Анализ причин и последствий крупнейших ядерных катастроф

  1. Введение. 

  Днем рождения атомной промышленности можно считать 12 апреля 1943 г. когда было подписано  постановление правительства о  создании в Москве Лаборатории №2 АН СССР, впоследствии ставшей Институтом атомной энергии. Первая в мире атомная  электростанция была построена и  введена в эксплуатацию 27 июня 1954 года в городе Обнинске Калужской  области.

  Первая АЭС  в Обнинске имела мощность 5МВт., но уже на начало 1989 года было построено 46 энергоблоков АЭС общей мощностью 35,4 ГВт. Вместе с тем, доля АЭС в  общем объеме произведенной электроэнергии составила около 12%, что, однако, позволило  СССР выйти по этому показателю на 3 место в мире. 

  2. Хронология крупнейших  ядерных катастроф. 

  К началу 1986 г. в мире существовало 417 атомных  реакторов и 120 ещё строилось. Вклад  АЭС в выработку энергии в  некоторых странах составил для  Франции – 70%, Бельгии – 66%, Южной  Кореи – 53%, Тайваня – 48,5%. Кроме  ядерных реакторов было 326 исследовательских  ядерных установок, реакторы установлены  на ледоколах, спутниках, подводных  лодках. Естественно, подобная огромная концентрация ядерного потенциала не могла не привести к возникновению  нештатных ситуаций, тем более, что  опыт эксплуатации объектов, использующих ядерное топливо, накапливался с  годами, причём во многом при анализе  этих самых аварийных ситуаций. Здесь  можно привести много примеров чрезвычайных ситуаций, происходивших как у  нас в стране, так и за рубежом.

  Впервые человечество увидело атом в действии в 1945 г, когда  США сбросили на Хиросиму и Нагасаки атомные бомбы. Погибла треть  населения этих городов, радиация вызвала  у многих людей лейкозы. Люди умирали  и продолжают умирать до сих пор.

  Ряд испытаний  ядерного оружия Соединенными Штатами  на острове Бикини в 1946-1958 гг. привели  к тому, что в результате взрыва исчезли с лица земли 2 соседних островка, а сам остров стал непригоден для  жизни.

  В 1957 г. на заводе Селлафильд (Уиндскайл) в Англии по регенерации ядерного топлива произошел  взрыв. В результате загрязнения  погибли 13 человек, более 260 заболели острой и хронической лучевой болезнью.

  В 1966 г. в  Испании столкнулись 2 американских военных самолета с ракетами на борту. Одному пришлось сбросить 4 атомные  бомбы. К счастью, взрыва не было, но в результате выбросов погибли посевы сельскохозяйственных культур, пришлось вывезти 1,5 тыс. т почвы для захоронения.

  В 1979 г. на АЭС  Тримайленд в г. Гаррисбург, Пенсильвания, также произошла крупная авария.

  В Советском  Союзе история подобных катастроф  связана, главным образом с эксплуатацией  производственного объединения  «Маяк».

  ПО «Маяк» было создано на базе промыш ленного  комплекса, построенного в 1945—1949 гг. Здесь  в 1948 г. был пущен первый в стране промышленный атомный реактор, в 1949 г. — первый радиохимический завод, изготов лены первые образцы атомного оружия. В настоящее время в  производственную структуру ПО «Маяк» входят ряд произ водств ядерного цикла, комплекс по захоронению высокоак тивных материалов, хранилища и могильники РАО. Много летняя деятельность ПО «Маяк» привела к накоплению ог ромного  количества радионуклидов и сильному загрязнению районов Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюмен  ской областей. В результате сброса отходов радиохимического производства непосредственно в открытую речную систему Обского бассейна через  р. Теча (1949—1951 гг.), а также вследствие аварий 1957 и 1967 гг. в окружающую среду  было выброшено 23 млн. Ки активности. Радиоактивное  загрязне ние охватило территорию в 25 тыс. км² с населением более 500 тыс. человек. Официальные данные о десятках поселков и деревень, подвергшихся загрязнению в результате сбросов ра диоактивных отходов в р. Теча, появились только в 1993 г.

  В 1957 г. в  результате теплового взрыва емкости  с РАО произошел мощный выброс радионуклидов (церий-144, цирконий-95, стронций-90, цезий-137 и др.) с суммарной активностью 2 млн. Ки. Возник «Восточно-Уральский радиоактивный след» длиной до 110 км (в результате последующей миграции даже до 400км) и шириной до 35—50 км. Общая площадь загрязненной территории, ограниченной изолинией 0,1 Ки/км² по стронцию-90, составила 23 тыс. км². Около 10 тыс. человек из 19 населенных пунктов в зоне наиболее сильного загрязнения с большой задержкой были эвакуирова ны и переселены.

  Зона радиационного  загрязнения на Южном Урале расши  рилась вследствие ветрового разноса  радиоактивных аэрозолей с пересохшей части технологического водоема  № 9 ПО «Маяк» (оз. Карачай) в 1967 г. В настоящее  время в этом резервуаре на ходится  около 120 млн. Ки активности, преимущественно  за счет стронция-90 и цезия-137. Под  озером сформировалась линза загрязненных подземных вод объемом около 4 млн. м³ и площадью 10 км². Существует опасность проникновения загрязненных вод в другие водоносные горизонты и выноса радионуклидов в речную сеть.

  По данным радиационного мониторинга, выпадения  це зия-137 из атмосферы в районах, расположенных в зоне влияния  ПО «Маяк», в течение 1994г. были в 50—100 раз больше, чем в среднем по стране. Высоким остается и уро вень загрязнения местности цезием-137 в пойме р. Теча. Кон центрации стронция-90 в речной воде и в донных отложениях в 100—1000 раз превышают фоновые значения. В каскаде про мышленных водоемов в верховьях Течи содержится 350 млн. м³загрязненной воды, являющейся по сути низкоактивными от ходами. Суммарная активность твердых и жидких РАО, нако пленных в ходе деятельности ПО «Маяк», достигает 1 млрд. Ки. Сосредоточение огромного количества РАО, загрязнение по верхностных водоемов, возможность проникновения загряз ненных подземных вод в открытую гидрографическую систему Обского бассейна создают исключительно высокую степень радиационного риска на Южном Урале.

  Но крупнейшей и самой страшной ядерной катастрофой  за всю историю освоения человечеством  энергии атомного деления является катастрофа на Чернобыльской АЭС  в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года.

  Чернобыльская АЭС расположена в восточной  части большого географического  региона, именуемого белорусско-украинским Полесьем, на берегу реки Припяти, впадающей  в Днепр, в 18 километрах от районного  центра - города Чернобыля. Работы по сооружению станции были начаты в январе 1970 года. 

  3. Хронология событий  в день аварии  на Чернобыльской  АЭС. 

  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.

  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 (САОР). 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. 

  4. Анализ причин  Чернобыльской трагедии. 

  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.

  Остановка реактора 4-го энергоблока планировалась  днём 25 апреля, следовательно, к испытаниям готовился другой, не ночной персонал. Именно днём 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.