Чернобыльская авария

1 Официальная хронология событий

На 25 апреля 1986 года была запланирована  остановка 4-го энергоблока Чернобыльской  АЭС для очередного планово-предупредительного ремонта. Во время таких остановок  обычно проводятся различные испытания  оборудования, как регламентные, так  и нестандартные, проводящиеся по отдельным программам. В этот раз целью одного из них было испытание так называемого режима «выбега ротора турбогенератора», предложенного проектирующими организациями в качестве дополнительной системы аварийного электроснабжения. Однако данный режим не был отработан или внедрён на АЭС с РБМК. Это были уже четвёртые испытания режима, проводившиеся на ЧАЭС. Первая попытка в 1982 году показала, что напряжение при выбеге падает быстрее, чем планировалось. Последующие испытания, проводившиеся после доработки оборудования турбогенератора в 1983, 1984 и 1985 годах также, по разным причинам, заканчивались неудачно.

Испытания должны были проводиться  на мощности 700-1000 МВт 25 апреля 1986 года. Примерно за сутки до аварии мощность реактора была снижена примерно до 50 % (1600 МВт). В соответствии с программой была отключена система аварийного охлаждения реактора. Однако дальнейшее снижение мощности было запрещено диспетчером  Киевэнерго. Запрет был отменён диспетчером в 23 часа. Во время длительной работы реактора на мощности 1600 МВт происходило нестационарное ксеноновое отравление. В течение 25 апреля пик отравления был пройден, началось разотравление реактора. К моменту получения разрешения на дальнейшее снижение мощности оперативный запас реактивности (ОЗР) возрос практически до исходного значения и продолжал возрастать. При дальнейшем снижении мощности разотравление прекратилось, и начался снова процесс отравления.

В течение примерно двух часов мощность реактора была снижена  до уровня, предусмотренного программой (около 700 МВт тепловых), а затем, по неустановленной причине, до 500 МВт. В 0 ч 28 мин при переходе с системы  локального автоматического регулирования (ЛАР) на автоматический регулятор общей  мощности (АР) оператор (СИУР) не смог удержать мощность реактора на заданном уровне, и мощность провалилась (тепловая до 30 МВт и нейтронной до нуля). Персонал, находившийся на БЩУ-4, принял решение  о восстановлении мощности реактора и (извлекая поглощающие стержни  реактора) через несколько минут  добился начала её роста и в  дальнейшем - стабилизации на уровне 160-200 МВт (тепловых). При этом ОЗР непрерывно снижался из-за продолжающегося отравления. Соответственно стержни ручного  регулирования (РР) продолжали извлекаться.

После достижения 200 МВт тепловой мощности были включены дополнительные главные циркуляционные насосы, и  количество работающих насосов было доведено до восьми. Согласно программе  испытаний, четыре из них, совместно  с двумя дополнительно работающими  насосами ПЭН, должны были служить нагрузкой  для генератора «выбегающей» турбины  во время эксперимента. Дополнительное увеличение расхода теплоносителя  через реактор привело к уменьшению парообразования. Кроме этого, расход относительно холодной питательной  воды оставался небольшим, соответствующим  мощности 200 МВт, что вызвало повышение  температуры теплоносителя на входе  в активную зону, и она приблизилась к температуре кипения.

В 1:23:04 начался эксперимент. Из-за снижения оборотов насосов, подключённых к «выбегающему» генератору, и  нестандартных физических характеристик  реактор испытывал тенденцию  к увеличению мощности (вводилась  положительная реактивность), однако в течение почти всего времени  эксперимента поведение мощности не внушало опасений.

В 1:23:39 зарегистрирован сигнал аварийной защиты АЗ-5 от нажатия  кнопки на пульте оператора. Поглощающие  стержни начали движение в активную зону, однако вследствие их неудачной  конструкции и заниженного (не регламентного) оперативного запаса реактивности реактор  не был заглушён. Через одну-две  секунды был записан фрагмент сообщения, похожий на повторный  сигнал АЗ-5. В следующие несколько  секунд зарегистрированы различные  сигналы, свидетельствующие о быстром  росте мощности, затем регистрирующие системы вышли из строя.

По различным свидетельствам, произошло от одного до нескольких мощных ударов (большинство свидетелей указали на два мощных взрыва), и  к 1:23:47-1:23:50 реактор был полностью  разрушен.

О точной последовательности процессов, которые привели к  взрывам, не существует единого представления. В процессе неконтролируемого разгона  реактора, сопровождавшегося ростом температур и давлений, были разрушены  тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) и часть технологических каналов, в которых эти ТВЭЛы находились. Пар из повреждённых каналов начал поступать в реакторное пространство, что вызвало его частичное разрушение, отрыв и подъём («отлёт») верхней плиты реактора и дальнейшее катастрофическое развитие аварии, в том числе выброс в окружающую среду материалов активной зоны.

2 Причины катастрофы

Различных объяснений причин Чернобыльской аварии довольно много. Но всего две из них выделяются как наиболее научные и разумные. Первая из них появилась в августе 1986 г. Суть её сводится к тому, что  в ночь на 26 апреля 1986 г. персонал 4-го блока ЧАЭС в процессе подготовки и проведения электротехнических испытаний 6 раз грубо нарушил Регламент, т.е. правила безопасной эксплуатации реактора. Причём в шестой раз вывел  из его активной зоны не менее 204 управляющих  стержней из 211 штатных, т.е. более 96%. В  то время как Регламент требовал от них: «При снижении оперативного запаса реактивности до 15 стержней реактор  должен быть немедленно заглушен». А  до этого они преднамеренно отключили  почти все средства аварийной  защиты. Тогда, как Регламент требовал от них: «11.1.8. Во всех случаях запрещается  вмешиваться в работу защиты, автоматики и блокировок, кроме случаев их неисправности...». В результате этих действий реактор попал в неуправляемое  состояние, и в какой-то момент в  нём началась неуправляемая цепная реакция, которая закончилась тепловым взрывом реактора. Также отмечались «небрежность в управлении реакторной установкой», недостаточное понимание  «персоналом особенностей протекания технологических процессов в  ядерном реакторе» и потерю персоналом «чувства опасности».

Кроме этого, были указаны  некоторые особенности конструкции  реактора РБМК, которые «помогли»  персоналу довести крупную аварию до размеров катастрофы. В частности, «Разработчики реакторной установки  не предусмотрели создания защитных систем безопасности, способных предотвратить  аварию при имевшем место наборе преднамеренных отключений технических  средств защиты и нарушений регламента эксплуатации, так как считали  такое сочетание событий невозможным». И с разработчиками нельзя не согласиться, ибо они не рассчитывали, что кто-то осмелится преднамеренно «отключать защиту» и «нарушать регламент». В заключение делается вывод, что «первопричиной аварии явилось крайне маловероятное сочетание нарушений порядка и режима эксплуатации, допущенных персоналом энергоблока».

В 1991 г. вторая государственная  комиссия, образованная Госатомнадзором  и состоящая в основном из рабочего персонала, дала другое объяснение причин Чернобыльской аварии. Его суть сводилась  к тому, что у реактора 4-го блока  имеются некоторые «конструкционные недостатки», которые «помогли»  дежурной смене довести реактор  до взрыва. В качестве главных из них обычно приводят положительный  коэффициент реактивности по пару и  наличие длинных (до 1 м) графитовых вытеснителей воды на концах управляющих  стержней. Последние поглощают нейтроны хуже, чем вода, поэтому их одновременный  ввод в активную зону после нажатия  кнопки АЗ-5, вытеснив воду, внёс такую  дополнительную положительную реактивность, что оставшиеся 6...8 управляющих стержней уже не смогли её скомпенсировать. В  реакторе началась неуправляемая цепная реакция, которая и привела его  к тепловому взрыву.

При этом исходным событием аварии считается нажатие кнопки АЗ-5, которое вызвало движении стержней вниз. Вытеснение воды из нижних участков привело к возрастанию потока нейтронов в нижней части активной зоны. Локальные тепловые нагрузки на тепловыделяющие сборки достигли величин, превышающих пределы их механической прочности. Разрыв нескольких циркониевых оболочек тепловыделяющих  сборок привёл к частичному отрыву верхней защитной плиты реактора от кожуха. Это повлекло массовый разрыв технологических каналов и заклинивание всех стержней, которые к этому  моменту прошли примерно половину пути до своей цели.

Следовательно, в аварии виноваты учёные и проектировщики, которые создали и спроектировали такой реактор и графитовые вытеснители, а дежурный персонал здесь не причём.

В 1996 г. третья государственная  комиссия, в которой тоже тон задавал  рабочий персонал, проанализировав  накопленные материалы, подтвердили  выводы второй комиссии.

В результате сложилось странное положение, когда три официальные  государственные комиссии, в состав которых входили авторитетные каждый в своей области люди, изучали, фактически, одни и те же аварийные  материалы, а пришли к диаметрально противоположным выводам. Было видно, что рабочий персонал, как и  проектировщики, сильно заинтересованы в результатах расследования  и пытаются снять с себя ответственность  за аварию. Поэтому действительно  объективно и официально разобраться  в истинных причинах Чернобыльской  аварии способна только Национальная академия наук Украины, которая реактор  РБМК не придумывала, не проектировала, не строила и не эксплуатировала. Наиболее важные результаты такого анализа  излагаются ниже.

При внимательном детальном  анализе собранных комиссиями документов, данные в них начали вызывать подозрения. Во-первых, процессы, происходившие в активной зоне реактора непосредственно перед взрывом оценивались согласно показателям измерительных приборов сельсинов. Однако, изучив их физические характеристики, стало понятно, что после взрывных толчков и отключения электропитания эти приборы могли выдать любой случайный результат.

В 1997 г. на основании анализа  сейсмограмм, полученных сразу на трёх сейсмостанциях, расположенных на расстоянии 100-180 км от ЧАЭС, были получены наиболее точные данные об этом происшествии. Из них следовало, что в 01:23:39 (±1 с) по местному времени в 10 км к востоку  от ЧАЭС произошло «слабое сейсмическое событие». Из-за низкого уровня амплитуд на сейсмограмме и одностороннего расположения сейсмостанций относительно эпицентра  этого события погрешность определения  его географических координат не могла быть более ±10 км. Поэтому  «слабое сейсмическое событие» вполне могло произойти и в месте расположения ЧАЭС.

Сразу показалось странным, что на этих сейсмограммах отсутствуют  пики от взрыва 4-го блока в его  официальный момент. Получалось, что  сейсмические колебания, которые никто  в мире не заметил, станционные приборы  зарегистрировали. А вот взрыв 4-го блока, который потряс землю так, что его почувствовали многие, эти же приборы почему-то не зарегистрировали. И факт сотрясения земли за 10-16 с до официального момента аварии стал неоспоримым аргументом, игнорировать который уже было нельзя.

Также официально принятая хронология событий в открытую противоречит физике реактора. Время жизни реактора при зарегистрированной реактивности составляет сотые доли секунды. А по официальным данным получается, что с момента аварийного роста мощности прошло целых 6 (!) секунд, прежде чем начали разрываться технологические каналы.

Новая версия позволила обосновать наиболее естественный сценарий аварии. В настоящий момент он представляется таким.

В 00 часов 28 мин 26.04.86 г., переходя в режим электротехнических испытаний, персонал допустил ошибку при переключении управления с системы локального автоматического регулирования (ЛАР) на систему автоматического регулирования  мощности основного диапазона (АР). Из-за этого тепловая мощность реактора упала ниже 30 МВт, а нейтронная мощность упала до нуля и оставалась таковой  в течение 5 минут. В реакторе автоматически  начался процесс самоотравления короткоживущими продуктами деления. Сам по себе этот процесс никакой  ядерной угрозы не представлял. Даже, наоборот, по мере его развития способность  реактора поддерживать цепную реакцию  уменьшается вплоть до полной его  остановки независимо от воли операторов. Во всём мире в таких случаях реактор  просто глушат, затем сутки-двое выжидают, пока реактор не восстановит свою работоспособность. А затем запускают его снова. Процедура эта считается рядовой, и никаких трудностей для опытного персонала 4-го блока не представляла.

Но на реакторах АЭС  эта процедура весьма хлопотная  и занимает много времени. А в  нашем случае она ещё срывала  выполнение программы электротехнических испытаний со всеми вытекающими  неприятностями. И тогда, стремясь «быстрее закончить испытания», как потом  объяснялся персонал, они стали постепенно выводить из активной зоны реактора управляющие стержни. Такой вывод должен был компенсировать снижение мощности реактора из-за процессов самоотравления. Эта процедура на реакторах АЭС тоже обычная и ядерную угрозу представляет только в том случае, если вывести их слишком много для данного состояния реактора. Когда количество оставшихся стержней достигло 15, оперативный персонал должен был реактор заглушить. Это было его прямой служебной обязанностью. Но он этого не сделал.

В результате в 01:22:30 в активной зоне оставалось 6...8 управляющих стержней. Но и это персонал не остановило, и он приступил к электротехническим испытаниям. При этом можно уверенно предположить, что персонал продолжал  вывод стержней до самого момента  взрыва. В какой-то момент между 01:22:30 и 01:23:40 реактор перешёл в режим  поддержания цепной реакции на мгновенных нейтронах. Ещё не созданы и вряд ли когда будут созданы технические  средства управления реакторами в таком  режиме. Поэтому в течение сотых  долей секунды тепловыделение в  реакторе возросла в 1500-2000 раз, ядерное топливо нагрелось до температуры 2500-3000 градусов, а далее начался процесс, который называется тепловым взрывом реактора. Его последствия сделали ЧАЭС «знаменитой» на весь мир.

На основе этих фактов комиссия Национальной академии наук Украины  сделала следующие выводы:

1.  Первопричиной Чернобыльской  аварии стали непрофессиональные  действия персонала 5-й смены  4-го блока ЧАЭС, который, скорее  всего, увлёкшись рискованным процессом поддержания мощности реактора во время эксперимента, сначала просмотрел недопустимо опасный и запрещённый регламентом вывод управляющих стержней из активной зоны реактора, а затем задержался с нажатием кнопки аварийного глушения реактора АЗ-5. В результате в реакторе началась неуправляемая цепная реакция, которая закончилась его тепловым взрывом.