Ткаченко Дмитрий Александрович : другие произведения.

О причинах аварии на Чернобыльской Аэс

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками
 Ваша оценка:
  

1. Реактор.

  В ядерном реакторе происходит цепная ядерная реакция, т.е. последовательное деление ядер изотопа урана-235 с выделением энергии, в т.ч. тепловой. Реакция называется цепной, т.к. образовавшиеся после распада одного ядра нейтроны оказываются захвачены другими ядрами, что вызывает, в свою очередь, их распад и увеличение количества "свободных" нейтронов. Часть этих нейтронов улетает во внешнюю среду, часть без последствий поглощается, так что немедленного распада всех ядер не происходит. Изменение числа нейтронов описывается коэффициентом их размножения k, показывающим отношение числа нейтронов последующего поколения (появившихся позже) к предыдущему - т.е. сколько нейтронов продолжает участвовать в реакции, а сколько поглощено или ушло во внешнюю среду. Если k=1, то реактор находится в т.н. критическом состоянии - т.е. сколько нейтронов "высвобождается", столько и "связывается". Состояние это неустойчиво, реактор стремится либо свалиться в подкритическое состояние, при котором k<1 и реакция затухает, либо уйти в надкритическое, при котором k>1 и происходит разгон реактора, приводящий на пределе к ядерному взрыву.

  Динамику реакции обычно описывают через понятие реактивности, производную от коэффициента размножения нейтронов величину. В критическом реакторе реактивность нулевая, в подкритическом отрицательная, в надкритическом - положительная. Нулевая реактивность, опять же, бывает редко, реально, насколько я понял, реактивность колеблется возле нулевой отметки при нормальной работе реактора.

  Тут надо запомнить, что при высокой положительной реактивности происходит ядерный взрыв, а при низкой отрицательной реактор затухает. Чтобы такого не случилось, реакцией нужно управлять - и это осуществляется с помощью управляющих стержней.

  
  

2. Атомная станция.

  Тепловая энергия, выделяемая при делении ядер урана, поглощается водой (вода - хороший теплоноситель), протекающей (по крайней мере, в реакторах РБМК) через активную зону (место, где происходит реакция - цилиндр с полыми каналами в РБМК). Вода частично вскипает и получающийся в этом случае пар вращает турбины. Собственно, значительную часть хозяйства атомной станции составляют турбины и всякие насосы - так что на строящиеся в Союзе станции активно перебрасывали людей с гидроэлектростанций (в основном, на начальственные должности), которые были не совсем компетентны в области физики реактора и представляли последний как огромный котел, вырабатывающий тепловую энергию - по крайней мере, так считает Григорий Медведев. Это не могло не сказаться.

  Активная зона реактора типа РБМК заполнена графитом - замедлителем нейтронов, повышающим реактивность - и пронизана каналами, в которые вставляются кассеты с урановым топливом (их содержат ТВЭлы - тепловыделяющие элементы), стержни управления и защиты (СУЗ), содержащие поглотитель нейтронов карбид бора (уменьшающий реактивность) и в которые подается вода, теплоноситель, поглотитель и замедлитель нейтронов. Кроме того, вода охлаждает активную зону реактора.

  
  

3. Недостатки конструкции, паровой коэффициент реактивности и концевой эффект.

  Как было сказано, вода является одновременно поглотителем и замедлителем нейтронов. Реакторы РБМК-86 были спроектированы так (не знаю подробностей), что преимущественно использовались свойства воды как поглотителя, а при ее испарении, переходе в газообразное состояние, эти свойства менялись, нейтроны поглощались хуже, реактивность возрастала и реактор начинал разгоняться. Причем, поскольку реактор выделял тепловую энергию, и чем больше разгонялся, тем больше выделял, постольку разгон реактора приводил к большему парообразованию, а большее парообразование приводило к большему разгону реактора. Это называлось положительным паровым коэффициентом реактивности (положительной обратной связью между мощностью реактора и парообразованием) и могло, без надлежащего контроля, привести к ядерному взрыву.

  Такова была первая ошибка проектировщиков РБМК.

  Другая ошибка заключалась в конструкции стержней аварийной защиты. Семиметровый стержень, заполненный карбидом бора, поглощающим нейтроны и способствующим остановке реактора, был дополнен пятиметровым графитовым вытеснителем, а графит гораздо хуже поглощает нейтроны. И все бы ничего, но высота активной зоны составляла 5 метров, так что при вытащенном СУЗ в канале, т.е. в пределах активной зоны, оставался пятиметровый графитовый вытеснитель и два метра воды. Эти два метра и оказались роковыми - дело в том, что вода лучше поглощает нейтроны, чем графит, и при движении СУЗ в активную зону, воду начинает вытеснять графит, т.е. степень поглощения нейтронов падает, а реактивность возрастает. Незначительно, да, но все же возрастает - получается, что защита, призванная глушить реактор, наоборот, разгоняет его, пусть и в небольшой степени.

  Всего-то и надо было увеличить графитовый вытеснитель до 7 метров - что и было сделано в срочном порядке после Чернобыля. Сделали бы до... но история не имеет сослагательного наклонения.

  
  

4. Оперативный запас реактивности.

  Последнее пояснение - существует т.н. оперативный запас реактивности, величина, характеризующая положительную реактивность реактора при полностью извлеченных стержнях СУЗ. На практике на РБМК ее измеряют в стержнях, т.е. величина ОЗР показывает, сколько еще стержней находится в пределах активной зоны и сколько надо извлечь, чтобы реактор работал на полную мощность. ОЗР стремятся сделать пониже, поскольку так реактор работает экономичнее, меньше нейтронов поглощается СУЗ. Казалось бы, низкий ОЗР - это хорошо - чем больше стержней извлечено из активной зоны, тем больше пространства для маневров, тем легче, в случае чего, заглушить реактор. Существовала кнопка аварийной защиты (АЗ), при нажатии на которой все 211 (вроде) стержней СУЗ падали в активную зону и заглушали реактор. Но, благодаря конструкции стержней СУЗ на РБМК, при их введении в активную зону реактивность сначала повышалась, а только потом падала - так что срабатывание защиты разгоняло реактор. И чем больше стержней было вытащено, чем ниже был ОЗР, тем больше стержней должно было идти в активную зону при нажатии кнопки АЗ, т.е. тем больше был бы всплеск реактивности. Так что низкий ОЗР был смертельно опасен на РБМК.

  
  

5. Эксперимент.

  26 апреля 1986 года 4 энергоблок ЧАЭС должен был быть заглушен для очередного планово-предупредительного ремонта. При остановке реактора обычно проводили всякие эксперименты - решили так сделать и на этот раз. Дело в том, что насосы, подающие воду для охлаждения реактора и переноса вырабатываемого им тепла, запитаны от того же генератора, который вращают турбины, работающие от реактора. Т.е. при остановке реактора (или неполадках коммуникаций) эти насосы переставали работать - а ведь реактор заглушался не сразу, его надо было охлаждать, прокачивать воду для предотвращения избыточного парообразования (ведшего, как мы помним, к разгону реактора) и т.д. Резервное энергообеспечение, конечно, было, но для переключения на него требовалось время. Решили выяснить, хватает ли для переключения времени работы насосов от выбега турбины генератора - ведь турбина штука тяжелая, она останавливается не сразу, даже если реактор заглушен, какое-то время она продолжает двигаться и вырабатывать энергию.

  Главный инженер станции Фомин составил программу испытаний, которое не утвердило ни одно ведомство - не потому, что она была плохая, а потому, что никто на нее не смотрел. Эти утверждения считались чистой формальностью, и испытание решено было проводить, несмотря на их отсутствие.

  Программа предполагала отключение почти всех технологических защит - поскольку они, как я понял, слишком быстро глушили реактор и останавливали турбины. Это будет признано нарушением, но, насколько я помню разъяснения Дятлова, ни одно из этих нарушений не привело к аварии, и устранение их не помогло бы аварии избежать. Кроме того, программа вроде бы даже не противоречила имеющимся на тот момент нормативным документам - это уже после катастрофы выяснилось, что в них не было указано много чего такого, чего делать категорически нельзя.

  
  

6. Взрыв.

  Еще за сутки до испытания началось постепенное снижение мощности реактора и в какой-то момент ее не удалось удержать на необходимом для проведения испытания уровне. Мощность резко упала и для ее подъема стали вытаскивать стержни СУЗ из активной зоны, снижая ОЗР. Испытания начались, турбина постепенно стала останавливаться, вследствие чего насосы работали все более "вяло", так что расход теплоносителя уменьшался, а реактор, оставаясь горячим, превращал все больше воды в пар. Вступил в дело положительный паровой коэффициент реактивности, т.е. реактор начал разгоняться. И тут испытания закончились, реактор было решено заглушить и, поскольку (по версии операторов) ничего подозрительного в его поведении не было, была нажата кнопка аварийной защиты. Все 211 (или сколько там) стержней пошли в активную зону, застряли из-за деформации каналов, полностью в нее не войдя, реактивность мгновенно увеличилась, реактор разогнался и взорвался.

  Еще Дятлов начал использовать такую метафору. Едешь ты, допустим, на машине, и перед тобой на дорогу выскакивает пьяный человек. Ты жмешь на тормоз со всей силы - но тормоз при таком усилии срабатывает как газ, машина разгоняется и сбивает человека.

  Там потом еще много чего было - операторы решили, что реактор цел, а взорвалось что-то другое, и стали подавать на него воду для охлаждения и совершать другие действия, которые привели к большему облучению персонала, по сравнению с тем, какое бы было, если б они этих действий не выполняли (читайте источники). Приборы, измеряющие уровень радиационного заражения, оказались в наличии только с маленькой шкалой, они зашкаливали, а приборы с большой шкалой завалило в каптерке - в результате долгое время не имели представления о настоящем уровне радиоактивности и пренебрегали защитой. Ну и дальше там уже - хождение по пояс в радиоактивной воде, выковыривание вручную лопатами раскаленного графита из битумных крыш, откладывание эвакуации и предупреждения населения, вертолеты, зависающие над самым жерлом реактора, замминистры, таскающие мешки с песком наряду со всеми из-за нехватки людей, красный флаг над реактором, эвакуация, одичавшие собаки, второй выброс, О-сознание, выжигатель мозгов, сталкеры, мутанты, зомби, монолитовцы, Долг, Свобода, Чистое небо, суд, комиссии, МАГАТЭ, ИНСАК, Зона отчуждения...

  
  

7. Кто виноват?

  Атомная энергетика была одной из приоритетных областей в народном хозяйстве СССР. Проблем в ней быть просто не могло. Но они случились - и это был удар не только по энергетике, но и по самой государственной системе.

  Григорий Медведев прекрасно показывает в своей книге, насколько порочной оказалась система, когда все делали сообразуясь не с требованиями объективной реальности - например, с физикой реактора или особенностями монтажа оборудования - а с начальственными директивами, созданными на основе непонятно чего. Это позволяло иметь некомпетентных начальников, поскольку их приказы не должны были соответствовать реальности, и не стремиться к выходу за пределы инструкций и норм, к дальнейшему познанию и совершенствованию объекта твоей работы. Так, Медведев считает, что операторы обязаны были знать о концевом эффекте и о положительной обратной связи мощности и парообразования - ведь они же работали на этом реакторе, они ездили на этой машине, они должны были знать, что педаль тормоза работает не всегда. Но мы же все делали правильно, в соответствии с инструкциями, регламентом, программой и прочими документами - оправдывается Дятлов от лица операторов, повторяя слова умершего через несколько дней после аварии начальника смены Акимова, сказанные в ту роковую ночь.

  Обвинили операторов, потому что, возможно, не успели разобраться на первых порах в особенности конструкции (это нам сейчас хорошо - а представьте себе - все в дыму, война в Крыму, радиоактивные развалины - и попробуй пойми, что здесь произошло, если еще за несколько секунд до аварии все параметры были в норме), но главное - потому что академик Доллежаль и академик Александров, под чьим патронажем разрабатывались реакторы РБМК, имели большой вес в рамках советской системы. Александров был президентом Академии наук, за его спиной фактически стояло государство. А государство - не может ошибаться.

  Это я повторяю Дятлова, он вполне откровенно пишет, что, когда их судили, это была тяжба государства и человека, в которой человек, конечно же, победить не мог.

  Виновными признали, насколько я понял, старшего инженера управления реактора Топтунова, начальника смены Акимова, заместителя главного инженера Дятлова, главного инженера Фомина, директора АЭС Брюханова. Первые двое погибли через несколько дней после аварии, троих последних посадили, вскоре, впрочем, освободив, поскольку они тоже переоблучились и тяжело болели. Некоторых конструкторов отправили на пенсию.

В настоящее время мнение профессионалов постепенно смещается в сторону признания виновности конструкторов, но, поскольку проблема уже потеряла политическую остроту, обычно ограничиваются присущими ученым политкорректным формулировкам о "ряде факторов".

Основные источники

  1. Медведев Г.У. Чернобыльская тетрадь.
  2. Дятлов А.С. Чернобыль. Как это было.
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"