ЧАЭС: авария, потрясшая мир
Легасов: Где гарантия такого представления последствий взрыва?
В.М.Ф.: Гарантии нет. Это первое, что приходит в голову, когда прокручиваешь мысленно всю картину скорости подъема черного столба пыли над шахтой реактора после сброса порции песка. Воздух явно проходит через «ОР» и кладку и раскаленный выходит наружу.
Потом оказалось, что я был прав, но не совсем. Схема «ОР» на самом деле превратилась в колосник кузнечного горна, не проплавилась, только от парового взрыва активной зоны она просела вниз на несколько метров, так как был смят «крест» схемы «С», на котором держалась схема «ОР». Доступ воздуха был все равно свободным, иначе горение графита продолжалось бы значительно дольше.
Я понял, что решения высокой комиссии не изменить; там, в комиссии, более весомые советники, когда услышал заключительную фразу нашей встречи: «Нас не поймут, если мы ничего не будем делать...».
Вот почему ходил анекдот (а может быть это быль): вокруг разрушенного блока начиналось активное движение техники (бронетранспортеров), поднимались тучи пыли, когда над ЧАЭС пролетали американские спутники-шпионы. Они должны были запечатлеть бурную деятельность по ликвидации последствий аварии.
Мы расстались с Валерием Алексеевичем после получения нового задания: оценить, сколько времени будет гореть графит.
Я подошел к окну на лестнице. Возле здания (во дворе) была сооружена пирамида из зеленых ящиков явно военного происхождения. Поинтересовался, что это такое. Стоящий рядом парень ответил, что военные в ящиках привезли свинцовую дробь. Как-то не поверилось: уж больно ящики будут тяжелые, да от такой тяжести сами развалятся. Любопытство взяло верх, пошел смотреть. Один ящик был разбит, крышка сбита. Внутри плотно уложены зеленые военные респираторы. Рассовал по карманам штук пять. Подумал — пригодятся. Поделюсь с Калугиным.
29.04.1986 в штабе утром встретились и обсуждали докладную Мельниченко. Он был ответственным за проведение эксперимента по выбегу ГЦН от Донецкэнерго. Прочел программу эксперимента. Обратил внимание на фразу (не дословно): «Во время эксперимента работы проводятся в соответствии с действующим Технологическим регламентом реактора». Попадись мне эта программа раньше, я бы ее подписал, хотя в ней и не было серьезного обоснования безопасности эксперимента, анализа работы самого реактора во время эксперимента. Да и не могло быть. Эксперимент считался рядовым. Вот только операторыреакторщики нарушили несколько требований Регламента, когда проводили эксперимент. Но сейчас не об этом речь.
Часам к 12-ти всю нашу рабочую комиссию посадили в автобус и повезли подальше от радиоактивного вулкана — горящего нутра реактора. Пункт назначения — пионерлагерь «Сказочный». По дороге остановились около места, где набивали песком бумажные мешки для сбрасывания в шахту реактора 4-го блока. О чем-то беседовали руководители работ. Поразила картина, которая долго еще будет перед глазами: на фоне туманной громады станции домики небольшой деревни в километре от нас. За заборчиком ходит пахарь за плугом с лошадью. Обрабатывает приусадебный участок. Сельская идиллия на радиоактивном поле.
Еще раз остановились по дороге в пионерлагерь. Почему ехали так долго, как-то забылось. Сидели на прошлогодней и молодой травке. Подходят А.К. Калугин с Е.П. Сироткиным (физик из НИКИТЭТа). Сели. Александр Константинович тихо говорит: «А реактор-то взорвался от сброса стержней аварийной защиты. Помнишь отчет Саши Краюшкина? 10 номиналов по мощности после сброса стержней A3, если все они перед сбросом находятся в верхнем положении».
В пионерлагере оценили, сколько времени будет гореть графит. Составили докладную записку В.А. Легасову, По оценке — гореть ему 10-15 суток, В основу оценки легло наблюдение радиоактивного «гриба» над шахтой реактора (кажется, ошибся по времени немного). К концу первой декады мая в нагруженная песком и свинцом «Елена» перевернулась и встала почти в вертикальное положение уже в пустой шахте. Графит практически полностью выгорел. Трубы каналов обгорели так, что из схемы «Е» снизу торчат только огарки.
Переворот «Елены» приняли за взрыв. Было непонятно, по какой причине он произошел. Появилось много радиоактивной пыли и разговоров о том, что реактор снова «задышал». Анализ выбросов показал, что это не так.
В пионерлагере нас впервые переодели в рабочие комбинезоны. В столовой стояли тарелки, полные таблеток с йодом.
Когда вернулись домой в конце первой декады мая, на мне был уже 4-й комплект рабочей одежды. По мере удаления от станции пришлось переодеваться. Последнее переодевание было на аэродроме. Долго ждали посадки в самолет. Сидели в автобусе с открытой дверью. Автобус привлекал внимание: все пассажиры в серых робах-комбинезонах. Подходили, спрашивали об аварии. Прислушивались к разговорам. Мы молчали.
В Быково прямо в самолете нас встретила группа наших дозиметристов во главе с сотрудниками Курчатовского института Е.О. Адамовым и А.Е. Бороховичем. Переносной дозиметр в руках Адамова резво трещал, когда датчик подносили к ботинкам, комбинезону. Авторучка в кармане затрещала резвее. Голова — треск как пулеметная дробь. Снова екнула селезенка, когда датчик поднесли к горлу. Пулеметная дробь перешла в сплошное равномерное верещание. Дозиметристы, может быть, посмеются над моей оценкой ситуации, но голову после бани в санпропускнике я долго и безнадежно мыл. Пришлось остричься.
В августе 1986 г. я возвращался из командировки на ЧАЭС вместе с начальником группы по безопасности Чернышевым. Фамилию запомнил, так как по материнской линии я Чернышев, В самолете и у меня на квартире долго беседовали о причинах взрыва реактора. Собеседник мой страшно удивился, когда узнал, что реактор РБМК-1000 на ЧАЭС мог взорваться в любой момент, если нарушить Регламент, допустить снижение оперативного запаса реактивности до состояния, когда все стержни СУЗ находятся в верхнем положении, мощность снижена, а температура воды на входе в каналы максимальна. Если в этот момент сработает аварийная защита реактора, взрыв неизбежен. А мы, — проговорил он, — несколько раз в год выходили на мощность после кратковременных остановок в таком состоянии реактора. Не успевали вовремя подняться и теряли запас реактивности, боялись попасть в «йодную яму». Диспетчер требовал подъема мощности реактора (для него — «самовара») любой ценой. Обычно эта ситуация возникала зимой, когда особенно требовалась энергия. Везло. Таков был реактор...
Что же случилось на 4-м блоке 26 апреля 1986г.?
Объяснить причины взрыва реактора задача непростая, так как единая точка зрения до сих пор отсутствует.
Как известно, прототипом реактора РБМК стал промышленный реактор-наработчик оружейного плутония. Два таких реактора недалеко от Томска и один — недалеко от Красноярска до сих пор надежно работают (вот уже больше 40 лет) и производят тепло и электроэнергию. Остановлены они будут, скорее всего, после пуска замещающих мощностей по теплу, иначе города-спутники Северск и Железногорск останутся без коммунального тепла.
Так вот, в технических условиях на промышленный реактор было записано, что стержни аварийной защиты должны останавливать реактор за 2-3 с. Это требование на промышленных реакторах выполняется с момента их строительства, стержни аварийной защиты полностью вводятся в активную зону за время около 5-6 с, а «глушится» реактор к 3-ей секунде, когда стержни примерно наполовину входят в его активную зону.
В технических условиях на РБМК-1000 было записано такое же требование. Однако в процессе работы над проектом реактора оказалось, что осуществить ускоренный ввод стержней СУЗ в активную зону трудно. В промышленных реакторах контур охлаждения стержней СУЗ разомкнут, охлаждающая вода, пройдя реактор, не возвращается обратно в контур, поэтому в нем сравнительно легко организовать охлаждение каналов СУЗ путем так называемого пленочного охлаждения, при котором стержни под собственным весом «падают» практически в пустой канал. В реакторе РБМК контур замкнут, каналы СУЗ заполнены водой, пленочное охлаждение организовать затруднительно, поэтому стержни СУЗ вводятся принудительно и с меньшей скоростью. Проектанты пошли по упрощенному пути: физический «вес» стержней, т.е. способность поглощать нейтроны, увеличили, а скорость ввода уменьшили так, что в активную зону стержни вводились за 18 с, т.е. почти в три раза медленнее, чем в промышленных реакторах. Когда об этой особенности реактора услышали американцы в Вене в МАГАТЭ в 1986 г. из уст В.А. Легасова (он рассказывал о Чернобыльской катастрофе), то очень удивились, заявив, что еще в 1953 г. ими было выдвинуто категорическое требование к скорости ввода аварийных стержней в 2-3 с. чтобы исключить любую возможность неуправляемого разгона реактора на мгновенных нейтронах (это требование на промышленных реакторах реализовано с момента их пуска.
Еще об одной роковой особенности аварийной защиты реактора. Однажды, в середине 70-х годов, в институте Курчатова обсуждались строительные конструкции ЧАЭС. Речь зашла о бетонных конструкциях подреакторного помещения: уж слишком оно показалось глубоким. В результате обсуждения было принято предложение сэкономить бетон и уменьшить его глубину почти на 2 метра. В результате пришлось уменьшить длину вытеснителей стержней СУЗ до 4.5 м, так как полная их длина (7 м) уже помещалась в подреакторном пространстве, если стержни СУЗ введены в активную зону на всю их длину. В общем-то, решение было обоснованным: вытеснители стержней СУЗ были введены в проект для экономии нейтронов, а эффективность их оптимальна, если вытеснители (в случае вывода поглощающих стержней полностью из активной зоны) располагаются в центральной ее части. Верхние и нижние края вытеснителей, располагаясь на периферии, практически бесполезны, так как там мало нейтронов. Поясним, что вытеснители выполнены из графита в оболочке из сплава алюминия. Графит значительно меньше поглощает нейтроны, чем вода, поэтому вытеснители призваны удалять воду из каналов СУЗ, когда поглощающие стержни выведены в верхнее положение и не участвуют в регулировании мощности реактора. Это решение привело к тому, что в нижней части активной зоны в каналах СУЗ оказался столб воды около 1,2 м высотой, когда поглощающая часть стержней выведена из активной зоны. Такая ситуация часто возникает в переходных режимах, особенно после кратковременных остановок или перевода реактора с большей мощности на меньшую. В это время снижается запас реактивности вследствие «отравления» активной зоны ксеноном, стержни из реактора выводятся в верхнее положение. Чтобы поддержать мощность на меньшем уровне или вывести ее на необходимый уровень при пуске, нужно уменьшить «бесполезное» поглощение тепловых нейтронов, что и делается путем извлечения стержней СУЗ из активной зоны.
И третья особенность РБМК. Во время проектирования реактора да и в последующие годы не знали с достаточной уверенностью (не было расчетных программ и условий для надежных реакторных экспериментов), каковы будут изменения реактивности, если в рабочих каналах, в случае роста мощности, возрастает количество пара, т.е. уменьшится количество «плотной» воды, поглощающая способность которой значительно выше пара (этот эффект назван «плотностным эффектом реактивности»). Тогда считалось, что плотностной (или паровой) эффект реактивности если и положителен, то только на этапе среднего изменения плотности теплоносителя, а когда вода в канале полностью заменяется паром — эффект отрицателен, т.е. мощность реактора должна снижаться. При положительном плотностном эффекте реактивности мощность реактора возрастает с ростом количество пара, соответственно «подхлестывается» и рост мощности реактора.
Как оказалось впоследствии, в результате расчетов по новым программам, замена воды паром вызывала резкий скачок реактивности, причем такой величины, что мощность реактора должна была возрастать на «мгновенных» нейтронах за несколько секунд до значений, превышающих начальную в десятки и сотни раз.
Есть еще один эффект, значение которого для устойчивой работы реактора не было достаточно осознано — это «двугорбость» распределения энерговыделения по высоте активной зоны, что связано с большим выгоранием топлива в центре зоны по сравнению с верхней и нижней периферией (в условиях стационарного режима перегрузок топлива).
Вот четыре эффекта, которые привели к взрыву реактора такого масштаба, о возможности которого разработчики того времени практически не знали и не догадывались.
Тут следует сказать, что кое-что все же знали по расчетам и экспериментам. Еще за три года до аварии расчетом было показано: если все стержни СУЗ, расположенные в верхнем положении, т.е. когда поглощающая (активная) их часть выведена из активной зоны, будут вводиться в активную зону, то в первые секунды действия стержней вследствие вытеснения воды из нижней части каналов СУЗ графитовыми вытеснителями возможен кратковременный всплеск мощности реактора до десяти раз от начальной мощности.
Возможный рост реактивности вследствие замещения воды в канале паром с ростом мощности в данном расчете не рассматривался. В связи с этим и по другим причинам, обусловленным устойчивостью работы реактора, в технологическом регламенте существовал пункт, категорически требующий «глушить» мощность реактора, если количество стержней СУЗ в активной зоне достигает пятнадцати. В этом случае поглощающая часть стержней СУЗ, находящаяся внутри активной зоны, по мере их дальнейшего ввода в активную зону снижала реактивность реактора и приводила к его остановке.
За три года до аварии были приняты решения о переделке стержней СУЗ с целью исключить «эффект вытеснителей». Однако ничего не было сделано.
Наша рабочая комиссия сразу заметила нарушение Регламента в действиях операторов: в активной зоне находилось всего 2 стержня СУЗ вместо необходимых больше пятнадцати для продолжения работы. Но мог ли сброс стержней СУЗ в условиях эксперимента с выбегом турбин привести к такому взрыву?
По лентам самописцев было видно, что за несколько (1-2) секунд до роста давления в сепараторах, и после роста (значит, и взрыва) расход на всех 8-ми насосах резко упал практически до нуля. Появилась идея: при малой мощности и при их неустойчивой работе, все насосы закавитировали, так как там появился пар, произошел срыв их работы и подачи воды в реактор. Именно поэтому произошел перегрев твэлов и труб ТК, что привело к их разрыву и дальнейшему развитию аварии. (В момент эксперимента с выбегом части насосов все насосы работали не в номинальном режиме с заметным превышением расхода, что увеличивало вероятность их срыва).
Идея понравилась почти всем, особенно представителям Главного конструктора реактора. Последующий расчетный анализ по более совершенным программам показал, что причина взрыва реактора была в другом. Вот как развивались события, по моим представлениям.
Во время эксперимента с отключением турбин и выбегом насосов мощность ректора с трудом поддерживалась на низком уровне (~20% от номинала). Запас реактивности падал из-за «отравления» ксеноном. Чтобы поддержать мощность и довести эксперимент до логического конца,операторы практически все стержни СУЗ вывели из активной зоны (осталось в соответствии с записями на лентах ДРЭГ всего 2 стержня). Тем самым было нарушено важное для безопасности положение Регламента. Эксперимент почти закончили, реактор