейтронов. Нейтроны и тепло проходят через топливо, нагревая его и не давая продуктам распада выйти наружу. Топливные элементы могут быть объединены в топливные сборки (ТС). Топливные сборки характерны для негомогенных реакторов, в которых замедлитель отделен от топлива.
РБМК является одноконтурным реактором. В качестве теплоносителя используется вода, часть которой преобразуется в пар. Пароводяная смесь поступает в сепаратор, где пар и вода разделяются и направляются в турбогенератор. Отработанный пар конденсируется и подается обратно в реактор.
Конструкция РБМК имела недостаток, который сыграл роковую роль в Чернобыльской катастрофе. Дело в том, что расстояние между каналами было слишком большим, и слишком много быстрых нейтронов замедлялось графитом, превращаясь в тепловые нейтроны. Они хорошо поглощаются водой, но там постоянно образуются пузырьки пара, что снижает поглощающие характеристики теплоносителя. В результате реактивность возрастает, а вода становится еще горячее. То есть РБМК имеет достаточно высокий коэффициент паровой реактивности, что затрудняет контроль ядерной реакции. Реактор должен быть оснащен дополнительными системами безопасности, и работать на нем должен только высококвалифицированный персонал.
Наломали дров
25 апреля 1986 года четвертый блок Чернобыльской атомной электростанции должен был быть остановлен для проведения планового ремонта и эксперимента. Специалисты научно-исследовательского института «Гидропроект» предложили способ аварийного питания насосов станции, используя кинетическую энергию турбогенератора, вращающегося по инерции. Это позволило бы даже в случае отключения электроэнергии поддерживать циркуляцию теплоносителя в контуре до включения резервного питания.
Согласно плану, эксперимент должен был начаться, когда тепловая мощность реактора будет снижена до 700 мегаватт. Мощность была снижена на 50 процентов (1600 мегаватт), и процесс отключения реактора был отложен примерно на девять часов по просьбе Киева. Как только снижение мощности возобновилось, она внезапно упала почти до нуля из-за ошибочных действий персонала АЭС и ксенонового отравления реактора — накопления изотопа ксенон-135, который снижает реактивность. Чтобы справиться с внезапно возникшей проблемой, из РБМК были извлечены аварийные нейтронопоглощающие стержни, но мощность не поднялась выше 200 мегаватт. Несмотря на нестабильную работу реактора, эксперимент начался в 01:23:04.
Введение дополнительных насосов увеличило нагрузку на турбогенератор выбега, что уменьшило объем воды, поступающей в активную зону реактора. В сочетании с высоким коэффициентом реактивности пара это быстро увеличило мощность реактора. Попытка ввести поглощающие стержни из-за их неудачной конструкции только ухудшила ситуацию. Всего через 43 секунды после начала эксперимента реактор разрушился в результате одного или двух мощных взрывов.
Власти рассчитывали, что установка обеспечит электроэнергией 27 областей Украинской ССР и Ростовскую область. Население регионов оценивалось в 53 миллиона человек.
Авария на ЧАЭС
По данным Всемирной организации здравоохранения, взрыв на Чернобыльской атомной электростанции произошел в четвертом энергоблоке 26 апреля 1986 года. Ночью специалисты проводили эксперимент по измерению инерционного вращения турбогенератора. Перегрев топлива спровоцировал разрушение активной зоны. Кроме того, реактор не был оборудован должным образом. Автоматика оказалась нетехнологичной, что затрудняло управление и контроль за работой станции. О сбоях во время эксперимента никто даже не догадывался.
В принципе, реактор не должен был работать в ту ночь. Но его отключение перенесли на 9 часов позже, в связи с предстоящим празднованием 1 мая. В это время необходимо было иметь электричество, чтобы выполнить производственный план. Остановить реактор было задачей другой смены, которая не была к этому готова.
Взрывы произошли в 1:24 ночи по местному времени. Их было два. Расследование показало, что системы безопасности были просто отключены или выведены из строя — еще до первого взрыва.
Радиоактивный пар вместе с водородом разрушил крышку реактора весом 1 200 тонн, а затем и крышу станции. Хотя некоторые исследователи относят первый взрыв к химическому, второй был определенно ядерным, с мощностью 0,3 килотонны. Сразу после аварии остальные реакторы были остановлены, а управление электростанцией было переведено в аварийный режим из подземного бункера.
Очевидцы сходятся во мнении: за первым взрывом последовало красное пламя, за вторым — синее. После этого над реактором появился «гриб».
Эвакуация из зоны отчуждения
Взрывы на атомной электростанции вызвали серьезное превышение уровня радиации — в тысячу раз. Но все население в 50 тысяч человек было проинформировано об угрозе заражения только на следующий день. Им не выдали таблетки йода, которые могли бы снизить уровень радиации в организме. Эвакуация началась в 2 часа дня 27 апреля 1986 года. Им разрешили взять с собой только самое необходимое. Даже домашним животным, например, не разрешалось покидать страну, так как их шерсть могла быть заражена радиоактивной пылью. Власти обещали, что жители смогут вернуться домой через несколько дней, но этого не произошло.
Чтобы избежать распространения заражения, специальным бригадам было приказано уничтожить всех животных в пострадавшей зоне. 5 мая эвакуация из зоны отчуждения (в радиусе 30 километров от Чернобыля) была завершена.
Обращение к населению:
Внимание, внимание, дорогие товарищи! Городской Совет народных депутатов сообщает, что в связи с аварией на Чернобыльской атомной электростанции в городе Припять складывается неблагоприятная радиационная обстановка. Партийными и советскими органами, воинскими частями принимаются необходимые меры.
Однако для обеспечения полной безопасности людей и, в первую очередь, детей, возникла необходимость временной эвакуации жителей города в ближайшие населенные пункты Киевской области. С этой целью сегодня, 27 апреля, с четырнадцати часов до ноля часов к каждому дому будут поданы автобусы в сопровождении сотрудников милиции и представителей горисполкома. Рекомендуется взять с собой документы, предметы первой необходимости, а также, в первом случае, продукты питания. Руководители предприятий и учреждений выделили ряд сотрудников, которые остаются на местах для обеспечения нормального функционирования предприятий города. Все жилые дома на период эвакуации будут охраняться сотрудниками милиции. Товарищи, временно покидая свои дома, пожалуйста, не забудьте закрыть окна, выключить электрические и газовые приборы, перекрыть водопроводные краны. Просьба во время временной эвакуации сохранять спокойствие, порядок и организованность.
