Авария 1986 года на Чернобыльской АЭС

В этом году исполняется 25 лет событию, серьезно изменившему нашу страну и весь мир, – взрыву реактора на Чернобыльской атомной электростанции. За эти двадцать пять лет появилось много разрозненных материалов, связанных с аварией. Выявились многие тенденции в атомной энергетике, в науке, экономике, политике, так или иначе связанные с аварией в единый событийный и логический ряд. Появились основания как для серьезного исторического и политического анализа продолжающихся по сей день событий в атомной отрасли.

Автор, в свое время окончил вуз по специальности «Ядерные энергетические установки», долгое время жил на родине атомной энергетики в городе Обнинске. Атомная отрасль в смысле вопросов уже термоядерной энергетики ему близка и по его кандидатской специальности «Физика и химия плазмы». Так получилось, что непосредственно в научных и конструкторских учреждениях атомной отрасли автор не работал, но интереса к атомной отрасли никогда не терял, внимательно изучал все попадавшие в поле его зрения события и материалы имевшее пусть даже отдаленную связь с аварией и дальнейшими судьбами атомной энергетики. В первом десятилетии нового века автор оказался непосредственно втянут в важные события отрасли по некоторым тонким вопросам строительных технологий. Здесь он просто является редчайшим свидетелем.

Важные наблюдения и выводы автором были получены в ходе экспедиций по изучению радиационной обстановки на территориях, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС. И наконец автор никогда не самоустранялся от политических и идеологических оценок и выводов. Поэтому к чернобыльским событиям он всегда относился не только как к трагедии, но и как к политическому событию. Склоняя голову перед памятью жертв аварии, автор в данном обзоре не ограничивается самой аварией, а пытается предложить широкий, панорамный взгляд на то, что произошло и продолжает происходить.

26 апреля 1986 года произошел взрыв на реакторе 4 энергоблока Чернобыльской АЭС. Взрыв произошел при проведении эксперимента по изучению возможностей использования энергии, вырабатываемой турбиной, продолжающей вращаться по инерции после остановки реактора, для электропитания реакторного оборудования. Горячий реактор после остановки становится крупным потребителем электроэнергии. Главные циркуляционные насосы(ГЦН) в течение длительного времени должны прогонять через реактор охлаждающую воду для расхолаживания активной зоны.

Остановка реактора была плановой на перезагрузку топлива. На реакторах данного типа РБМК часть топлива заменяется непрерывно по ходу работы реактора. Но темп такой замены недостаточен. Приходится останавливать реактор и производить уже масштабную замену. Для ядерных реакторов существует понятие запаса реактивности. В начале кампании он максимален. Для компенсации избытка реактивности в активную зону вводятся так называемые стержни системы управления и защиты(СУЗ). Это стержни из стали, в состав которой входит элемент бор, который хорошо поглощает нейтроны с тепловой энергией, вызывающие деление ядер урана-235 в реакторе. В нижнем положении концы стержней СУЗ погружены в отверстия в дне реактора для того, чтобы исключить их горизонтальные колебания. В первоначальном конструктивном исполнении эти стержни погружались в фиксирующие отверстия не сталью, а графитовыми окончаниями.

В 1983 году стало ясно, что это опасное конструктивное решение. Если стержни подняты в верхнее положение, а потом по необходимости сбрасываются в активную зону, первоначально они входят в нее своей графитовой частью. Графит является хорошим замедлителем, и введение этого замедлителя в виде окончаний стержней вызывает рост количества тепловых нейтронов. Растет количество ядерных реакций деления, происходит быстрый рост мощности реактора. Хотя назначение сброса СУЗ заключается наоборот в глушении реакций, в уменьшении мощности реактора.

В Министерстве среднего машиностроения, ведавшем атомной энергетикой, было выработано Техническое задание на переработку конструкции СУЗ с тем, чтобы исключить возможные опасные последствия. Тем не менее в производство ТЗ не пошло, было положено под сукно до чернобыльских событий. Но самой большой неприятностью было то, что еще до замены СУЗ было возможно внесение поправок в регламент эксплуатации или хотя бы доведение до персонала АЭС сведений об опасности, связанной с графитовыми наконечниками. Персонал мог хотя бы представлять, что опасность существует. Непосредственный участник событий аварии заместитель главного инженера ЧАЭС Дьяков свидетельствует: персонал станции про графитовые наконечники в конструкции СУЗ не знал, об опасности сброса СУЗ из верхнего положения не был проинформирован.

Тем не менее, регламент все-таки предусматривал минимально допустимое количество СУЗ в активной зоне. Приближение к этому минимуму и является индикатором предельного снижения реактивности реактора, необходимости его останова. В конце компании реактора 4 энергоблока ЧАЭС количество СУЗ в активной зоне приблизилось к этому еще допустимому пределу, остальные были уже выведены в верхнее положение над активной зоной.

Для того, чтобы заставить реактор взорваться, необходимо было дополнительно уменьшить количество СУЗ в активной зоне. Например, заставить реактор поработать еще некоторое время на мощности. По мере выгорания топлива СУЗ один за другим придется выводить в верхнее положение. Но и при этом реактор может не взорваться. Просто не хватит запаса топлива для быстрого разгона реакции. Оно ведь выгорает. Но в любом случае это уже нарушение регламента эксплуатации.

Однако, есть другой, уже гораздо более опасный вариант управления, запрещенный регламентом. Это подъем мощности реактора после ее снижения ранее 10 часов после начала этого снижения. В течение нескольких часов реактор находится в так называемой «йодной яме».

При работе реактора делящиеся ядра урана образуют осколки деления. Один из этих осколков изотоп йода вызывает «отравление реактора». При работе в стационарном режиме должно поддерживаться четкое нейтронное равновесие. Из в среднем 2.5 нейтронов, рождающихся в каждом акте деления 1.5 должны быть поглощены элементами конструкции, замедлителем, теплоносителем, поглотиться, не вызывая деления, входящим в состав топлива изотопом урана-238, поглотиться в СУЗ. В каждый момент времени оставаться пригодным для поддержания реакции должен оставаться один нейтрон на каждый только что разделившийся атом ядерного топлива. Образование йода означает возникновение в активной зоне дополнительного поглощения нейтронов и должно глушить реакцию.

Но перемещением СУЗ можно добиваться равновесия. Поглощение нейтронов «выжигает» поглощающие его атомы, а потому на постоянной мощности возникает динамическое равновесие.  Чем больше мощность, тем больше образуется йода, но и тем больше его сжигается мощным нейтронным потоком. Однако при снижении мощности, нейтронный поток ослабевает. И накопившийся на прежней высокой мощности йод уже не может выжигаться в нужном темпе. Равновесие нарушается. Его можно компенсировать только выводом из активной зоны значительного количества СУЗ.

Именно это и произошло днем перед аварией. После снижения мощности с 700 МВт до 200 МВт на ЧАЭС поступило требование от диспетчера «Киевэнерго» несколько часов подержать энергоблок на прежней мощности.

Этого же телефонным звонком из Москвы категорически потребовал от заместителя главного инженера станции Дьякова руководитель Отдела ЦК КПСС, курировавшего атомную энергетику, Курчинский, ранее работавший на этой же станции главным инженером. Последовавший вечером взрыв на блоке не привел к масштабным разрушениям на всей станции. Запись телефонного разговора сохранилась для следствия. В случае, если Дьяков отказался бы нарушить регламент, Курчинский ему пригрозил отправкой на пенсию. Если же Дьяков соглашался, ему была обещана должность директора новой АЭС.

Дьяков был уверен в своих способностях аккуратно вывести реактор на повышенную мощность и решился на нарушение, подготовившее взрыв.

Курчинский, как было сказано, ранее работал на ЧАЭС в должности главного инженера. Это был весьма грамотный специалист по управлению ядерными реакторами. В интернете есть воспоминания сотрудника станции из числа бывших военных о своем столкновении с Курчинским. При возникновении нештатной ситуации регламент предусматривал некоторые действия. Курчинский предложил поступить иначе. Это было грамотное физическое решение, – лучше предусмотренного регламентом. Но бывший офицер жестко выполнил именно требования регламента. Курчинский потом сделал ему за это замечание – почему не послушал начальника. И все-таки офицер есть офицер. А регламент эксплуатации – это как устав.

Но не все так могли. Дьяков мог регламент нарушить. Причем за год-два до аварии это отметил инспектор Госатомнадзора проверявший исправление замечаний по оборудованию. Он в докладной записке потребовал удалить Дьякова со станции в связи с его неправильной распорядительной политикой. Инспектор был переведен с повышением на должность, с которой он уже не мог своими усилиями способствовать удалению Дьякова из руководства ЧАЭС. Заместитель главного инженера ЧАЭС Дьяков остался на станции.

Последняя деталь. За год до аварии с Курской АЭС, имевшей тот же тип реактора, что и на Чернобыльской станции, в Москву поступило письмо от одного из инженеров, в котором был написан сценарий возможного взрыва на данном типе реактора. Этим сообщение в интернет-статье ограничивается. Насколько предположенный сценарий совпал с тем, что произошло на ЧАЭС, сказать нет возможности. Но какой-то сценарий в Москве был. До чернобыльских событий. И это предупреждение также не было доведено до обслуживающего станции персонала ни форме изменений регламента, ни даже в форме информационного письма.

Вернемся к ЧАЭС. После нескольких часов работы на повышенной мощности после ее снижения с реактором ничего не произошло. Но для преодоления йодной ямы из активной зоны пришлось извлечь слишком много стержней СУЗ. Теперь любая случайность, потребовавшая бы сброса СУЗ в реактор, создавала и опасность взрыва. Такой случайностью были изменения потока охлаждающей воды через реактор в ходе эксперимента. Реактор имел еще одну конструктивную неприятность – так называемый положительный паровой коэффициент реактивности. При уменьшении количества жидкой воды и при увеличении количества пара в каналах реактора, условия размножения нейтронов улучшаются. На начавшийся рост мощности сменный инженер управления реактором и отреагировал совершенно правильным, исходя из правил эксплуатации, аварийным сбросом СУЗ. Если бы в них не было графитовых наконечников, дополнительная положительная реактивность не была бы внесена.

Если бы самих СУЗ, поднятых в верхнее положение, было на пару штук меньше, внесенной дополнительной реактивности могло бы просто не хватить для обеспечения взрывного развития реакции. В зону успела бы войти поглощающая нейтроны борсодержащая сталь стержней. Возможно, сработала именно случайность, что сброшенных стержней оказалось всего на пару штук больше, чем было нужно, чтобы взрыв не состоялся.

Комплекс предшествовавших взрыву событий с положенным под сукно ТЗ, сокрытием важной для управления реактором информации от оперативного персонала, с назначением странного по организации эксперимента на блоке, со звонком из Москвы человеку, который мог допустить нарушение регламента эксплуатации, позволяет утверждать, что взрыв на ЧАЭС был тщательно подготовленной и организованной научно-технической диверсией. К подготовке которой имели отношение лица в руководстве Минсредмаша, Госатомнадзора и по меньшей мере заведующий отделом ЦК КПСС Курчинский.

Последовавшие за взрывом события также говорят в пользу догадки о диверсии. На станцию был назначен новый главный инженер Штенберг. Работавшая под его руководством комиссия по расследованию аварии в своем заключении обвинила во взрыве оперативный персонал. Тем не менее, уже в июне 1986 года был сформирован план Первоочередных мероприятий Минсредмаша. В нем, вопреки подготовленному комиссией Штенберга официальному, утвержденному МАГАТЭ заключению, назначались ровно те действия, которые были направлены на реальное недопущение взрыва: изменение регламента, переделка СУЗ. Минсредмаш не сомневался в причинах взрыва.

В 1993 году реальную причину аварии вынужден был признать и МАГАТЭ. Сидевший в тюрьме Дьяков и помогавшие ему друзья добились пересмотра заключения.

Но, может быть, руководство страны и атомной отрасли спасали свое международное лицо. А авария все-таки произошла из-за наложения случайностей. Например, халатности и бюрократизма, задержавших исполнения ТЗ на стержни управления и защиты, переделки регламента? – Увы, нет.

Версию диверсии подтверждает дальнейшая судьба Штенберга и Курчинского. После разделения СССР оба оказались в Киеве. Штенберг в кресле министра энергетики Украины, Кушчинский в должности директора Департамента атомной энергии Украины. Сейчас они оставили эти посты, но продолжают оставаться советниками правительства. И оба лоббируют дальнейший путь развития атомной энергетики Украины с отказом от использования российских реакторов. Поскольку ресурс атомных реакторов Украины заканчивается, они предлагают создание совместных предприятий с крупными западными фирмами и строительство АЭС без участия России. Это многозначительное продолжение. Говорящее само за себя. Два важных фигуранта событий продолжают большую политическую игру.

Но что все-таки произошло? Следует особо отметить, что физика состоявшегося взрыва до сих пор неясна. Уже в 2000-е годы автор ознакомился с работой группы именитых теоретиков из ФИАН, пытавшихся объяснить взрыв возникновением на энергоблоке магнитного монополя. Есть в теоретической физике гипотеза существования в природе частиц, которые по аналогии с протоном и электроном имеют однополярный заряд, но только не электрический, а магнитный. Вот этой частице и пытались приписать чудесные способности. Для объяснения аварии, вправду, нужно привлечение чуда. Ядерный взрыв для своего развития требовал времени масштаба 1 секунды, тепловой – около 10 секунд, а сохранившиеся показания самопишущих приборов зафиксировали время развития около 3 секунд. Ни то, ни се…

А ведь отслеженные нами человеческие действия говорят, что чудо было тщательно подготовленным. Реактор вели к взрыву. Значит чудо кто-то предусмотрел и на него рассчитывал? Бывает, наверное, и такое. Причем кто-то так рассчитал, что физики до сих пор голову ломают, а что же там такое было.

Исторически первой моделью была гипотеза взрыва гремучей смеси кислорода и водорода в верхней части реактора. Этот взрыв мог вскрыть реактор и разворотить верхнюю часть активной зоны, трубопроводы и оборудование, расположенные над активной зоной. Собственно корпус реактора РБМК представляет собой достаточно тонкую металлическую оболочку, главное предназначение которой защитить раскаленную графитовую кладку замедлителя, через который проходят каналы с топливом и теплоносителем, от контакта с атмосферой. Разорвать эту оболочку не составляет большого труда.

Откуда кислород и водород в опасных для реактора количествах? В принципе вода в реакторе постоянно разлагается ионизирующими излучениями. Так что водород и кислород постоянно поступают в верхнюю часть конструкции реактора, но в количествах, при которых не представляют особой опасности. Но в момент аварии гремучая смесь моментально оказалась в опасно больших количествах.

Этот момент более-менее понятен. Если циркониевая оболочка тепловыделяющих элементов (твэлов) при относительно невысоких температурах практически инертна по отношению к воде, то начиная с пороговой температуры около 370 градусов Цельсия, цирконий начинает каталитически разлагать воду, разрушаясь сам. При перегреве циркониевых оболочек в верхней части активной зоны, действительно, могла возникнуть ситуация быстрого накопления опасных количеств гремучей смеси.

Данная картина аварии достаточно продолжительное время представлялась основной. Но по этой модели основная масса топлива должна была остаться в реакторе в расплавленном виде. Физики прикинули температуру раскаленного расплава. Оценили ее в 2000 градусов. Раскаленное топливо могло прожечь дно реактора,  фундамент и проникнуть в грунт и грунтовые воды. Для предотвращения развития событий по такому сценарию 10 мая 1986 правительственная комиссия поставила задачу строительства ловушки из высокотемпературного бетона под фундаментом реактора. В считанные дни был разработан специальный высокотемпературный бетон. 28 июня 1986 года строительство подфундаментной плиты-ловушки было завершено. Потом удалось рассмотреть содержимое реактора. Топлива в нем осталось не более 10%. Ловушка оказалась лишней.

Выброс огромного количества топлива требовал гораздо более мощной энергетики, чем взрыв гремучей смеси. Начались разговоры о ядерном взрыве. Но в то же время, настоящий ядерный взрыв произвел бы гораздо большие разрушения и наверняка не оставил бы после себя раскиданных повсеместно в ближайших окрестностях реактора графитовых обломков. Он бы их забросил гораздо дальше, а значительную часть испарил бы. И опять же для развития ядерного взрыва требуются времена масштаба 1 секунды. Развитие цепной реакции – быстрый процесс. Физическая картина произошедшего до сих пор неясна. Или, по меньшей мере, не оглашается.

Предложим свое видение произошедшего в реакторе 4 энергоблока ЧАЭС.

Особенностью реактора РБМК является то, что тело реактора не является единой активной зоной. При работе реактора на мощности в нем возникает несколько активных зон, которыми и управляют. Этим активным зонам не нужны специальные отражатели нейтронов. В качестве отражателя выступает графитовая кладка замедлителя, которая окружает действующую локальную активную зону, в которой происходит управляемая реакция. Графитовые наконечники СУЗ, входя в реактор, создают именно локальную активную зону на той высоте, где они в данный момент находятся. По мере их движения вниз вместе с ними перемещается и зона цепной реакции. Движущиеся вслед за наконечниками основные поглощающие части стержней СУЗ  глушат реакцию. Но на это нужно время. Возникающие при делении ядер урана быстрые нейтроны достаточно легко проходят через любые препятствия. А те нейтроны, которые поглощают стержни СУЗ, медленные, тепловые, т.е.  движущиеся с тепловыми скоростями.

Они сталкиваются с атомами графитового замедлителя и  хаотически меняют направление своего движения. Быстро добраться до поглощающих стержней они не могут. Если уж возник мощный нейтронный поток при неконтролируемом развитии цепной реакции в зоне прохождения графитовых наконечников, то за время до угасания он произведет еще весьма большое количество делений. Опять же действующая ниже локальная активная зона будет подпитывать нейтронный поток в угасающей зоне. И также поддерживать реакцию. Для того, чтобы реакция заглохла достаточно быстро, необходимо введение в кладку реактора большого количества пропитывающих ее насквозь поглощающих атомов.