Техника и электроника

В последних сериях сериала «Чернобыль» телекомпании HBO российские ученые открывают правду на причину произошедшего взрыва реактора 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС, «опылившим» впоследствии радиоактивным цезием территории 17 стран Европы общей площадью 207,5 тысяч квадратных километров. Катастрофа на Чернобыльской АЭС выявила фундаментальные недостатки в реакторе РБМК-1000. Несмотря на это, сегодня 10 реакторов типа РБМК-1000 все еще работают в России. Безопасны ли они? По словам западных экспертов в ядерной физике, которые поделились своим мнением с порталом Live Science, этот вопрос остается открытым.

После жуткой аварии в конструкцию работающих РБМК-1000 были внесены изменения, но они по-прежнему не так безопасны, как большинство реакторов, созданных по западному образцу. К тому же, нет никаких международных гарантий и обязательств, которые могли бы предотвратить строительство новых АЭС с аналогичными конструктивными недостатками.

«Существует целый ряд различных типов реакторов, проекты которых рассматриваются различными странами и которые значительно отличаются от западных стандартных легководных реакторов. При этом многие из них имеют недостатки, которые преуменьшаются их конструкторами», — говорит Эдвин Лайман, руководитель Проекта по ядерной безопасности в Союзе заинтересованных ученых.

«И чем больше все меняется, тем больше остается прежним», — добавляет ученый.

В чем особенность реактора 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС?

Реактор первого энергоблока ЧАЭС похож на на четвертый до аварии

В центе чернобыльской катастрофы находился реактор типа РБМК-1000. Ректоры подобной конструкции использовать только в СССР и заметно отличались от большинства легководных реакторов, являющихся стандартом для большинства западных стран.

Легководные реакторы состоят из большого сосуда под давлением, в котором содержится ядерный материал (ядро или активная зона), который охлаждается циркулирующим источником воды. При ядерном делении атомы (в данном случае урана) расщепляются, что приводит к генерации огромного количества тепла и свободных нейтронов. Последние ударяются о другие атомы, вызывая их распад, что приводит к высвобождению еще большего объема тепла и нейтронов. Тепло превращает циркулирующую к реактору воду в пар, который крутит турбины, производящие электричество.

В легководных реакторах вода используется в качестве замедлителя, который помогает контролировать продолжающееся ядерное деление в активной зоне. Вода замедляет движение свободных нейтронов, чтобы те с большей вероятностью продолжили реакцию деления, тем самым повышая ее эффективность. С нагревом реактора больше воды превращается в пар и меньше становится доступно для этой роли замедлителя. В результате ядерное деление замедляется. Этот принцип отрицательной обратной связи является ключевым аспектом безопасности, который предотвращает реакторы такого типа от перегрева.

Реакторы типа РБМК-1000 отличаются. Они были созданы специально для работы на менее обогащенном топливе. В качестве теплоносителя реакторы этого типа также используют воду, но в качестве замедлителя в них используются графитовые блоки. Из-за такого разделения ролей теплоносителя и замедлителя в РБМК не работал принцип отрицательной обратной связи «больше пара — меньше реактивность». Вместо это реакторы типа РБМК использовали принцип пустотного коэффициента реактивности.

Часть теплоносителя в реакторе может испаряться, образовывая пузырьки пара (пустоты в теплоносителе). Увеличение содержания пара может приводить как к росту реактивности (положительный паровой коэффициент), так и к ее уменьшению (отрицательный паровой коэффициент), это зависит от нейтронно-физических характеристик. При положительном коэффициенте для нейтронов облегчается задача по движению к графитовому замедлителю, говорит ядерный физик из Швеции Ларс-Эрик де Геер.

Отсюда и растет корень катастрофы, говорит Де Геер. С увеличением реактивности реактор нагревается, больше воды превращается пар, что еще сильнее повышает реактивность. Процесс продолжается и продолжается.

Что стало причиной катастрофы на Чернобыльской АЭС?

Когда Чернобыльская АЭС работала в полную силу, это не было большой проблемой, говорит Лайман. При высоких температурах урановое топливо, которое приводит в действие ядерное деление, поглощает больше нейтронов, что делает его менее реактивным. Но при работе на пониженной мощности реакторы типа РБМК-1000 становятся очень нестабильными.

На станции 26 апреля 1986 года шел планово-предупредительный ремонт. И каждый такой ремонт для реактора типа РБМК включал испытания работы различного оборудования, как регламентные, так и нестандартные, проводящиеся по отдельным программам. Данная остановка предполагала проведение испытаний так называемого режима «выбега ротора турбогенератора», предложенного генеральным проектировщиком (институтом Гидропроект) в качестве дополнительной системы аварийного электроснабжения.

«В конечном итоге это стало одной из причин того, что произошло», — говорит Де Геер

До начала плановой остановки реактор работал на 50-процентной мощности в течение 9 часов. К моменту, когда операторы станции получили разрешение на дальнейшее снижение мощности, в реакторе из-за расщепления урана, скопился поглощающий нейтроны ксенон (ксеноновое отравление), поэтому внутри него не мог поддерживаться соответствующий уровень реактивности. При работе активной зоны ректора в полную мощность ксенон сжигается раньше, чем может начать создавать проблемы. Но поскольку ректор работал в течение 9 часов только вполсилы, поэтому ксенон не выгорел. При запланированном постепенном снижении произошел кратковременный провал по мощности практически до нуля. Персонал станции принял решение о восстановлении мощности реактора, путем извлечения поглощающих стержней реактора (состоят из поглощающего нейтроны карбида бора), которые используются для замедления реакции деления. Кроме того, из-за снижения оборотов насосов, подключенных к «выбегающему» генератору, усугубилась проблема положительного парового коэффициента реактивности. За секунды мощность реактора резко возросла, превысив уровень его возможностей в 100 раз.

Поняв опасность ситуации, начальник смены 4-го энергоблока дал команду старшему инженеру управления реактором нажать кнопку аварийного глушения реактора А3-5. По сигналу этой кнопки в активную зону должны были вводиться стержни аварийной защиты. Однако из-за конструктивных недостатков реактора до конца опустить эти стержни не удалось — давление пара в реакторе задержало их на высоте 2-х метров (высота реактора — 7 метров). Тепловая мощность продолжила стремительно расти, начался саморазгон реактора. Произошли два мощных взрыва, в результате которых реактор 4-го энергоблока был полностью разрушен. Также были разрушены стены и перекрытия машинного зала, возникли очаги пожара. Сотрудники начали покидать рабочие места.

Ученые по-прежнему спорят, что могло послужить причиной каждого взрыва. Согласно некоторым мнениям, оба взрыва могли быть паровыми и вызваны резким повышением давления в циркуляционной системе. Согласно другой версии, один взрыв мог быть паровым. А в результате второго взорвался водород, в ходе химических реакций внутри разрушающегося реактора. Однако определение после взрыва изотопов ксенона в Череповце, что в 370 километрах от Москвы, указывает по словам Де Геера на то, что первый взрыв был на самом деле выбросом радиоактивного газа, выстрелившего на несколько километров в атмосферу.

Что изменили в реакторах РБМК после чернобыльской катастрофы?

Катастрофа в Чернобыле стала настоящим ударом для Советского Союза, говорит Джонатан Куперсмит, историк технологий из Техасского университета A&M, бывший в Москве в 1986 году. О реальном масштабе случившегося из-за медлительности властей и также халатности на местах общество узнало далеко не сразу.

Советские СМИ не сразу сообщили о катастрофе. Первая информация о последствиях взрыва появилась в шведских СМИ после того, как над страной появилось радиоактивное облако. В отсутствии достоверной информации и внятных комментариев со стороны властей зарубежные издания стали распространять непроверенные данные, основанные на слухах. Советские газеты в ответ обвинили «определенные круги» за рубежом в попытках нагнетать обстановку.

Михаил Горбачёв обратился к советским гражданам только 14 мая, спустя почти три недели после катастрофы.

«Это сделало гласность реальной», — говорит Куперсмит, имея ввиду, что это событие заложило основу в зарождающуюся политику прозрачности в Советском Союзе.

Кроме того, это положило начало новой эре международной кооперации по вопросам ядерной безопасности. В августе 1986 года Международное агентство по атомной энергии провело конференцию в Венне, где советские ученые проявили беспрецедентный для того времени уровень открытости, сообщив подробности инцидента, говорит Де Геер, который также присутствовал на той конференции.

«До сих пор удивительно, что они так много нам рассказали», — говорит шведский ученый.

После жуткой аварии в конструкцию работающих РБМК-1000 были внесены изменения: стало использоваться более обогащенное топливо, было увеличено количество управляющих стержней, введены дополнительные ингибиторы для избежания потери контроля над реактором при низких мощностях.

Три оставшихся реактора Чернобыльской АЭС находились в эксплуатации до 2000 года. 15 декабря 2000 года был навсегда остановлен реактор последнего, 3-го энергоблока. В Литве также оставались два РБМК, которые впоследствии были закрыты по требованию после того, как страна стала членом Европейского союза. К настоящему моменту четыре эксплуатирующихся РБМК находится в Курске, три в Смоленске и еще три в Санкт-Петербурге (четвертый был закрыт в декабре 2018 года).

«Эти реакторы не настолько хороши, как европейские, хотя и стали менее опасными», — отмечает Де Геер.

«Существуют фундаментальные свойства конструкции РБМК-1000, которые никак нельзя исправить. Вряд ли можно повысить безопасность РБМК в целом до уровня, который можно ожидать от аналогичного реактора западного образца», — добавляет Эдвин Лайман.

В дополнение к этому Де Геер отмечает, что эти реакторы не предусматривают наличие защитных систем полной локализации, которая имеется у реакторов западного образца. Эти системы представляют собой щиты из свинца и стали и предназначены для удержания радиоактивного газа или пара от выбросов в атмосферу в случае аварии.

Необходим более жесткий контроль

Несмотря на потенциал последствий аварии на АЭС для всего мирового сообщества по-прежнему не существует международных соглашений, в которых было бы четко прописано, что именно можно считать «безопасной» атомной электростанцией, говорит Лайман.

Он отмечает, что Конвенция о ядерной безопасности требует от стран полной прозрачности в отношении принятых мер безопасности эксплуатации АЭС и допускает экспертную оценку этих систем, но законодательно не существует никаких принудительных механизмов и санкционных мер по соблюдению этих требований. Отдельные страны имеют свои независимые регулирующие органы, однако их независимость ограничивается тем, насколько им ее обеспечивают местные органы власти, говорит Лайман.

«Как можно ожидать грамотного функционирования независимого регулирующего органа в странах с развитой коррупцией и отсутствием надлежащего управления?», — задается вопрос Лайман.

Несмотря на то, что помимо СССР никто больше не строил реакторы типа РБМК-1000, в некоторых странах предложены новые проекты реакторов, где также имеет наличие пустотный коэффициент реактивности. Например, этот принцип используется в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах (РРБН), в которых по мере роста мощности производится больше расщепляющегося материала. Подобные реакторы построены, например, в Китае, России, Индии и Японии. Хотя в последнем случае реактор не работает и его планируется полностью вывести из эксплуатации. Индия отстает от графика ввода в эксплуатацию своего реактора на 10 лет. В Канаде также имеются реакторы, в которых используется эффект небольшого положительного пустотного коэффициента.

«Конструкторы утверждают, что если принять все во внимание, то в целом такие реакторы безопасны, поэтому это не имеет особого значения. Но эти конструкторы слишком переоценивают свои системы», — говорит Лайман.

«Такое мышление в конечном итоге привело СССР к беде. И мы тоже можем оказаться в беде, если будем с халатностью относится к тому, чего не знаем или не понимаем».

Подписывайтесь на наш Яндекс.Дзен. Ежедневно там публикуются материалы, которые попадают на основной сайт.