Авторский блог Александр Супалов 16:34 25 июня 2016

Чернобыль

Чернобыль - несомненно, одна из самых дорогостоящих и роковых аварий ХХ-го века. Что же стало её причиной?

Александр Супалов

"Как это было! Как совпало —
Война, беда, мечта и юность!
И это все в меня запало
И лишь потом во мне очнулось!.."

Д. Самойлов: "Сороковые"

У всякого человека есть хобби. Кто-то разводит голубей, кто-то играет в шашки, кто-то пьёт. А я на досуге читаю отчёты комиссий по расследованию техногенных катастроф. И всё больше и больше убеждаюсь, что любая из них могла и должна была быть предотвращена, если б только…

Звезда полынь

Так уж случилось, что в день Чернобыльской катастрофы - 26 апреля 1986 г., в субботу - мы с друзьями были на одном из подмосковных водохранилищ, с шашлыками, выпивкой, песняками у костра и всем таким. Традиционный первый выезд сезона, под Первомай. Тогда ещё можно было не бояться хулиганов, и потому, выехав из дома в пятницу вечером, ясным субботним утром мы преспокойно спали в палатках прямо на берегу, в лесочке. Спали и не знали, что в 01:24 утра на Чернобыльской АЭС произошёл взрыв, разрушивший 4-й энергоблок и приведший в мощному выбросу радиоактивности в атмосферу. Там уже начали погибать люди.

И мои родители, и наши друзья имели достаточно непосредственное отношение к "мирному атому". Мама работала в ОВНИИЭМ, разработавшем в т.ч. одну из систем защиты злополучного реактора РБМК-1000. Друзья же наши просто-таки ударно трудились в самом "Курчатнике". Один из них потом даже летал в Зону по служебным делам. Через 5 лет СССР не стало, а "ликвидаторы" пошли по трубам.

Вообще, это было странное время. С одной стороны, ещё продолжала действовать налаженная за годы Советской власти система общественных и экономических отношений. С другой - уже началась т.н. "перестройка", и стало возможным несколько больше украсть или потихоньку подтрунивать над партией. Но в целом всё было пока в порядке - кроме водки: её уже не было. Шла антиалкогольная кампания, ставшая одним из "пускачей" дальнейших острых экономических проблем СССР.

Я сам в ту пору был в академотпуске, вызванном тяжёлой болезнью, случившейся осенью предыдущего года. Восстановление моё на физтехе пока висело в воздухе, сил было ещё тоже не очень много, но зато рядом со мной, и теперь уже точно навсегда, была самая лучшая, самая красивая и самая добрая девушка на свете (с которой мы меж тем уже отпраздновали серебряную свадьбу - в другой стране и на другой планете). Короче, я был счастлив и с удовольствием подставлял лицо свежему весеннему ветерку.

Ветер же в эти дни, как известно, дул так, что досталось всем: и Украине, и России, и Белоруссии, и даже Германии с Францией. За малостью времени и большой удалённостью мы, наверное, не успели тогда "глотнуть" коктейль из чернобыльских изотопов, но точно заметили, и задним числом, конечно, припомнили очень странный рассвет в воскресенье, 27 апреля: он был каким-то необычайно жёлтым и туманным. А тем временем на Припяти уже начиналась первая эвакуация населения.

К середине дня начали поступать первые, неясные пока сведения о случившемся. Один из друзей получил сигнал на бипер - особый прибор, связанный с системой оповещения "Курчатника" по радио. Мобилок тогда ни у кого не было, так что друзья наши как-то сразу заторопились в Москву, к телефонам. Задержавшись ещё на чуток, после обеда поехали домой и мы. Поехали, чтобы в понедельник уже точно узнать об аварии, апокалиптический масштаб которой поначалу сильно преуменьшался.

Предпосылки аварии

Многие комиссии из многих стран пытались потом выяснить, с переменным успехом, что же произошло на Чернобыльской АЭС и как она дошла до смерти такой. Версий было выдвинуто много, включая самые экзотические (вплоть до землетрясения или диверсии), но постепенно осталась одна, признанная более или менее вероятной. Для понимания всех её тонкостей нужно порядочное знание физики в целом и ядерной физики в частности, но тут я попытаюсь изложить это дело, как говорится, "на пальцах".

Ядерный реактор, в принципе - это тепловая машина, или попросту котёл, работающий за счёт естественной радиоактивности урана. Уран этот постоянно создаёт тепло, которое непременно надо куда-то девать. Для этой цели применяется охлаждение, как правило - с помощью воды. Вода, циркулируя под высоким давлением в активной зоне реактора, заполненной урановыми топливными элементами (ТВЭЛами), может частично испаряться. Выходя из реактора, эта "грязная" вода из первичного контура либо сама поступает на турбины в виде пара (как в Чернобыле), либо нагревает "чистую" воду в так называемом вторичном контуре, которая в свою очередь тоже испаряется и уже в виде пара идёт на раскрутку турбин. А эти турбины с помощью генераторов обычным способом, спасибо Максвеллу и Фарадею, вырабатывают столь любезное человечеству электричество.

На этом всё простое заканчивается и начинаются сложности. Дело в том, что радиоактивность урана в реакторе, его взаимодействие с водой и паром, распад урана на другие элементы и их взаимодействие между собой и с другими веществами, наличие многочисленных схем охлаждения активной зоны и регулирования уровня выделения нейтронов создают систему, полную неочевидных и порой опасных обратных связей. Если бы всё было просто, то вдвигание специальных поглотительных стержней в активную зону реактора всегда приводило бы к уменьшению выделения нейтронов и, следовательно, снижению уровня энерговыделения в реакторе. Вынимание этих стержней, наоборот, всегда приводило бы к увеличению мощности, и операторам и автоматике оставалось бы только смотреть, чтобы мощность находилась в расчётном, штатном диапазоне, и двигать стержни туда-сюда соответственно.

Естественно, даже такая простая система должна была бы обладать известной устойчивостью, иначе пришлось бы двигать стержни постоянно, отслеживая малейшие колебания мощности реактора и пространству, и по времени, ведь поле нейтронов не совсем и не всегда однородно: то их больше тут, то меньше там. Это похоже было бы на попытку удержать в равновесии палочку, стоящую на носу: для этого надо постоянно двигать головой и даже всем телом. Если же на носу сидят очки, а не палочка, держать их почти не надо, ибо они устойчивы. Но ядерный реактор - это не очки. К тому же, операторы в Чернобыле были не очкарики: их набирали в окрестных сёлах, иногда - по знакомству, и обучали так себе. Многого из сказанного выше они просто не знали, а следили за индикаторами и жали кнопки, как было приказано соотв. инструкциями или предположительно более сведущими коллегами.

И вот эти коллеги уже в четвёртый раз решили проверить, а что будет, если некоторые насосы питать от турбины, которая сама была бы отключена от подачи вырабатываемого реактором пара. Сможет ли генератор, вращаясь по инерции вместе с ротором этой турбины, всё ещё выдавать достаточно электричества, чтобы питать насосы охлаждения реактора? Этакий перпетум мобиле. У любого студента-второкурсника от такой постановки вопроса уже встали бы дыбом волосы: тут же надо считать и считать! Какая связь между генератором и насосами? Как насосы среагируют на недостаток мощности? Что произойдёт от этого в реакторе? И так далее, по циклу.

Видимо, кто-то, где-то и что-то считал, но плохо: все предыдущие эксперименты закончились неудачей. Подозреваю, что за всей этой "исследовательской" деятельностью стояла чья-то диссертация, и поэтому бесплодные попытки упорно повторялись. При этом согласно программе испытаний реактор выводился на режим пониженной мощности, а потом глушился и проходил очередное техническое обслуживание. Идея, в принципе, неплохая: раз и так его глушить, почему бы с ним не поиграть? Однако игрушка была с норовом, который был грубо, и я бы даже сказал - преступно недооценён.

Дело в том, что реакторы серии РБМК-1000 имели несколько конструктивных особенностей, которые на определённых режимах работы создавали положительную обратную связь между действиями оператора, направленными на понижение мощности реактора, и временным возрастанием этой мощности. Это можно представить себе так: вы тормозите, а машина некоторое время едет даже быстрее, а не медленнее. Иногда такое случается у машин, оборудованных двигателями с турбонаддувом: переход на большой скорости на пониженную передачу, например, временно резко повышает мощность мотора, и машина краткосрочно, но очень сильно разгоняется.

В РБМК-1000 одной из таких положительных связей был т.н. "положительный паровой коэффициент реактивности". Иначе говоря, в определённых условиях частичное испарение воды в реакторе приводило к повышению мощности его энерговыделения, что в свою очередь испаряло ещё больше воды, и т.д. Бум!

Второй положительной связью, заложенной уже в конструкцию стержней-поглотителей, был т.н. "концевой эффект". Стержни состояли частью из графита, частью из бора. Графит поглощает нейтроны хуже, чем бор, но зато вымещает воду из канала, по которому ходит стержень. Беда в том, что нижняя, графитовая часть стержня была короче верхней части, сделанной из бора. Поэтому, вымещая не до конца воду, которая поглощает нейтроны лучше, чем графит, такой стержень при вдвигании из крайнего верхнего положения краткосрочно повышал мощность реактора. Бум!

Наконец, из-за длительно работы на пониженной мощности, реактор подвергался т.н. "ксеноновому отравлению". В результате накопления ксенона - продукта расщепления урана - в активной зоне реактора, последний потихоньку "затухал", т.к. ксенон захватывает нейтроны, которые иначе ударили бы по урану, и тем самым естественно тормозит реакцию (как тут не подумать, что сама природа пытается нас от этого дела отвадить). Но не тут-то было: это наоборот подталкивало операторов к полному вытаскиванию всё новых и новых поглотительных стержней, что, в свою очередь, повышало опасность возникновения заметного "концевого эффекта" при их массовом введении обратно в реактор.

Ход и причины аварии

Пока реактор находился в штатном режиме, всё было нормально: даже при наличии описанных выше положительных связей в системе было достаточно устойчивости, чтобы спокойно перенести местные возмущения и продолжать спокойно работать. Но беда заключалась в том, что реактор в ту роковую ночь работал совсем не в штатном режиме: он был выведен на режим около 25-30% от полной мощности. Для этого были отключены некоторые защитные системы (в частности, и та система, которую разрабатывал мамин ОВНИИЭМ - иначе кого-нибудь только так засудили бы).

И вот тёмной ноченькой, когда мощность по так и не понятым до конца причинам вдруг упала почти до нуля, операторы стали вынимать из реактора один за другим оставшиеся стержни-поглотители, т.к. иначе реактор просто бы заглох. Так они вытянули всё, что было можно, а также и то, что было нельзя, и тем самым лишились возможности управлять реактором в сторону дальнейшего повышения его мощности. Казалось бы, ерунда. Но зная о "паровом" и "концевом" эффектах, а также о последствиях продолжающегося "отравлении" реактора ксеноном, можно уже понять, что это была совсем даже не ерунда, а мина, готовая рвануть в любой момент.

Но операторы ничего этого не знали. И вот несмотря на то, что наблюдаемые параметры работы реактора резко отличались от предусмотренных программой "эксперимента" (всего 200 МВт вместо 700 МВт, например) , в 01:23:04 ночи часть насосов стала питаться от генератора, не получавшего больше пара. Эксперимент начался.

Просуммируем картину ещё раз. Имеем:

- Реактор работает в нештатном режиме
- Мощность его необъяснимо низка
- Все стержни-поглотители вытащены
- Системы защиты частично отключены
- Воды подаётся меньше обычного, и она начинает закипать

Хочется закричать: "Стоп! Стоп!! Стоп!!!" И вот в 01:23:38 - всего через полминуты после начала "эксперимента" - кто-то действительно пытается аварийно заглушить реактор. Зачем, почему - мы уже никогда не узнаем. Но мы знаем точно, что стержни в значительном количестве начинают движение в активную зону, и в результате "концевеого эффекта", не знакомого операторам, временно повышают её энерговыделение. Вода в реакторе от этого закипает ещё сильнее, добавляя "паровой эффект", также не знакомый операторам, к "концевому".

БУМ!

Анализ аварии

Итак, что же послужило причиной аварии? На первый взгляд, всего 3 фактора:

1. Конструктивные дефекты реактора
2. Непродуманная программа "эксперимента"
3. Отсутствие квалифицированных операторов

Всё?

Нет. Остался тот самый последний ингредиент, присутствие которого неизменно превращает глупость в трагедию: молчание. Кто-то, где-то точно знал каждую из указанных выше "особенностей". Более того, это документально подтверждено. Но знание это было распределено по системе так, что знатоки конструктивных особенностей не смогли убедить инициаторов "эксперимента" в его дикой опасности; те, кто принимал решения, могли долго и безнаказанно игнорировать "знатоков"; а операторы вообще были в целом без понятия относительно того, что они творят. Присутствие всего-навсего одного здравомыслящего, информированного и обладающего авторитетом человека немедленно прекратило бы это безобразие. Увы…

Так что в этом случае победила глупость. И потому, читая все эти отчёты о техногенных катастрофах, я всё больше и больше убеждаюсь в том, что любая из них могла и должна была быть предотвращена, если бы люди не ждали, когда остаётся уже только кричать благим матом "Стоп! Стоп!! Стоп!!!" (как на баржЕ), а вместо этого тихо, спокойно, но твёрдо говорили "нет", когда грубо нарушаются элементарные правила техники безопасности.

Ссылки

Теги события:

катастрофа аэс чернобыль