Что произошло на Чернобыльской АЭС 26. 04. 1986 г.Юрий Веремеев. «Анатомия армии» /Фрагмент/ От автора. Хотя эта катастрофа и не имеет прямого отношения к военной науке и истории, но именно «тупой и безграмотной, грубой и глупой» армии пришлось жизнями и здоровьем своих солдат и офицеров исправлять ошибки «интеллигентных гениев науки, сосредоточия всего лучшего, что есть в нашем обществе». В статье рассматривается техническая сторона этой огромной трагедии. Заранее говорю специалистам, что многое здесь дано в предельно упрощённом виде, местами даже в ущерб научной точности. Это сделано с тем, чтобы человеку даже очень далёкому от физики, атомной энергетики стало понятно – что же всё-таки и почему произошло в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года. Чернобыльская атомная электростанция находится на самом севере Украины в Киевской области около впадения реки Припять в Днепр. В 112 километрах южнее Киева, а в 100 км восточнее Чернигова. Непосредственно место, где находится станция и городок обслуживающего персонала называется город Припять. Он на карте обозначен красной точкой. Коричневый круг – это 30-ти километровая зона, в которой запрещено проживание и длительное нахождение. В период 1987-88 годов едва ли не все населённые пункты в этой зоне были ликвидированы дабы исключить проживание в этой зоне людей. Насколько такое решение было верным – это не тема настоящей статьи. Внешняя схема станции следующая: http://army.armor.kiev.ua/hist/chernob-6.gif Прежде чем перейти к непосредственному описанию чернобыльской катастрофы требуется разъяснить ряд основополагающих физических понятий и терминов, в общих чертах рассказать об устройстве реактора и самой станции. Без внимательного прочтения этого предисловия многое ниже по тексту останется непонятным.
Атомная электростанция мало чем отличается от тепловой электростанции. Вся разница в том, что в тепловой электростанции пар для турбин, приводящих во вращение электрогенераторы, получается за счёт нагрева воды от сжигания угля, мазута, газа в топках паровых котлов, а на атомной электростанции пар получается в ядерном реакторе всё из той же воды. При распаде атомного ядра тяжёлых элементов из него вылетает несколько нейтронов. Поглощение такого свободного нейтрона другим атомным ядром, вызывает возбуждение и распад этого ядра. При этом из него высвобождается также несколько нейтронов. Начинается так называемая цепная ядерная реакция, сопровождаемая выделением тепловой энергии. Кажется, нетрудно придти к выводу, что реакция ядерного деления будет всё время нарастать, т.к. один свободный нейтрон при расщеплении атомного ядра высвобождает 2-3 нейтрона и число свободных нейтронов должно все время возрастать. При делении ядер урана из их осколков образуются ядра более легких элементов. Среди них теллур-135, который превращается в йод-135, а йод быстро в свою очередь превращается в ксенон-135. Этот ксенон очень активно захватывает свободные нейтроны. Если реактор работает в стабильном режиме, то атомы ксенона-135 довольно быстро выгорают и на работу реактора не влияют. Однако при резком и быстром снижении по каким либо причинам мощности реактора ксенон выгорать не успевает и начинает накапливаться в реакторе, значительно уменьшая К, т.е. способствуя снижению мощности реактора. Нарастает явление так называемого (Внимание! Второй термин!) ксенонового отравления реактора. При этом, накопившийся в реакторе йод-135 ещё активнее начинает превращаться в ксенон. Это явление называется (Внимание! Третий термин!) йодная яма. Инструкции требуют при определенном количестве ксенона в активной зоне не пытаться поднять мощность реактора, а, опустив управляющие стержни, окончательно остановить реактор. Но на естественное удаление ксенона из активной зоны реактора уходит до нескольких суток. Все это время электроэнергия данным энергетическим блоком не вырабатывается. Есть ещё один термин – реактивность реактора , т.е. как реактор отзывается на действия оператора. Этот коэффициент определяется по формуле р = (К-1)/К. При р > 0 идет разгон реактора, при р = 0 реактор работает в стабильном режиме, при р < 0 идёт затухание реактора.
Ядерное топливо представляет собой таблетки чёрного цвета диаметром около 1 см и высотой около 1.5 см. В них содержится 2 % двуокиси урана 235, и 98 % урана 238, 236, 239. Во всех случаях при любом количестве ядерного топлива ядерный взрыв развиться не может, т.к. для лавинообразной стремительной реакции деления, характерной для ядерного взрыва требуется концентрация урана 235 более 60%. Двести таблеток ядерного топлива загружаются в трубку, изготовленную из металла цирконий. Длина этой трубки 3.5м, диаметр 1.35 см. Эта трубка называется (Внимание! Пятый термин!) ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент. 36 ТВЭЛов собираются в кассету (другое название «сборка»). Реактор марки РБМК-1000 (реактор большой мощности канальный электрической мощностью 1000 мегаватт) представляет собой цилиндр диаметром 11.8 метра и высотой 7 метров, сложенный из графитовых блоков (размер каждого блока (25х25х60см). Через каждый блок проходит сквозное отверстие – канал. Всего имеется 1872 таких отверстий-каналов в этом цилиндре. 1661 канал предназначен для кассет с ядерным топливом, а 211 для управляющих стержней содержащих поглотитель нейтронов (кадмий или бор). На рисунке Каждый реактор подаёт пар на две турбины. Каждая турбина имеет электрическую мощность 500 мегаватт. Тепловая же мощность реактора 3200 мегаватт. Принцип работы реактора состоит в следующем: http://army.armor.kiev.ua/hist/chernob-2.gif Вода под давлением 70 атмосфер главными циркуляционными насосами (3) (Внимание! Шестой термин!) ГЦН подаётся по трубопроводам (2) в нижнюю часть реактора (1), откуда по каналам продавливается в верхнюю часть реактора, омывая сборки с ТВЭЛами. В ТВЭлах под воздействием нейтронов идёт цепная ядерная реакция с выделением большого количества тепла. Вода нагревается до температуры 248 градусов и вскипает. Смесь, состоящая из 14% пара и 86% воды поступает по трубопроводам (3) в барабаны сепараторы (2), где происходит отделение пара от воды. Пар по трубопроводу (4) подаётся в турбину. Из турбины по трубопроводу (5) пар, уже превратившийся в воду с температурой 165 градусов возвращается в барабан-сепаратор, где смешивается с горячей водой, поступившей из реактора, и охлаждает её до 270 градусов. Эта вода по трубопроводу (1) вновь поступает в насосы. Цикл замкнулся. По трубопроводу (6) извне в сепаратор может поступать дополнительная вода. http://army.armor.kiev.ua/hist/chernob-1.jpg Главных циркуляционных насосов всего восемь. Шесть из них в работе, а два составляют резерв. Барабанов сепараторов всего четыре. Размеры каждого 2.6 метра в диаметре, длиной 30 метров. Работают они одновременно. На рисунке показан блок чернобыльской АЭС в частичном разрезе. Голубым окрашены сечения стен, красным активная зона реактора, светло-зеленым ГЦН (видны четыре из восьми насосов), светло-коричневым барабаны сепараторы. В верхней части виден кран, с помощью которого производится загрузка и выгрузка сборок в реактор.
Реактор не только источник электроэнергии, но и её потребитель. Пока из активной зоны реактора не будет выгружено ядерное топливо, через неё необходимо непрерывно прокачивать воду для того, чтобы не перегрелись ТВЭЛы. Обычно часть электрической мощности турбин отбирается на собственные нужды реактора. Если реактор остановлен (замена топлива, профилактические работы, аварийная остановка), то электропитание реактора идёт от соседних блоков, внешней электросети. Специалисты «Донтехэнерго» предложили свою систему управления магнитным полем турбины, что обещало решить проблему энергопитания реактора при аварийном отключении подачи пара на турбину. Однако требовалось: во-первых, что-то использовать в качестве балластной нагрузки для того, чтобы можно было производить замеры на выбегающей турбине; во-вторых, было известно, что при падении тепловой мощности реактора до 700-1000 мегаватт сработает система аварийной остановки реактора (САОР), реактор будет остановлен и невозможно будет повторить эксперимент несколько раз, т.к. произойдёт его ксеноновое отравление. Было решено заблокировать систему САОР, а в качестве балластной нагрузки использовать резервные ГЦН. Это были ПЕРВАЯ и ВТОРАЯ трагические ошибки, повлекшие за собой всё остальное. Во-первых, совершенно незачем было блокировать САОР. Во-вторых, использовать можно было в качестве балластной нагрузки что угодно, только не циркуляционные насосы. Именно они связали между собой совершенно далекие друг от друга электротехнические процессы и процессы, происходящие в реакторе. ХРОНИКА КАТАСТРОФЫ 25 апреля 1986 года. 1.00. Начато постепенное снижение мощности реактора. 13.05. Мощность реактора снижена с 3200 мегаватт до 1600. Остановлена турбина № 7. Питание электросистем реактора переведено на турбину № 8. 14.00. Заблокирована система аварийной остановки реактора САОР. В это время диспетчер «Киевэнерго» распорядился задержать остановку блока (конец недели, вторая половина дня, растёт потребление энергии). Реактор работает на половинной мощности, а САОР так и не подключена вновь. Это грубая ошибка персонала, но на развитие событий она не повлияла. 23.10. Диспетчер снимает запрет. Персонал начинает снижать мощность реактора. 26 апреля 1986 года. 0.28. Мощность реактора снизилась до уровня, когда систему управления движением управляющих стержней надо переводить с локальной на общую (в обычном режиме группы стержней можно перемещать независимо друг от друга – так удобнее, а при низкой мощности все стержни должны управляться с одного места и двигаться одновременно). Этого сделано не было. Это была ТРЕТЬЯ трагическая ошибка. Одновременно оператор допускает ЧЕТВЕРТУЮ трагическую ошибку. Он не выдаёт машине команду «держать мощность». В результате мощность реактора стремительно снижается до 30 мегаватт. Кипение в каналах резко снизилось, началось ксеноновое отравление реактора. Персонал смены допускает ПЯТУЮ трагическую ошибку (я бы действиям смены в этот момент дал бы иную оценку. Это уже не ошибка, а преступление. Все инструкции предписывают в такой ситуации глушить реактор). Оператор выводит из активной зоны все управляющие стержни. 1.00. Мощность реактора удалось поднять до 200 мегават против предписанных программой испытаний 700-1000. Это было второе преступное действие смены. Из-за нарастающего ксенонового отравления реактора мощность поднять выше не удаётся. 1.03. Начался эксперимент. К шести работающим главным циркуляционным насосам подключается в качестве балластной нагрузки седьмой насос. 1.07. Подключается в качестве балластной нагрузки восьмой насос. На работу такого количества насосов система не рассчитана. Начался кавитационный срыв ГЦН (им просто не хватает воды). Они высасывают воду из барабанов сепараторов и её уровень в них опасно понижается. Огромный поток довольно холодной воды через реактор снизил парообразование до критического уровня. Стержни автоматического регулирования машина полностью вывела из активной зоны. 1.19. Вследствие опасно низкого уровня воды в барабанах сепараторах оператор увеличивает подачу в них питательной воды (конденсата). Одновременно персонал допускает ШЕСТУЮ трагическую ошибку ( я бы сказал – второе преступное деяние). Он блокирует системы остановки реактора по сигналам недостаточного уровня воды и давлению пара. 1.19.30 Уровень воды в барабанах сепараторах начал расти, но из-за снижения температуры воды, поступающей в активную зону реактора и её большого количества, кипение там прекратилось. Последние стержни автоматического регулирования покинули активную зону. Оператор допускает СЕДЬМУЮ трагическую ошибку. Он полностью выводит из активной зоны и последние стержни ручного управления, лишая себя тем самым возможности управлять процессами, происходящими в реакторе. Дело в том, что высота реактора 7 метров, и он хорошо отзывается на перемещение управляющих стержней, когда они перемещаются в средней части активной зоны, а по мере удаления их от центра управляемость ухудшается. Скорость перемещения стержней 40 см в секунду. 1.21.50 Уровень воды в барабанах-сепараторах несколько превысил норму, и оператор отключает часть насосов. 1.22.10 Уровень воды в барабанах сепараторах стабилизировался. В активную зону теперь поступает намного меньше воды, чем до этого момента. В активной зоне вновь начинается кипение. 1.22.30 Из-за неточности систем управления, не рассчитанных на подобный режим работы оказалось, что подача воды в реактор составляет около 2/3 от потребного. В этот момент компьютер станции выдаёт распечатку параметров реактора с указанием на то, что запас реактивности опасно мал. Однако персонал просто проигнорировал эти данные (это было третье преступное деяние в эти сутки). Инструкция предписывает в такой ситуации немедленно аварийным порядком глушить реактор. 1.22.45 Уровень воды в сепараторах стабилизировался, количество поступающей в реактор воды удалось привести в норму. Тепловая мощность реактора медленно начала расти. Персонал предположил, что работу реактора удалось стабилизировать и было решено продолжить эксперимент. Это была ВОСЬМАЯ трагическая ошибка. Ведь практически все стержни управления находились в поднятом положении, запас реактивности был недопустимо мал, САОР отключена, системы автоматической остановки реактора по ненормальному давлению пара и уровню воды заблокированы. 1.23.04 Персонал блокирует систему аварийной остановки реактора, срабатывающую в случае прекращения подачи пара на вторую турбину, если до этого уже была выключена первая. Напомню, что турбина № 7 была выключена еще в 13.05 25.04 и сейчас работала только турбина № 8. Это была ДЕВЯТАЯ трагическая ошибка (и четвертое преступное деяние в эти сутки). Инструкция запрещает отключать эту систему аварийной остановки реактора во всех случаях. Одновременно персонал перекрывает подачу пара на турбину № 8. Это идёт эксперимент по замеру электрических характеристик работы турбины в режиме выбега. Турбина начинает терять обороты, напряжение в сети снижается и ГЦН, питающиеся от этой турбины начинают снижать обороты. 1.23.30 ГЦН значительно снизили обороты, и поток воды через активную зону реактора значительно уменьшился. Стало быстро нарастать парообразование. Три группы стержней автоматического управления пошли вниз, но остановить нарастание тепловой мощности реактора не смогли, т.к. их уже было недостаточно. Т.к. подача пара на турбину была отключена, то её обороты продолжали снижаться, насосы все меньше подавали воды в реактор. 1.23.40 Начальник смены, поняв происходящее, приказывает нажать кнопку АЗ-5. По этой команде стержни управления с максимальной скоростью опускаются вниз. Такое массированное введение в активную зону реактора поглотителей нейтронов призвано в короткое время полностью прекратить процессы ядерного деления. 1.23.43 Начался саморазгон реактора. Тепловая мощность достигла 530 мегаватт и продолжала стремительно нарастать. Сработали две последние системы аварийной защиты – по уровню мощности и по скорости роста мощности. Но обе эти системы управляют выдачей сигнала АЗ-5, а он был ещё 3 секунды назад подан вручную. 1.23.44 В доли секунды тепловая мощность реактора возросла в 100 раз и продолжала нарастать. ТВЭЛы раскалились, разбухающие частицы топлива разорвали оболочки ТВЭЛов. Давление в активной зоне многократно возросло. Это давление, преодолевая давление насосов, вытеснило воду обратно в подающие трубопроводы. Это был момент первого взрыва. Реактор перестал существовать как управляемая система. После разрушения каналов и паропроводов давление в реакторе стало падать, и вода вновь пошла в активную зону реактора. Начались химические реакции воды с ядерным топливом, разогретым графитом, цирконием. В ходе этих реакций началось бурное образование водорода и окиси углерода. Давление газов в реакторе стремительно нарастало. Крышка реактора весом около 1000 тонн приподнялась, обрывая все трубопроводы. 1.23.46 Газы, находившиеся в реакторе, соединились с кислородом воздуха, образовав гремучий газ, который из-за наличия высокой температуры мгновенно взорвался. Это был второй взрыв. Крышка реактора подлетела вверх, повернулась на 90 градусов и вновь упала вниз. Разрушились стены и перекрытие реакторного зала. Из реактора вылетели четверть находящегося там графита, обломки раскаленных ТВЭЛов. Эти обломки упали на крышу машинного зала и другие места, образовав около 30 очагов пожара. Цепная реакция деления прекратилась. Персонал станции начал покидать свои рабочие места примерно с 1.23.40. Но с момента выдачи сигнала АЗ-5 до момента второго взрыва прошло всего 6 секунд. Сообразить, что происходит за это время и тем более успеть что-то сделать для своего спасения невозможно. Уцелевшие при взрыве сотрудники покинули зал уже после взрыва. http://army.armor.kiev.ua/hist/chernob.shtml
9 сентября 1982 года после выполненного среднего планового ремонта во время пробного пуска реактора 1-го энергоблока на мощности 700 МВт тепловых при номинальных параметрах теплоносителя произошло разрушение тепловыделяющей сборки и аварийный разрыв технологического канала № 62-44. Вследствие разрыва была деформирована графитовая кладка активной зоны, в реакторное пространство выброшено значительное количество радиоактивных веществ из разрушенной тепловыделяющей сборки. В результате выброса радиоактивными веществами была загрязнена значительная территория. Для ликвидации последствий этой аварии потребовалось около 3 месяцев ремонтных работ. После аварии проектантами были разработаны и реализованы мероприятия по предупреждению подобных инцидентов. 29 марта 2000 года Кабинетом Министров Украины принято решение о досрочном снятии с эксплуатации энергоблока № 3 и окончательном закрытии Чернобыльской АЭС до конца 2000 года. 15 декабря в 13 часов 17 минут по приказу Президента Украины во время трансляции телемоста Чернобыльская АЭС — Национальный дворец «Украина» поворотом ключа аварийной защиты пятого уровня (АЗ-5) реактор энергоблока № 3 Чернобыльской АЭС был остановлен навсегда. 12 февраля 2013 года в 14 часов 03 минуты произошло частичное разрушение стеновых панелей и части легкой кровли машинного зала блока № 4 над необслуживаемыми помещениями с отметки +28,00 м в осях 50-52 от ряда А до ряда Б. Площадь разрушения составила около 600 кв. м. © Copyright: Вячеслав Дорошин, 2014.
Другие статьи в литературном дневнике:
|