Евгений Гашо. Трава полынь. Черная быль: 33 года и 333 небылицы. Часть 1

Главный редактор
By Главный редактор Июнь 19, 2019 22:17

Евгений Гашо. Трава полынь. Черная быль: 33 года и 333 небылицы. Часть 1

Первая из трех частей комментария Евгения Гашо к 33 годовщине аварии на Чернобыльской АЭС и выходу сериала «Чернобыль» от HBO.

Е.Г. Гашо не нужно представлять многим читателям Energoatlas.ru. Это наш давний автор, известный специалист в области энергосбережения, теплоснабжения, НДТ, доктор технических наук, преподаватель НИУ МЭИ. Он в составе отряда «Дозиметрист-86» Московского энергетического института летом 1986-го года участвовал в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Естественно, сразу после выхода в сети микро-сериала «Чернобыль» он попросил администрацию сайта разместить свой комментарий к сериалу.

Комментарий разбит на три блока – технический (от лица ученого), организационный (от лица ликвидатора) и социальный (от лица гражданина). В приложениях к каждому блоку есть дополнительные материалы – статьи, презентации, ссылки на интересную литературу по Чернобыльской проблематике.

 

Преамбула – чего ради ворошить прошлое…

Время меняется, время летит стремглав, и мы порой совсем не чувствуем его неумолимого хода, титанических перемен вокруг нас, смены эпох. Вроде работа и семья день за днем, привычные пейзажи и суета вокруг, как вдруг что-то яркое проносится (да, как тот самый Уральский метеорит…) и мир меняется, привычная система координат уже не спасает, нужны новые реперные точки, пере-оценки ценностей, анализ, ориентиры…

Так и Чернобыльская авария.. — столько всего перевернула, столько вызвала «цепных реакций» в технике, экономике, обществе.. Брошены почти готовые Воронежская и Горьковская станции теплоснабжения, Крымская АЭС…, останавливаются начатые стройки, засыпаются назад котлованы, радиофобия активно распространяется по стране… на самом деле всех последствий в полной мере никто не проанализировал… И страна, в конце концов распалась, и совсем не последнюю роль сыграл в этом Чернобыль. Мутантов и миллионов погибших от лейкемии, правда не случилось, да и зона неожиданно восстановилась, очистившись от …людей.

… И это не разбор, не оценка, не упрек, не рецензия… это скорей размышление – вместе с тобой, мой дорогой читатель – немного о самой аварии (раз уж такой повод), так и о «кино про это»…

Кино-фэнтэзи не имеет смысл разбирать и анализировать, ему можно верить (ну как хоббитам и Фродо из «Властелина колец»), сопереживать, пересматривать, ждать новых серий (привет «Игре престолов»!). Это вроде как за пределами рационального, но затягивает, заставляет сопереживать не на шутку. Почему веришь Фродо и хоббитам? Потому что все – сюжет, поведение героев природа и антураж слились в органическом целом. События не в Антарктиде, где весь народ бы замерз в первой серии, сюжет имеет многоплановую логику, эмоции оправданы и органичны, геройство и предательство замешаны в привычных пропорциях, ничего не нарушает гармонию… даже ждем продолжения про молодого Арагорна, интересно же..

В майских сериях «про Чернобыль» невероятная мешанина, путаница, натяжки, несуразицы и передергивания… Но самое невероятное во всей этой истории – это не кино, а отклики, невероятная популярность и «ах, как все достоверно!..». И это дорогого стоит. С одной стороны, терабайты кино-мусора и фальши на всех голубых экранах (кроме кстати, ряда Азиатских стран, где следят «за базаром»), с другой стороны – такое уж нетривиальное событие на экране. Не событие даже – целая эпопея – от нажатия кнопки злополучной кнопки «АЗ-5» до суда и далее…

А в чем же перво-причина, подоплека такого неожиданного сопереживания цветному кино-мусору (да, первоклассно снятому)!? Может еще и в том, что как тогда в 1986-м году, тысячи и тысячи людей добровольцами стремились в Киевскую область, сдавали кровь, деньги, делились вещами..?

Но если у этого резонанса хотя бы частично корни того невероятного советского сопереживания трагедии, то… тем более нужно и важно пройтись по ключевым моментам, отстраниться от эмоций.. – пусть и непросто будет ворошить события 33-летней давности.

Уже вернувшись после поездки в зону, с конца августа 1986-го, мы пристально следили за тем, как достраивали саркофаг, за хроникой событий, за всеми статьями и книгами, пьесами и репортажами, научными обзорами и картами распространения последствий. Много событий «срезонировало» от 26 апреля 1986-го, очень много, не так просто даже перечислить. Все связано, начинать придется с самого начала…

Но это сейчас – 15, 20, 30 лет спустя все видно совсем по-другому. Другой опыт, другая информация, да и сами-то мы уже поди куда старше. Поэтому наберитесь немного терпения, друзья мои. У нас тоже будет небольшой сериал, но чуть попроще…))

 

Часть 1. Ночь 26 апреля 1986-го… Предпосылки и особенности аварии

…33 года прошло. Версий, домыслов и слухов за это время сосчитать невозможно. Время все равно расставит все по местам. Помню – тогда, в июле жаркого 86-го мы спрашивали эксплуатационников – почему же все-таки стало возможным такое катастрофическое развитие событий на 4-м блоке? Отмалчивался народ; слишком мало было известно тогда, летом 86-го…

В конце года появилась первая серьезная версия для сессии МАГАТЭ, ее публиковали профессиональные журналы. Ошибки персонала, стечение обстоятельств, усиленные некоторыми конструктивными особенностями реактора РБМК. Ясное дело – эксплуатационники кивали на конструкторов, а те – на работников АЭС. Ну и кроме этого – много другого – разломы, землетрясения, диверсии и «сглазы».

С одной стороны – все просто – если раскаленный реактор перестать охлаждать, то скорей всего он когда-нибудь расплавится. С другой – что же явилось окончательным «спусковым крючком» аварии? Может, и в самом деле – подземный толчок или какой-нибудь разлом?… Серьезные исследования разрушенного блока в исключительно сложных радиационных условиях сразу после аварии были чрезвычайно затруднены, и только спустя десятилетие, полтора… анализы, акты, отчеты начали складываться в целостную картину. Колоссальную работу по выяснению полной картины аварии проделали специалисты «Курчатовского института» Анатолий Киселев и Константин Чечеров. Итоги этой работы, которые приводят к поистине сенсационным выводам, опубликованы в Бюллетене Центра общественной информации по атомной энергии (№№ 10-11, 2001 г.), недавно появилась и небольшая книга К.Чечерова – «Немирный атом Чернобыля».

 

 

Особенности РБМК

Реактор РБМК-1000 — это реактор канального типа, замедлитель нейтронов — графит, теплоноситель — обычная вода. Топливная кассета набирается из 36 ТВЭЛов по три с половиной метра длиной. ТВЭЛы с помощью дистанционирующих решеток, закрепленных на центральном несущем стержне, размещаются на двух окружностях: на внутренней 6 штук и на внешней 12 штук.

Каждая кассета состоит из двух ярусов по высоте. Таким образом, активная зона имеет высоту семь метров. Каждый ТВЭЛ набирается из таблеток UO2, размещенных в герметичной трубе из сплава циркония с ниобием. В отличие от корпусных реакторов, где все топливные кассеты располагаются в общем корпусе, рассчитанном на полное рабочее давление, в реакторе РБМК каждая кассета размещена в отдельном технологическом канале, представляющем собой трубу диаметром 80 мм.

Активная зона реактора РБМК высотой 7 и диаметром 11,8 м набрана из 1888 графитовых колонн с центральными отверстиями каждая, куда установлены каналы. Из этого числа 1661 — технологические каналы с топливными кассетами, остальные — каналы СУЗ, где размещены 211 поглощающих нейтроны стержней и 16 датчиков контроля.

 

Весьма затруднительно пересказать серьезную насыщенную работу, снабженную соответствующими графиками и диаграммами в кратком обзоре, и тем, кто хочет разобраться в этом сам, нужно найти эту статью, тем более, что в ней ссылки еще на полсотни других публикаций. Но несколько важных мыслей, с которыми трудно не согласиться, все же можно выделить.

Прежде всего – в «саркофаге», в шахте реактора практически не осталось топлива. Всего не более 9-13% от первоначальной загрузки. Это несколько десятков технологических каналов из 1659, пыль и аэрозоли, и лавообразная топливосодержащая масса, застывшая в помещениях блока. Далее – в лаборатории исследовали фрагмент нижней части активной зоны, который был найден… на крыше 4-го блока. Конфигурации застывшей лавообразной массы свидетельствуют об их довольно резком охлаждении после плавления, примерно в течение 8-10 сек.

По дальности разлета некоторых фрагментов активной зоны в 1200-1600 м, можно было оценить, что скорость, с которой они «покинули» реактор, составляет около 250-370 м/с, а ускоряющее давление – 150-220 МПа (около 1600-2300 атмосфер). На кровле были обнаружены раздутые и разорванные внутренним давлением оболочки твэлов (тепловыделяющих элементов), для разрушения которых необходимо, как минимум, все то же давление порядка 200-700 МПа.

Результаты ретроспективного анализа направления и величины смещения железобетонного каркаса здания позволили оценить положение в пространстве очага взрыва: на высоте примерно 55-65 м. над уровнем земли (25-30 м. над полом центрального зала). Речь идет уже о втором взрыве, который произошел через 15-20 сек. после первого.

Для того, чтобы поднять на такую высоту активную зону, потребовалось не более 0,1 % запасенной в теплоносителе энергии, а истечение ее противотоком через разорванные технологические каналы по давлением около 7 Мпа (- 70 атмосфер), создает силу реакции струи, превосходящую силу тяжести активной зоны. Разгерметизация, разрыв технологических каналов с водой привели как бы к включению жидкостного реактивного двигателя, тяга которого составила около 6,5*107 ньютон, и достаточного, чтобы поднять часть конструкций вместе с активной зоной…

Вернемся к началу событий. День 25 апреля 1986 года на 4-ом энергоблоке Чернобыльской атомной электростанции планировался как не совсем обычный. Предполагалось остановить реактор на планово-предупредительный ремонт.
Перед остановкой были запланированы испытания одного из турбогенераторов в режиме выбега с нагрузкой собственных нужд блока, другими словами — насколько хватит кинетической энергии турбины,  если ее лишить пара, чтобы на этой остаточной инерции успеть включить резервные источники энергии. Чего ради было экспериментировать на действующем энергоблоке? Ответ дала через 20 лет АЭС в Японии, да, та самая, Фукушима. Цель эксперимента была в ответе на вопрос – сколько времени турбина будет вращать генератор, если на нее перестает подаваться пар?.. ну то есть – на какое быстродействие должны быть настроены системы аварийного питания… В Фукусиме ждали сутки…

В процессе вывода реактора на необходимую мощность последовательно отключается защиты, в активной зоне остается критическое число стержней. Особенность реактора РБМК такова, что при увеличении мощности, естественно, возрастало количество образующегося пара, а воды, которая замедляла нейтронные реакции процессов деления урана – становится соответственно меньше. Меньше воды – еще больше мощность, и так далее. В кибернетике это называется «положительная обратная связь», на языке конструкторов – «положительный паровой коэффициент», в обыденном смысле можно выразиться, что реактор мог разгоняться.

Реактор непрост в управлении – представьте себе «кастрюльку» 11*7 метров, и неустойчивости, дисбалансы в разных частях которой весьма непросто диагностировать, не было такой возможности видеть реактор в 3D. А охлаждать равномерно надо все зоны, все объемы, ведь нарушение циркуляции даже в 1% объема грозит разными неприятностями – падением эксплуатационной мощности, йодно-ксеноновым отравлением рабочей зоны и др. Непросто увидеть – в какую часть вводить больше управляющих стержней, чтобы контролировать цепную реакцию распада урана.

И последний важный конструктивный нюанс. Те самые боро-графитовые стержни, которые замедляют нейтронные реакции, в нижней части имели небольшую пустоту, то есть «холостое» пространство. После того, как персонал осознал перегрузку и полностью критический режим работы реактора, была нажата кнопка сброса всех стержней аварийной защиты (АЗ-5). Пустотная нижняя часть стержней приводит к ускорению мощности, максимум энерговыделения скорее всего мог оказаться именно в нижней половине реактора.

Возрастает гидравлическое сопротивление активной зоны реактора, еще больше снижается расход воды главными циркуляционными насосами, которые качают воду через реактор, давление в контуре растет, в реакторе происходит явная асимметрия развития аварийных процессов. Пороговые значения в наиболее напряженных участках превышены и там начинается разрушение тепловыделяющих элементов и разогрев стенок труб каналов. Процесс разрушения охватывает весь юго-восточный квадрант активной зоны.

Разрушающееся и диспергированное топливо подхватывается потоком теплоносителя из разрушенного барабан-сепаратора, происходит расплавление металла, из за высокой температуры разрушаются бак биозащиты и южная опора. Это приводит к потере устойчивости опоры, движению вниз нижней плиты и вызывает отрыв остальных технологических каналов. Давление резко возрастает, что приводит к выбросу из реакторной шахты всей активной зоны вместе с верхней плитой, в результате несимметричного воздействия при падении назад плита оказывается повернутой относительно вертикальной оси более чем на 90о.

 

Разрез помещений 4-го энергоблока ЧАЭС после аварии

 

Естественно, происходит полное обезвоживание всей активной зоны, дополнительный «паровой коэффициент» увеличивает мощность, испаряется большая часть топлива, диспергируется в атмосферу и рассеивается на конструкциях здания, которые разрушаются ударной волной первого взрыва.

Температура активной зоны достигает фантастических величин – около 40 тыс. градусов Цельсия. Дальнейшее воздействие свидетельствует о том, что в процессе разрушения реактора было реализовано кратковременное остронаправленное воздействие струй высокотемпературного газа (плазмы), характерное для работы канального уран-графитового реактора в режиме ядерного реактивного двигателя. При этом сила тяги истекающего высокотемпературного газа оказывается достаточной, чтобы выбросить активную зону вместе с металлоконструкциями под крышу центрального зала. Мощность взрыва по разным оценкам составляет 100-250 тонн тринитротолуола.

Очевидно, пишут авторы – что при разгоне реактора источником энерговыделения являются экзотермические нейтронно-ядерные реакции, что определяет физическую природу взрыва, как ядерного взрыва активной зоны, и этот источник действует, обеспечивая рост мощности энерговыделения до последнего мгновения существования реактора. При этом значения давлений примерно на 6 порядков (в миллион раз) ниже, чем при взрыве ядерного заряда, значения температуры – на 4 порядка (в 10 тысяч раз).

Таким образом, природа происходящих событий такова, и это удалось практически полностью достоверно доказать, что нет необходимости привлекать «дополнительные» гипотезы вроде сейсмической обстановки, карстовых провалах, диверсиях и участии «потусторонних сил».

Кстати сказать, эта версия взрыва не единственная. Есть еще «водородная» — что взрыв был обусловлен воспламенением водорода, образовавшегося при распаде водяного пара… Есть и «ядерная» версия. Как энергетик, больше склоняюсь к версии К.Чечерова, там все сбалансировано по цифрам. К сожалению, с ним уже не поговорить…не успели.

Конечно, во все инструкции по эксплуатации и конструкции реакторов РБМК внесены соответствующие изменения, полностью исключающие подобное развитие событий, тем не менее, энергия атома требует жесткого соблюдения технологических регламентов, инструкций и физических законов. Культура безопасности – точность, скрупулезность и аккуратность, особенно когда речь идет о таких сложных и энергонасыщенных системах.

Растерянность в начале аварии, конечно-же была. Но недолго. Энергетики, тем более атомщики, самой жизнью отмобилизованы на всякое. Но это было уже за пределами всех возможных представлений, потому и было замешательство. И главное, что не давало всем покоя – почему самое страшное произошло, когда нажата главная аварийная кнопка – «погасить» реактор..?

Итак – с одной стороны – особенности РБМК:

  • значительная тепловая мощность (3200 МВт) и высокая теплонапряженность активной зоны;
  • распределенность активной зоны (7*11 м) и связанная с этим неоднородность протекающих процессов;
  • неустойчивость режимов функционирования реакторной установки и сложность управления;
  • отсутствие необходимой телеметрии, показывающей все необходимые процессы в режиме реального времени;
  • существенный положительный паровой коэффициент реактивности реактора;
  • особенности конструкции стержней поглотителей с наличием пустотных участков в нижней части.

С другой стороны – нарушения эксплуатационных требований, обусловленные желанием провести эксперимент, и конечно же, опирающиеся на привычное (и кстати закрепленное во всех регламентных документах по эксплуатации) представление о реакторе, пусть непростом в управлении, но тем не менее никак не взрывоопасном в принципе. Одно наложилось на другое, сплелось в невероятном, казалось бы – абсолютно невозможном сочетании. Непростая и весьма опасная игра слов – если невозможно предвидеть такое невозможное сочетание – то что же делать?

И в этом один из важнейших уроков чернобыль­ской катастрофы — конструкторы обязаны предвидеть и про­гнозировать зоны неустойчивой работы сложного технического объекта, чтобы предупредить эксплу­атационников о запрете выхода на эти критические режимы.

А эксплуатационный персонал — четко знать пределы допустимых режимов эксплуатации, иметь инструмент точного мониторинга всех опасных режимов.

В развитие уроков Чернобыля, через год после ава­рии, академик В. Легасов предложил свой ори­гинальный подход к безопасности и риску в слож­ных энергонасыщенных технических системах. По его мнению, в развитии большинства аварий можно выделить три основные стадии.

На первой происходит накопление существен­ных отклонений от номинальных режимов рабо­ты, иногда становящихся привычными и поэтому не представляющих угрозы для оперативного пер­сонала. Сюда же можно отнести отключение ава­рийных защит и/или неработоспособность систем комплексного мониторинга режимов. Сами по себе дефекты и отклонения угрозы не представляют, но в критический момент они мо­гут сыграть роковую роль.

Накопление отклонений от нормы связано с отсутствием соответствующей диагностики работы отдельных элементов и с при­выканием обслуживающего персонала к подобно­го рода отклонениям. Энергоустановки и агрегаты переходят в крайне неустойчивый режим, при этом не оставляя возможности управляющему персона­лу адекватно среагировать на внезапные возмуще­ния или экстренные ситуации.

На следующей стадии происходит внезапное возмущение (редкое событие), которое благодаря накопленным на первом этапе режимным наруше­ниям приводит к переходу к третьей стадии: лави­нообразному развитию реакций, высвобождению накопленной энергии, в ряде случаев — к катастро­фическому развитию ситуации.

Этот печальный алгоритм применим и к чернобыльской аварии, ка­тастрофе химического комбината в Бхопале, аварии на Саяно-Шушенской ГЭС и другим масштабным техногенным авариям. Слова академика В. Легасова актуальны до сих пор: «Важный урок, вытекающий из черно­быльской трагедии, состоит в абсолютном отсут­ствии у всех фирм и государств технической готов­ности действовать в столь экстремальных условиях.

Ни одно государство мира, как показала практика, не обладает полным комплексом алгоритмов по­ведения, измерительных средств, работоспособных роботов, эффективных химических средств локали­зации аварийной обстановки, необходимых меди­цинских средств и т. п.». Пройдет целых 25 лет и Фукусима еще раз подтвердит правоту этих слов…

 

* * * * *

Схемы и картинки мы не стали сюда много вставлять, по ссылке — а 85 слайдов для любопытных – там все по минутам, нет даже – с полночи – есть почти посекундно. Спасибо «РИА новости» и Марии Степановой. Это основа лекции, которую традиционно мы читаем студентам разных специальностей МЭИ каждую весну.

Тут можно спорить, уточнять, читать первоисточники и др. Все можно, было бы желание…

 

Литература вдогонку

  1. К. Чечеров. Немирный атом Чернобыля.
  2. А. Киселев, К. Чечеров. Процесс разрушения реактора на Чернобыльской АЭС.// Бюллетень Центра общественной информации по атомной энергии. 2001 г. №№ 10-11.
  3. В. Легасов. Дневники (кассеты).
  4. В. Легасов. Проблемы безопасного развития техносферы // Журнал «Коммунист», №8, 1987. С.92 – 101.
  5. А. Дятлов. Чернобыль. Как это было.
  6. Инфографика об аварии на Чернобыльской АЭС

 

Евгений Гашо. Трава полынь. Черная быль. Часть 2. Авария и борьба с ней

 

 

 

Главный редактор
By Главный редактор Июнь 19, 2019 22:17
  1. Татьяна Июнь 23, 22:53

    Евгений Геннадьевич всегда пишет хорошо. Но эта публикация особенная, выстраданная. Спасибо! Читать надо всем.

    Reply to this comment
Просмотреть комментарии

Добавить комментарий

Ваш E-mail адрес не будет опубликован.
Обязательные к заполнению поля помечены*

*

code

Избранное в Telegram