Ровно 27 лет и 12 дней назад на Чернобыльской атомной электростанции случилась одна из крупнейших техногенных катастроф в истории. Как же это произошло?
К середине 1980-х на территории СССР работали 16 АЭС, и Чернобыльская была одной новейших и самых мощных. Она располагалась на Украине, близ границы с Белоруссией, в 18 км от городка Чернобыль и в 110 км от Киева. ЧАЭС включала 4 энергоблока мощностью 1000 МВт каждый. «Тот самый» 4-й блок был введен в эксплуатацию последним, всего за 3 года до аварии.
Теперь стоит вкратце разъяснить, на каких принципах работает любая атомная электростанция. Подробно мы рассказывали об этом в статье «Мирный атом», здесь же разъясним лишь то, что требуется для понимания механизма трагедии.
Электричество вырабатывает вращающийся генератор, который приводится в действие турбиной. В свою очередь, турбину вращает давление мощной струи водяного пара, который образуется из воды в реакторе – так называемом «сердце станции». Именно в реакторе – внушительном, окруженном мощным слоем защиты вертикальном цилиндре – протекает контролируемая ядерная реакция.
В ходе ее атомы топлива, урана-235, взаимодействуя со свободными нейтронами, распадаются на части. При этом из них выбиваются новые нейтроны, которые, в свою очередь, вступают в реакцию с новыми атомами урана-235. Такая реакция называется цепной, поскольку каждый ее шаг порождает следующий. При этом выделяется огромное количество тепла, которое и используется для превращения воды в пар.
Чтобы реакция шла эффективнее, нейтроны необходимо замедлить, иначе они просто «улетят» из активной области. Для этого используются стержни замедлителя (графита), которые вставляются в реактор - иногда (как на ЧАЭС) графитовой является сама кладка реактора. Есть в реакторе и другие стержни.
Во-первых, это стержни защиты и управления, призванные ослаблять ход реакции, если она пойдет слишком активно и возникнет опасность перегрева реактора, или наоборот, «отпускать» ее. Для этого стержни защиты вставляются глубже в каналы реактора, или вынимаются из нее – это может происходить в автоматическом, либо в «ручном» режиме управления. Такие стержни состоят из бора, который отлично поглощает нейтроны и способен быстро остановить цепную ядерную реакцию.
Во-вторых, это стержни, которые служат тепловыделяющим элементом: они, раскаляясь, превращают воду в пар, сами при этом охлаждаясь. Эти стержни представляют собой сложное сочетание циркония и урана.
На энергоблоках ЧАЭС работали реакторы РБМК-1000 («Реактор большой мощности канальный 1000 МВт»). Собственно, все, описанное выше, происходит в т.н. активной зоне реактора, остальная его часть – заполненный водой стальной бак, защитные плиты и дополнительные экраны – предназначены для безопасности.
Сам энергоблок, помимо того, включает циркуляционные насосы, подающие снизу в реактор воду. Сверху из него выходит мощная струя пароводяной смеси, которая разделяется на пар и воду в барабанах-сепараторах. Лишь теперь чистый (и очень горячий) пар поступает на турбины.
Пар, который таким образом привел во вращение ротор генератора, не удаляется из системы. Он передается в емкость конденсатора, где снова охлаждается, становится жидкой водой и может использоваться в новом цикле.
Что же случилось на ЧАЭС? Основная версия такова (сразу скажем, что в деталях произошедшего много неясного, о чем специалисты до сих пор спорят, мы говорим о процессе лишь популярно и в общих чертах).
На станции должна была пройти плановая остановка 4-го энергоблока для техобслуживания. Эту возможность было решено использовать, чтобы провести «небольшой эксперимент». Он состоял в том, чтобы, используя инерцию вращения («выбег») одного из генераторов (8-го), посмотреть, сможет ли он вырабатывать электричества достаточно, чтобы поддерживать функциональность самой станции в таком режиме остановки и при отсутствии внешних источников питания (злые языки добавляют – «на случай ядерной войны»).
В ночь на 26 апреля 1986 г. началась подготовка к остановке реактора и к проведению эксперимента. По плану, все должно было происходить при сниженной до 700 тепловых МВт мощности реактора. Но –
Первый шаг к аварии. Как считается, по ошибке оператора – мощность не снизилась, а прямо-таки упала до 30 МВт и ниже. Тогда решили не ждать подъема до 700 и ограничиться для эксперимента величиной 200 МВт. При этом–
Второй шаг к аварии – началось так называемое «ксеноновое отравление» реактора (иначе – «йодная яма»). Это накопление короткоживущего изотопа йода-135 и продукта его распада – изотопа ксенона-135. Само по себе это неопасно и всегда случается при снижении мощности или остановке реактора, и снижает его производительность. Кстати, именно из-за этого выходную мощность АЭС стараются всегда поддерживать постоянной. Мощность надо было поднимать, и тогда –
Третий шаг к аварии. Чтобы стимулировать реакцию, извлечены некоторые поглощающие стержни защиты. Мощность стабилизировалась на выбранном уровне 200 МВт. Теперь можно было начинать эксперимент. Ток, который вырабатывает «выбег генератора», было решено подать на резервные насосы, в дополнение к 6-ти основным подающие воду в реактор. Для этого –
Четвертый шаг к аварии. Включены резервные насосы, что привело к повышению тока воды через активную зону и, как следствие, к ее ускоренному охлаждению. Парообразование в реакторе резко снизилось, давление в барабанах-сепараторах упало. Чтобы поддержать мощность пришлось –
Пятый шаг к аварии. Извлечь еще часть стержней с поглотителем. Теперь, в 1:23:04 начался эксперимент. При подготовке к нему было уже сделано 5 шагов к трагедии. Но пока об этом никто не знал.
Насосы, подключенные к постепенно замедляющемуся «выбегающему» генератору, постепенно снижали обороты. Ток воды через реактор снижался, уровень парообразования и давление нарастали. Реакция набирала мощности, но до поры система управления в автоматическом режиме справлялась с ней, когда –
Шестой шаг к аварии. 36 секунды спустя оператор включил аварийную защиту. Причины этого действия до сих пор окончательно неясны, и останавливаться на них мы не будем. Скажем только, что система отреагировала, как положено: стержни защиты стали погружаться в активную зону реактора.
Но было уже поздно, они не смогли справиться с возросшей мощностью. Тогда был дан сигнал на включение максимальной защиты. Все защитные стержни были брошены вниз, но шести шагов было уже достаточно. Как говорил тогдашний генсек, «процесс пошел» –
Первый шаг аварии. Циркониевые тепловыделяющие стержни от температуры деформировались и разрушили каналы, в которых находились. Поглощающие стержни не смогли полностью погрузиться в свои каналы и заблокировались, войдя в них на пару метров. В это время –
Второй шаг аварии. Перегретая вода и пар из разрушенных каналов пошли в пространство самого реактора. Тепловая мощность реактора выросла «до неизвестной величины» (все контролирующие приборы просто зашкалило). И моментально –
Третий шаг аварии. Пар стал разлагаться на водород и кислород, образовав гремучую смесь. Она моментально взорвалась, сорвав металлоблочную плиту, которая защищает реактор сверху, и разрушив все технологические каналы.
Четвертый шаг аварии. От начала эксперимента до этого момента не прошло и минуты. Взрыв разгерметизировал реактор, высвободил ядерное топливо и накопившиеся за время его работы отходы, и выбросил их в атмосферу.
Дальнейшее – и героическая борьба с последствиями, и кропотливое расследование, и создание Объекта «Укрытие» - саркофага, накрывшего 4-й реактор, и сегодняшнее состояние местности – тема отдельной и большой статьи. Но краткая заметка о ходе самой аварии на этом закончена.
