Авария на Чернобыльской атомной электростанции

ПРИЧИНЫ

                        Авария подобного типа, какая произошла на Чернобыльской АЭС, так же маловероятна, как и гипотетические аварии. Причиной случившейся трагедии явилось непредсказуемое сочетание нарушений регламента и режима эксплуатации энергоблока, допущенных обслуживавшим его персоналом. В результате этих нарушений возникла ситуация, в которой проявились некоторые существовавшие до аварии и устранённые в настоящее время недостатки РБМК. Конструкторы и руководители атомной энергетики, осуществлявшие проектирование и эксплуатацию РБМК-1000, не допускали, а, следовательно, и не учитывали возможность такого количества различных отступлений от установленных и обязательных для исполнения правил, особенно со стороны тех лиц, которым непосредственно поручалось следить за безопасностью ядерного реактора.

            День 25 апреля 1986 года на 4-ом энергоблоке Чернобыльской атомной электростанции планировался как не совсем обычный. Предполагалось остановить реактор на планово-предупредительный ремонт. Но перед заглушением ядерной установки необходимо было провести ещё и некоторые эксперименты, которые наметило руководство ЧАЭС.

            Перед остановкой были запланированы испытания одного из турбогенераторов в режиме выбега с нагрузкой собственных нужд блока. Суть эксперимента заключается в моделировании ситуации, когда турбогенератор может остаться без своей движущей силы, то есть без подачи пара. Для этого был разработан специальный режим, в соответствии с которым при отключении пара за счёт инерционного вращения ротора генератор какое-то время продолжал вырабатывать электроэнергию, необходимую для собственных нужд, в частности для питания главных циркуляционных насосов.

            Остановка реактора 4-го энергоблока планировалась днём 25 апреля, следовательно, к испытаниям готовился другой, не ночной персонал. Именно днём на станции на станции находятся руководители, основные специалисты, и, значит, есть возможность осуществить более надёжный контроль за ходом экспериментов. Однако здесь случилась “неувязка”. Диспетчер “Киевэнерго” не разрешил останавливать реактор в намеченное на ЧАЭС время, так как в единой энергосистеме не хватало электроэнергии из-за того, что на другой электростанции неожиданно вышел из строя энергоблок.

            Качество программы испытаний, которая не была должным образом подготовлена и согласована, оказалось низким. В ней был нарушен ряд важнейших положений регламента эксплуатации. Помимо того, что в программе, по существу, не были предусмотрены дополнительные меры безопасности, ею предписывалось отключение системы аварийного охлаждения реактора (САОР). Подобное вообще делать нельзя. Но тут сделали. И мотивировка была. В ходе эксперимента могло произойти автоматическое срабатывание САОР, что помешало бы завершению испытаний в режиме выбега. В результате много часов 4-й реактор эксплуатировался без этого очень важного элемента системы безопасности.

            25 апреля в 8 часов происходила пересменка, общестанционное селекторное совещание, которое обычно ведут директор или его заместитель.

            В тот раз было сообщено, что на 4-м блоке идёт работа с недопустимо малым с точки зрения правил безопасности числом стержней-поглотителей.

            Уже ночью это привело к трагедии. А вот утром, когда все предписания требовали срочно остановить реактор, руководство станции разрешило продолжать его эксплуатацию.

            Тут должны были вмешаться и пресечь подобные действия представители группы Госатомэнергонадзора, которая работала на ЧАЭС. Но именно в этот день никого из сотрудников этой организации не было, если не считать руководителя, который заходил на короткое время, не успев и выяснить, что происходит, что планируется на 4-м энергоблоке. А все работники надзора, оказывается, в рабочее время в приказном порядке были отправлены   в поликлинику, где они весь день проходили медкомиссию. Таким образом, 4-й энергоблок остался и без защиты со стороны Госатомэнергонадзора.

            После аварии специалисты тщательно проанализировали всю предыдущую работу коллектива Чернобыльской АЭС. К сожалению, картина оказалась не столь радужной, как её представляли. Здесь и прежде допускались грубые нарушения требований ядерной безопасности. Так, с 17 января 1986 года до дня аварии на том же 4-м блоке 6 раз без достаточных на то оснований выводились из работы системы защиты реактора. Выяснилось, что с 1980 по 1986 годы 27 случаев отказа в работе оборудования вообще не расследовались и остались без соответствующих оценок.

            На ЧАЭС не было учебно-методического центра, не существовало эффективной системы профессионально-технического обучения, что подтвердилось событиями ночи с 25 на 26 апреля. В момент аварии на 4-м энергоблоке оказалось немало “лишних” людей. Кроме тех, кто был непосредственно задействован в проведении испытаний, тут оказались и другие работники станции, в частности из предыдущей смены. Они остались по личной инициативе, желая самостоятельно поучиться тому, как останавливать реактор, проводить испытания. Необходимо отметить, что в системе Минэнерго СССР не существовало и тренажёра для подготовки операторов РБМК.

            В ядерной энергетике особое значение имеют профессиональные экзамены. Но на ЧАЭС они принимались не всегда достаточно компетентной комиссией. Руководители, которые должны были её возглавлять, самоустранились от своих обязанностей. Не всё ладилось и с производственной дисциплиной.

            Испытания на турбогенераторе №8 подготовили плохо. Если точнее, преступно плохо. Тем более что на одно и то же время были запланированы совершенно разные по задачам и методикам проведения испытания турбины — на вибрацию и “на выбег”.

            Причины аварии на ЧАЭС, её развитие исследовались ведущими учёными и специалистами с использованием данных о состоянии реактора и его систем перед аварией, математических моделей энергоблока   и его реакторной установки и электронно-вычислительной техники. В итоге удалось восстановить ход событий, сформулировать версии о причинах и развитии аварии.

АВАРИЯ

            25 апреля 1986 года ситуация развивалась следующим образом:                                                            

            1 час 00 минут — согласно графику остановки реактора на планово - предупредительный ремонт персонал приступил к снижению мощности аппарата, работавшего на номинальных параметрах.             

            13 часов 05 минут —   при тепловой мощности 1600 МВт отключён от сети турбогенератор №7, входящий в систему 4-го энергоблока. Электропитание собственных нужд (главные циркуляционные насосы и другие потребители) перевели на турбогенератор №8.

            14 часов 00 минут — в соответствии с программой испытаний отключается система аварийного охлаждения реактора. Поскольку реактор не может эксплуатироваться без системы аварийного охлаждения, его необходимо было остановить. Однако диспетчер “Киевэнерго” не дал разрешения на глушение аппарата. И реактор продолжал работать без САОР.

            23 часа 10 минут — получено разрешение на остановку реактора. Началось дальнейшее снижение его мощности до 1000—700 МВт (тепловых), как и предусматривалось программой испытаний. Но оператор не справился с управлением, в результате чего мощность аппарата упала почти до нуля. В таких случаях реактор должен глушиться. Но персонал не посчитался с этим требованием. Начали подъём мощности.

            В 1 час 00 минут 26 апреля персоналу, наконец, удалось поднять мощность реактора и стабилизировать её на уровне 200 МВт (тепловых) вместо 1000—700, заложенных в программе испытаний.

            В 1 час 03 минуты и 1 час 07 минут—к шести работающим главным циркуляционным насосам дополнительно подключили ещё два, чтобы повысить надёжность охлаждения активной зоны аппарата после испытаний.

            Подготовка к эксперименту.

1 час 20 минут (примерно – по математической модели)—стержни автоматического регулирования (АР) вышли из активной зоны на верхние концевики, и оператор даже помогал этому с помощью ручного управления. Только так удалось удержать мощность аппарата на уровне 200 МВт (тепловых). Но какой ценой? Ценой нарушения строжайшего запрета работать на реакторе без определённого запаса стержней—поглотителей нейтронов.

            1 час 22 минуты 30 секунд—по данным распечатки программ быстрой оценки состояния, в активной зоне находилось всего шесть–восемь стержней. Эта величина примерно вдвое меньше предельно допустимой, и опять реактор требовалось заглушить.

            1 час 23 минуты 04 секунды — оператор закрыл стопорно-регулирующие клапаны турбогенератора №8. Подача пара на него прекратилась. Начался режим выбега. В момент отключения второго турбогенератора должна была бы сработать ещё одна автоматическая защита по остановке реактора. Но персонал, зная это, заблаговременно отключил её, чтобы, по-видимому, иметь возможность повторить испытания, если первая попытка не удастся.

            В ситуации, возникшей в результате нерегламентированных действий персонала, реактор попал (по расходу теплоносителя) в такое состояние, когда даже небольшое изменение мощности приводит к увеличению объёмного паросодержания, во много раз большему, чем при номинальной мощности. Рост объёмного паросодержания вызвал появление положительной реактивности. Колебания мощности в конечном итоге могли привести к дальнейшему её росту.

            1 час 23 минуты 40 секунд — начальник смены 4-го энергоблока, поняв опасность ситуации, дал команду старшему инженеру управления реактором нажать кнопку самой эффективной аварийной защиты (АЗ-5). Стержни пошли вниз, однако через несколько секунд раздались удары, и оператор увидел, что поглотители остановились. Тогда он обесточил муфты сервоприводов, чтобы стержни упали в активную зону под воздействием собственной тяжести. Но большинство стержней-поглотителей так и осталось в верхней половине активной зоны.

            Ввод стержней, как показали позже специальные исследования, начавшийся после нажатия кнопки АЗ, при создавшемся распределении потока нейтронов по высоте реактора оказался неэффективным и также мог привести к появлению положительной реактивности.

            Произошёл взрыв. Но не ядерный, а тепловой. В результате уже названных причин в реакторе началось интенсивное парообразование. Затем произошёл кризис теплоотдачи, разогрев топлива, его разрушение, бурное вскипание теплоносителя, в который попали частицы разрушенного топлива, резко повысилось давление в технологических каналах. Это привело к тепловому взрыву, развалившему реактор.

            Снижение мощности реактора, как уже было сказано, началось в 1 час 00 минут 25 апреля. Затем этот процесс остановили по требованию диспетчера энергосистемы. И продолжение работы по снижению мощности вновь началось в 23 часа 10 минут.

            Рассмотрим, какие опасные процессы происходили в активной зоне за эти 22 часа. Прежде всего, необходимо отметить, что в ходе цепной реакции образуется целый спектр химических элементов. При делении ядер урана появляется йод, имеющий период полураспада около семи часов. Затем он переходит в ксенон-135, обладающий свойством активно поглощать нейтроны.

            Ксенон, который иногда называют “нейтронным ядром”, имеет период полураспада около девяти часов и постоянно присутствует в активной зоне реактора. Но при нормальной работе аппарата он частично выгорает под воздействием тех же нейтронов, поэтому практически количество ксенона сохраняется на одном уровне.

            А при снижении мощности реактора и соответственно ослаблении нейтронного поля количество ксенона (за счёт того, что его выгорает меньше) увеличивается. Происходит так называемое “отравление реактора”. При этом цепная реакция замедляется, реактор попадает в глубоко подкритичное состояние, известное под названием “йодной ямы”. И пока она не пройдена, то есть “нейтронный яд” не распадётся, ядерная установка должна быть остановлена. Попадание аппарата в “йодную яму” происходит при провале мощности реактора, что и случилось на 4-м энергоблоке ЧАЭС 25 апреля 1986 года.

            Ксенон понизил мощность аппарата, и для поддержания его “дыхания” потребовалось вывести из активной зоны большое количество стержней СУЗ, которые также поглощают нейтроны. Таким образом, стремление персонала, несмотря ни на что, провести эксперимент вступило в противоречие с требованиями регламента.

СРАЗУ ПОСЛЕ АВАРИИ

            Взрывы в 4-м реакторе ЧАЭС сдвинули со своего места металлоконструкции верха реактора, разрушили все трубы высокого давления, выбросили некоторые регулирующие стержни и горящие блоки графита, разрушили разгрузочную сторону реактора, подпиточный отсек и часть здания. Осколки активной зоны и испарительных каналов упали на крышу реакторного и турбинного зданий. Была пробита и частично разрушена крыша машинного зала второй очереди станции.

            Несмотря на взрывы, все три оставшихся блока продолжали действовать. Не был повреждён даже 3-й реактор, который технически тесно связан с аварийной ядерной установкой.

            Вместе с тем возникла ситуация, при которой следовало остановить все реакторы. 3-й блок остановили в 5 часов 26 апреля. 1-й и 2-й блоки заглушили соответственно в 1 час 13 минут и 2 часа 13 минут 27 апреля 1986 года. Все аппараты затем были подготовлены к длительной стоянке в холодном состоянии, а оборудование станции после аварии перевели в положение холодного резерва.  

ПОСЛЕДСТВИЯ

            Выброс радионуклидов (вид неустойчивых атомов, которые при самопроизвольном превращении в другой нуклид испускают ионизирующее излучение — это и есть радиоактивность) за пределы аварийного блока ЧАЭС представлял собой растянутый во времени процесс, состоявший из нескольких стадий.

            27 апреля 1986 года высота загрязнённой радионуклидами воздушной струи, выходящей из повреждённого энергоблока, превышала 1200м, уровни радиации в ней на удалении 5-10 км от места аварии составляли 1000 мР/ч.

            Специалисты рассчитали суммарный выброс продуктов деления (без радиоактивных благородных газов). Он составил 50 МКи, что примерно соответствует 3,5 % общего количества радионуклидов в реакторе на момент аварии.

            К 6 мая 1986 года выброс радиоактивности в основном завершился.

            Первоначально распространение радиоактивного загрязнения воздушных потоков происходило в западном и северном направлениях, в последующие два-три дня — в северном, а с 29 апреля 1986 года в течение нескольких дней — в южном направлении (в сторону Киева).

            Загрязнённые воздушные массы распространились затем на значительные расстояния по территории БССР, УССР, РСФСР, а также за пределами Советского Союза.

            Через 15 дней после аварии уровень гамма-фона в 5 мР/ч был зафиксирован на расстоянии 50-60 км к западу и 35-40 км к северу от ЧАЭС. В Киеве уровни радиации в мае 1986 года достигали нескольких десятых миллирентгена в час.

            Радиоактивному загрязнению в значительной мере подверглись Гомельская и Могилёвская области БССР, Районы Киевской и Житомирской областей УССР, примыкающие к 30-километровой зоне вокруг ЧАЭС, часть Брянской области РСФСР. Эти территории составляют ныне так называемую зону жёсткого контроля. Всего же в той или иной степени оказались загрязнёнными радионуклидами 11 областей СССР, в которых проживает 17 миллионов человек.

            Учёные выделили в выбросах из аварийного реактора 23 основных радионуклида. Большая часть из них распалась в течение нескольких месяцев после аварии и опасности уже не представляет. В первые минуты после взрыва и образования радиоактивного облака наибольшую угрозу для здоровья людей представляли изотопы так называемых благородных газов. Атмосферные условия, сложившиеся в районе ЧАЭС в момент аварии, способствовали тому, что радиоактивное облако прошло мимо г. Припяти и постепенно рассеялось в атмосфере, теряя свою активность. В дальнейшем серьёзную тревогу врачей вызывали выпавшие на землю короткоживущие радиоактивные компоненты, в первую очередь йод-131. Несмотря на то, что период его полураспада, а, следовательно, и нейтрализации угрожающих свойств менее восьми суток, он обладает большой активностью и опасен тем, что передаётся по пищевым цепям, быстро усваивается человеком и накапливается в организме. В связи с этим вводились ограничения на употребление некоторых пищевых продуктов (например, молока), проводилась йодная профилактика. Кроме того, всем находившимся в наиболее опасной зоне предъявлялось требование об обязательном использовании респираторов.

            После распада большей части радиоактивного йода внимание радиохимиков и медиков привлек, прежде всего, плутоний. Он не столь радиоактивен, однако долгоживущ. Его накопление даже в малых дозах — опасно для лёгких.

            В результате исследований выяснилось, что протяжённость зон с повышенной концентрацией плутония была незначительной, а химические формы и размеры частиц, в которых он оказался, легко задерживался респираторами.

              Следующей проблемой стали уже долгоживущие изотопы стронция и цезия, особенно цезий-137. Их наличие на той или иной территории сегодня вызывает необходимость проведения дополнительных дезактивационных работ, а также определяет решение вопросов реэвакуации населения, его проживания в определённых районах, сельскохозяйственных работ режима питания людей и других проблем.

ПРЕДПРИНЯТЫЕ   МЕРЫ

            Меры безопасности, принятые в г. Припяти, оказавшемся в 30-километровой зоне, основывались на “Критериях для принятия решения по защите населения в случае аварии атомного реактора”, разработанных и опубликованных учёными ещё в 1963 году. Их два.

            Первый критерий для принятия мер безопасности (критерий “А”) определяется уровнем внешнего облучения до 25 бэр и общим облучением щитовидной железы в 30-250 бэр. В случае, если прогнозируемая доза облучения не достигает этих уровней или близка к ним, никаких особых мероприятий, кроме йодной профилактики и соблюдения рекомендаций общегигиенического характера, не требуется.                   

            При уровне внешнего облучения от 25 до 75 бэр (критерий “Б”) проводятся мероприятия, связанные с профилактикой, укрытием населения в зависимости от местных условий. Крайним решением может быть эвакуация. Но её проведение становится обязательным, лишь когда прогнозируется доза внешнего гамма-облучения больше 75 бэр.

             Ситуация   в Припяти была такова, что уровни радиации достигли критерия “А”, но не достигли критерия “Б”. Прогноз свыше 50 бэр вообще отсутствовал. Следовательно, с юридической точки зрения город в тот момент можно было и не эвакуировать. Почему всё-таки было принято такое решение? Потому, что в результате аварии на ЧАЭС произошёл не крупный разовый выброс активности (возможные последствия которого были рассчитаны наукой заранее), а выброс активности, растянутый во времени.

            В других местах, над которыми даже и прошло радиоактивное облако, оснований для эвакуации и больших тревог не было, рекомендовались лишь меры защиты по критерию “А”.

            Первоочередной задачей по ликвидации последствий аварии было осуществление комплекса работ, направленного на прекращение выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду из разрушенного реактора. С помощью военных вертолётов очаг аварии забрасывался теплоотводящими и фильтрующими материалами, что позволило существенно снизить, а затем и прекратить выброс радиоактивности в окружающую среду. Проводились также специальные мероприятия по предотвращению попадания радиоактивных веществ из разрушенного реактора в грунт под зданием 4-го энергоблока.

            Важным этапом этой работы стало сооружение укрытия над разрушенным реактором с целью обеспечения нормальной радиационной обстановки на окружающей территории и в воздушном пространстве.

            В целях предупреждения распространения радиоактивности через подземные и поверхностные воды в районе Чернобыльской АЭС был создан комплекс защитных и гидротехнических сооружений.

            Благодаря дезактивации внутренних помещений ЧАЭС их радиационная загрязнённость понижена до обычных норм при обслуживании атомных электростанций.

            На основной части территории станции уровни радиации составляли (осень 1988г.) от 1 до 7 мР/ч, у административно-бытового корпуса, куда прибывает персонал, – 0,5-0,7 мР/ч.   Концентрация аэрозолей на территории АЭС находится в пределах допустимой нормы для атомных станций.

            За два года после аварии на ЧАЭС различные ведомства, ответственные за радиационную обстановку в стране, за медицинские аспекты аварии, получили огромный массив данных — миллионы исследований дозиметрического, радиометрического, спектрометрического характера, которые позволили получить всеобъемлющую информацию об обстановке как на самой атомной станции, так и в других районах.

            В целом радиационная обстановка в 1988 году стабилизировалась, так как к этому времени в основном распались короткоживущие радионуклиды и радиационный фон на территориях, расположенных за пределами 30-километровой зоны, определялся долгоживущими радионуклидами цезия-137.

            Общий фон гамма-излучений в Киеве составлял в середине 1988 года от 0,035 мР/ч в правобережных районах до 0,045 мР/ч в левобережных. Уровни эти абсолютно безопасны. Не превышает таких пределов радиационный фон и в других крупных городах, находящихся в радиусе 100-200 км от района аварии.

            Более сложной является радиационная обстановка в зоне жёсткого контроля.

Радиационное загрязнение здесь неравномерно. Под влиянием погодных условий (дождей, направления и силы ветра) в период прохождения радиоактивного облака, образовавшегося при аварии на ЧАЭС, в этой зоне сформировались отдельные пятна цезия-137 (так называемые цезиевые пятна).

            В настоящее время в зоне жёсткого контроля продолжается дезактивация наиболее загрязнённых участков и осуществляются мероприятия по защите населения от внешнего и внутреннего радиоактивного облучения. Приняты меры, обеспечивающие регламентацию облучения жителей зоны на длительную перспективу в соответствии с нормами радиационной безопасности, действующими в районах размещения атомных станций. Население зоны информируется о конкретной радиационной обстановке в районах его проживания.

            Первые оперативные меры Политбюро ЦК КПСС и Правительство приняли буквально через несколько часов после аварии на ЧАЭС. С тех пор вопросы ликвидации последствий аварии находились под контролем партийных и государственных органов.

            Предусматривались серьёзные меры материальной помощи населению, пострадавшему   в результате аварии. В частности, выделялись средства на единовременные пособия, приобретение одежды и других предметов первой необходимости для переселяемых граждан, на оплату их питания и проезда.

                        В октябре 1986 года вновь заработал 1-й энергоблок, а в ноябре того же года — 2-й. И оба вышли на проектную нагрузку 1 миллион кВт. 4 декабря 1987 года в 14 часов 28 минут был включён в сеть 3-й энергоблок. 4-й реактор в октябре 1986 года был запечатан в “Укрытие”, так называемый “Саркофаг”.

УРОКИ НА БУДУЩЕЕ

            Были составлены и реализованы планы по повышению безопасности АЭС с реакторами РБМК и сводные мероприятия по повышению надёжности и безопасности действующих и сооружаемых атомных станций с реакторами РБМК и ВВЭР. С учётом анализа причин аварии пересмотрена нормативно-техническая документация по АЭС, внесены определённые изменения в общие положения обеспечения безопасности атомных станций и правила ядерной безопасности, уточнены действующие и разрабатываются новые стандарты и технические условия на оборудование, изделия, материалы, приборы и средства автоматизации, поставляемые на атомные станции. Разработаны и осуществляются меры по повышению технического уровня, надёжности и качества изготавливаемого оборудования для АЭС, совершенствованию его конструкций и технологии производства. Проведена переподготовка и аттестация эксплуатационного персонала всех действующих атомных станций. Тематика обучения разработана с учётом анализа причин аварии на Чернобыльской АЭС и необходимости повышения уровня знаний оперативным персоналом требований по ядерной, радиационной и пожарной безопасности. Внесены изменения и дополнения в технологические регламенты и инструкции по эксплуатации АЭС.

            Атомная энергетика, испытав тяжёлый урок Чернобыля, продолжает развиваться, максимально обеспечивая безопасность и надёжность!

                                          ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

“Чернобыль: события и уроки” Под ред. Е. И. Игнатенко, М., 1989

В. С. Губарев “Зарево над Припятью”, М., 1987