Чернобыльская аэс своими руками
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 18.09.2024
Трагедия на Чернобыльской АЭС случившаяся 20 лет назад, сильно подорвала доверие к атомной энергетике. Это был самый мощный выброс радиоактивных веществ в окружающую среду гигантское смертоносное облако прошло над российскими, украинскими, белорусскими территориями, коснувшись и других стран. Главная версия относительно причин катастрофы свелась не к просчетам конструкторов их не было, а к халатности сотрудников АЭС. Это они, грубо нарушив правила эксплуатации реактора, вызвали в нем неуправляемую цепную реакцию.
В ночь на 26 апреля 1986 года двенадцать сотрудников, заступивших на дежурство за пульт управления 4-го блока Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС), готовились к проведению ответственного эксперимента. Чтобы испытать новое устройство в аппаратуре управления выработкой электроэнергии, им предстояло смоделировать аварийную остановку турбины. Оборудование современных атомных станций тоже нуждается в электричестве, но при заглушении реактора и отключении внешней сети взять эту энергию было бы неоткуда, не будь на станции дизельгенераторов. Если во внешней сети происходит сбой, станция в первые минуты питается от аккумуляторов. Они дороги и громоздки, занимают целые залы и повышают себестоимость энергии. Строительство АЭС обходилось бы дешевле, если бы вместо аккумуляторов для питания станции, пока запускают дизели, можно было использовать кинетическую энергию раскрученных паровых турбин. На ЧАЭС уже проводились эксперименты с этой целью, но отказаться от аккумуляторов пока никак не удавалось.
В 00 часов 28 минут операторы приступили к снижению тепловой мощности реактора. Но, видно, в системе управления что-то не заладилось, и вместо запланированных 700 МВт мощность реактора упала до 30. Судя по показаниям самописца, в течение 5 минут мощность нейтронного потока сошла на нет и цепная реакция прекратилась. Реактор фактически встал. Короткоживущие изотопы, активно поглощающие нейтроны, начали отравлять его рабочую зону.
Чернобыльский РБМК-1000
Реактор размещается в бетонной шахте размером 24х24 м и представляет собой цилиндр диаметром 14 м и высотой более 20 м, сложенный из графитовых колонн. Каждая колонна имеет центральное отверстие, пронизывающее ее насквозь. В отверстия вставлены трубы технологических каналов диаметром 80 мм, где размещаются урановые сборки, двигаются стержни-поглотители и под давлением 65 атмосфер течет вода, отводящая тепло. Эти трубы сделаны из циркония, графитовая кладка герметично закрыта кожухом, а вокруг нее по бокам, сверху и снизу располагаются баки с водяной биологической защитой. Рабочая температура воды на входе технологических каналов составляет 210°С, на выходе 284°С. Из каналов пароводяная смесь поступает в барабан-сепараторы, в которых от воды ежечасно отделяется 5 000 т сухого пара и направляется на лопатки двух паровых турбин мощностью по 500 МВт.
Чтобы в активной зоне реактора типа РБМК-1000 шла контролируемая цепная реакция, в системе управления используются 211 стержней, регулирующих коэффициент размножения нейтронов по всему объему активной зоны. При необходимости они автоматически передвигаются внутри нее вверх-вниз, поддерживая этот коэффициент близким к 1 локально и по всей зоне.
Так реактор РБМК-1000 работает в нормальном режиме. Если его работа дает сбой, автоматически включаются системы, обеспечивающие возвращение нужного параметра к рабочей норме или снижение тепловой мощности реактора вплоть до полной его остановки без повреждения активной зоны.
Общий вид 4-го блока Чернобыльской АЭС. Высокая труба над зданием предназначена для удаления газообразных отходов, возникающих при работе реактора
1 реактор
2 технологические каналы
3 пароводяные коммуникации
4 барабан-сепаратор
5 паровые коллекторы
6 трубопроводы, по которым остывшая вода возвращается в реактор
7 насосы, обеспечивающие циркуляцию воды
8 раздаточные коллекторы
9 водяные коммуникации
10 система контроля герметичности оболочек урановых топливных элементов
11 верхний слой защиты
12 боковая зашита
13 нижний слой защиты
14 бассейн для выдержки рабочих стержней
15 загрузочная машина
16 мостовой кран
Однако было поздно
Поскольку автоматическую систему аварийной остановки реактора отключили еще раньше, цепная реакция вышла из-под контроля. Это произошло, скорее всего, на высоте 1,5 2,5 м от основания реактора. Неконтролируемое расщепление ядер вызвало перегрев охлаждающей воды. Циркониевые трубы не выдержали давления смеси воды и пара, некоторые из них взорвались. Оказавшись внутри реактора, вода превратилась в сжатый пар. Стремительно расширяясь, этот пар приподнял крышку реактора, которая весила 2 500 тонн. Двигаясь вверх, крышка последовательно разорвала оставшиеся технологические каналы. Теперь уже многие тонны перегретой воды обратились в пар, и сила его давления подкинула крышку на 1014 м. В эту дыру ринулась смесь пара, обломков кладки, ядерного топлива, технологических каналов и других конструкционных элементов. Крышка перевернулась в воздухе и упала обратно ребром, раздавив верхнюю часть активной зоны и вызвав дополнительный выброс радиоактивных веществ.
Это и был первый, относительно слабый взрыв, описанный очевидцами. Активная зона реактора была разрушена сжатым паром. Так взрывается, например, паровой котел.
Сейсмические приборы на трех сейсмостанциях в 100180 км от места событий зарегистрировали только второй взрыв. Он имел магнитуду 2,5 балла по шкале Рихтера и мощность, эквивалентную взрыву 10 тонн тротила.
Кто виноват?
До 2001 года существовали две научно обоснованные версии чернобыльской катастрофы. Одна из них отражена в известном докладе, представленном СССР в МАГАТЭ в 1986-м. В нем отмечается, что дежурный персонал 6 раз грубо нарушил правила эксплуатации реактора, привел его в неуправляемое состояние и отключил почти все средства аварийной защиты. Реактор пошел в разгон и взорвался. Из материалов следовало, что серьезных претензий к конструкции реактора нет и что во всем виноват дежурный персонал.
В 1991-м комиссия, образованная Госатомнадзором, связала причины чернобыльской аварии с наличием на концах управляющих стержней длинных графитовых вытеснителей воды. Они поглощают нейтроны хуже, чем вода, поэтому их ввод в активную зону после нажатия кнопки АЗ-5 окончательно лишил реактор управления. Виновниками катастрофы были названы создатели реактора. При этом исходным событием в обеих официальных версиях считается нажатие кнопки АЗ-5, которое вызвало движение стержней вниз и привело к взрыву.
Первый взрыв тепловой уничтожил реактор и запустил процессы, приведшие к образованию взрывоопасной газовой смеси
Второй взрыв смеси водорода с воздухом разрушил здание 4-го блока
Схема разрушенного реактора
1 крышка реактора
2 элементы боковой водяной защиты
3 нижняя биологическая защита
4 барабан-сепаратор
5 бассейн-барботер
6 бассейн выдержки отработанного топлива
Взрыв гремучей смеси
В разрушенной активной зоне начались химические процессы. В результате пароциркониевой реакции за несколько секунд образовалось до 5 000 м3 водорода. Когда крышка реактора взлетела в воздух, газовая масса вырвалась из шахты в центральный зал. Легковоспламеняющаяся смесь из воздуха и водорода не могла не взорваться от случайной искры или от контакта с раскаленным графитом. Этот второй мощный взрыв разрушил центральный зал и другие помещения 4-го блока.
Между тем внутри 4-го блока уже поняли, что произошла крупная авария, но не представляли ее истинных масштабов. Руководитель испытаний отправил в центральный зал двух стажеров посмотреть состояние реактора. Оба получили смертельные дозы, а вернувшись, сообщили, что тот разрушен. Дежурные бросились измерять уровни радиации в рабочих помещениях. Приборы зашкаливали.
Взрывы выбросили наружу газы, аэрозоли и пыль, образовавшиеся в активной зоне. Взмыв на высоту до 6 км, они были подхвачены ветром. Гигантское радиоактивное облако понеслось на северо-запад. Наиболее тяжелые частицы выпали в прилегающих к ЧАЭС районах, а легкие понеслись через Белоруссию, Польшу и Балтийское море в Скандинавские страны, оставляя на земле широкий след радиоактивных осадков. Когда ветер сменил направление, оставшуюся часть выброса широким фронтом понесло через Финляндию на Ленинградскую область и далее на Москву. 27 апреля смертоносное облако, сильно поредевшее, окончательно рассеялось в атмосфере, не долетев до столицы 400 км. Это был первый и самый мощный выброс радиоактивных веществ в окружающую среду.
Ядерный водопад
В разрушенном реакторе образовалась раскаленная смесь из диоксида урана, графита, циркония, воды и других частей активной зоны. В этой массе начались химические реакции, горение графита. Когда разгорается последний, температура среды достигает 2 5003 000°С, плавится все вокруг, а такие компоненты, как радиоактивный цезий, испаряются в течение нескольких секунд. Радиоактивный распад продуктов деления в ядерном топливе еще сильнее разогревает среду.
Ликвидация в свинцовых рукавицах
Чернобыльская АЭС – атомная электростанция на Украине, получившая широкую и печальную известность во всем мире в связи с аварией, случившейся в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года. Она расположена в Полесье, на берегу Припяти, всего в 11 км от границы с соседней Беларусью. Станция окружена трехкилометровой санитарно-защитной зоной, к западу от которой находится покинутый город, или город-призрак Припять. Относительно недалеко от этого объекта, в 110 км, раскинулась столица Украины – город Киев.
Сэкономь на путешествии!
Видео: Чернобыльская АЭС
Общая информация
Между тем, Чернобыльская зона как туристическое направление развивается не так быстро. Туроператоров, организующих сюда экскурсии, не слишком много ввиду того, что гидам требуется пройти специальное обучение. Непосредственно в зону отчуждения попасть можно только через специальные контрольно-пропускные пункты с ограниченной пропускной способностью, что создает дополнительные неудобства, хотя такие препятствия вряд ли могут остановить любителей путешествий и ценителей всего нового, таинственного и неизведанного. Из положительного следует отметить то, что маршруты все же потихоньку расширяются, становятся доступными многие ранее закрытые участки, до некоторых из них можно будет добраться по воде – на каяках. В перспективе планируется открытие дополнительных КПП.
История строительства атомной электростанции
Авария 9 сентября 1982 года
За все время своего существования Чернобыльская атомная электростанция пережила две аварии. Первая – о ней широкой публике практически ничего не известно – имела место 9 сентября 1982 года. Накануне в ходе пробного пуска реактора первого энергоблока выполнили плановый ремонт. Но что-то пошло не так, и разрушилась тепловыделяющая сборка. Произошел аварийный взрыв технологического канала №62-44, деформировавший графитовую кладку активной зоны. В результате случился выброс значительного количества радиоактивных веществ в реакторное пространство. Таких последствий эта авария не имела бы, сработай аварийная защита, и если в течение 20 минут после разрыва канала, что очень долго, реакторную установку не удерживали бы на мощности 700 МВт.
Авария задела и реакторное пространство второго энергоблока, в которое было выброшено около 800 кг воды. Последняя, испаряясь, спровоцировала резкое повышение давления, вследствие чего оказались выдавлены гидрозатворы, и парогазовая смесь из реакторного пространства устремилась под колокол мокрого газгольдера. Затем, смешавшись с радиоактивной парогазовой смесью из реакторного пространства первого энергоблока, она через опорожненный гидрозатвор блока №2 вырвалась в вентиляционную трубу, а оттуда в атмосферу. Радиоактивные вещества загрязнили довольно обширную территорию. Чтобы ликвидировать последствия этой аварии, потребовалось около трех месяцев ремонтно-восстановительных работ. Однако возвращать к жизни канал №62-44 не стали. Навсегда был выведен из работы и примыкающий непосредственно к нему участок активной зоны.
После случившегося проектировщики разработали и реализовали мероприятия по предотвращению подобных ситуаций, однако уже через четыре года на ЧАЭС случилась такая масштабная катастрофа, в сравнении с которой первая авария может показаться мелким инцидентом с незначительными последствиями.
Авария 26 апреля 1986 года
В ту страшную ночь ничего не предвещало беды. Станция работала в штатном режиме, на четвертом энергоблоке специалисты проводили проектное испытание турбогенератора №8. И вдруг неожиданно около 1:24 произошел взрыв. Он оказался такой силы, что полностью разрушил реактор. Частичное обрушение постигло здание энергоблока и кровлю машинного зала. Взрыв спровоцировал возникновение свыше трех десятков очагов пожара в помещениях и на крыше, которые к 5 часам утра были полностью ликвидированы. На месте аварии работали бригады военной части, припятские и киевские пожарные. Совместными усилиями удалось локализовать огонь и не допустить его распространения на другие энергоблоки.
Кроме того, в первые же часы аварии отключили оборудование четвертого энергоблока и полностью остановили соседний третий. Однако вечером 26 апреля в центральном зале четвертого энергоблока возник сильный пожар. Ввиду того, что вследствие взрыва реактора возникла тяжелая радиационная обстановка и горение имело большую интенсивность, для его ликвидации использовали вертолетную технику, так как с самого начала было ясно, что штатными средствами обойтись не получится.
В первые дни после катастрофы ликвидаторы работали на Чернобыльской АЭС без необходимых средств защиты и, получив несовместимую с жизнью дозу радиоактивного облучения, вскоре скончались. Так называемая активная стадия аварии продолжалась 10 суток, на протяжении которых происходили чрезвычайно интенсивные выбросы радиоактивных элементов. Среди них изотопы урана, плутония, а также цезия-134 и цезия-135, период полураспада которых составляет, соответственно, 2 года и 30 лет, стронция-190 (его период полураспада – 29 лет), йода-131 (период полураспада один из самых коротких – 8 дней). В первые дни горячая струя над разрушенным реактором устремлялась на высоту более километра, уменьшившись позднее до нескольких сотен метров.
В то время, когда иностранные журналисты били в набат, рассказывая об угрозе для жизни людей, о радиоактивном облаке, устремившемся в сторону Европы, в Киеве и других городах Украины и Беларуси проводились традиционные майские парады. Киевляне шли по Крещатику и площади Октябрьской революции (сегодня – Майдан Независимости), нарядные, с цветами, с красными флагами и транспарантами, даже не догадываясь о том, что на тот момент уровень радиации превышал фоновый в несколько десятков раз.
По данным Всемирной организации здравоохранения, общее количество людей, погибших вследствие аварии, или могущих погибнуть в будущем составляет 4 тысячи человек. Из этого количества в общей сложности 50 аварийных сотрудников погибли от острой лучевой болезни, а 9 детей умерли от рака щитовидной железы, спровоцированной облучением. Еще примерно 3940 человек, согласно оценкам ВОЗ, могут умереть от рака и лейкоза, вызванных радиационным поражением организма.
Но есть еще более страшные цифры. В общей сложности на ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС было задействовано 600 тысяч человек со всего Советского Союза. Из них умерли 60 тыс., стали инвалидами 165 тыс.
Спустя три десятилетия после аварии не теряет актуальности вопрос: что же стало его причиной? Имеются разные версии. По одной из них, взорвавшийся реактор изначально не отвечал стандартам безопасности и имел слабые места в конструкции. В качестве возможных причин также называются недоработанный регламент эксплуатации, недостаточная квалификация персонала и его халатное отношение к системам защиты во время проведения испытаний. Но какая из них является истиной или хотя бы максимально приближена к ней, сказать трудно. Не исключено, что имела место комбинация всех этих факторов.
Чернобыльская АЭС после аварии
Мощность взрыва на четвертом энергоблоке ЧАЭС была эквивалентной взрывам 80 атомных бомб, сброшенных Соединенными Штатами на японскую Хиросиму 6 августа 1945 года. Аварии на Чернобыльской станции по Международной шкале ядерных событий присвоили седьмой – максимальный! – уровень опасности. Выброс радиоактивных элементов составил около 50 млн кюри, что в 400-500 раз превышает показатели заражения Хиросимы после бомбардировки. Они заразили около 200 тыс. км² земель. Львиная доля этой огромной площади, порядка 70%, приходится на Украину, Беларусь и Россию.
Что касается Чернобыльской атомной электростанции в целом, то было принято решение ее закрыть. Сроки вывода энергоблоков из эксплуатации были утверждены Верховным Советом и Советом министров Украинской ССР 17 февраля 1990 года. После того, как 11 октября 1991 года на втором энергоблоке возник пожар, руководство УССР распорядилось остановить его немедленно. Через два года планировалось закрыть первый и третий энергоблоки, но правительство Украины предложило продолжить эксплуатацию ЧАЭС. Однако под давлением мировой общественности окончательное решение о выводе станции из эксплуатации все же было принято.
Между тем, процесс вывода станции из эксплуатации нельзя считать завершенным. Согласно утвержденному графику, это должно произойти в 2064 году. До этой даты реакторы будут находиться в законсервированном состоянии, пока не снизится их радиоактивность.
Чернобыльская зона как туристическое направление
Так называемый чернобыльский туризм становится всё более популярным, и он является полностью безопасным. Если сравнивать зону отчуждения в первые годы после аварии и сейчас, то разница очевидна. Начинает активно пробуждаться природа, появляются редкие виды растений и животных. Хотя, и этого никто не скрывает, в зоне ЧАЭС и по сегодняшний день остаются места со значительно повышенным и потенциально смертельно опасным уровнем радиации.
В 2017 году 30-километровая зона отчуждения получила официальный статус как Чернобыльский радиационно-экологический биосферный заповедник, который уже называют туристическим объектом №1 на Украине. Это уникальное место, где можно увидеть дикую природу такой, какой вы ее не увидите больше нигде. Здесь обитают вместе волки и олени, бобры и черепахи, медведи и дикие лошади. Ежегодно в этом заповеднике бывает более 50 тыс. человек, и развитие туризма способствует зарождению местной экономики. Правда, модных отелей, развлекательных центров, кафе, ресторанов и сувенирных магазинов тут нет. Чернобыльская зона, хотя и открыта для туристов, продолжает оставаться охраняемой военной территорией и центром распределения электроэнергии между соседними Украиной и Беларусью.
Экскурсия по городу перенесет вас в 80-е годы прошлого века. Припять – это маленький кусочек Советского Союза эпохи развитого социализма не только на Украине, но и во всем бывшем СССР. На стенах домов сохранились граффити тех лет. Повсюду встречаются портреты, плакаты и лозунги, связанные с Лениным и КПСС, их можно увидеть в школах, детских садах, дворце культуры, больнице, гостинице, в отделении милиции. Глядя на все это, невозможно отделаться от впечатления, что совершил путешествие в то самое кажущееся безмятежным прошлое, по которому ностальгирует основная масса представителей старшего поколения. К реальности возвращает разве что пустота и зловещее безмолвие вокруг. В Припяти не только безлюдно – даже птиц в небе не увидишь.
Для современной молодежи экскурсия в Припять – это уникальная возможность получить наглядное представление о временах Советского Союза. Не нужно быть обладателем богатой фантазии, чтобы представить себе, насколько процветающим был этот город энергетиков, и какие блестящие перспективы его ожидали, не случись в апреле 1986 года эта страшная катастрофа. Правда, все здания однотипные, строились из бетона, и в этом плане Припять ничем не отличалась от других советских городов. Некоторые дома скрыты под кронами разросшихся деревьев и их едва видно, а другие рухнули то ли от времени, то ли под тяжестью большого количества выпавшего на них снега.
Как легально попасть в Чернобыльскую зону
Туристам, легально приезжающим в заброшенный город Припять и вполне комфортно существующий райцентр Чернобыль, в котором проживают рабочие-вахтовики, обслуживающие станцию, выдают индивидуальные дозиметры и учат ими пользоваться. Таким образом, люди, что называется, убивают двух зайцев – и на экскурсии побывают, и базовые знания получат, как действовать на случай радиационной катастрофы, чтобы выжить.
За несколько дней до поездки турист должен обратиться к оператору, имеющему официальное разрешение на деятельность в зоне отчуждения. Оставив свои паспортные данные, он вносит предоплату. Для граждан Украины однодневная экскурсия обойдется минимум в 49 долларов, для граждан иностранных государств – в 99 долларов и выше.
Личные данные о потенциальном туристе проходят проверку в спецслужбах. Если человек по каким-то причинам не вызывает доверия, ему откажут в посещении Чернобыльской зоны отчуждения. Тем, кому разрешат, туроператор оформит пропуска. Когда сформируется группа, назначается день и место сбора в Киеве, где ее встречает экскурсовод и рассаживает в автобус. Время в пути до ЧЗО составляет полтора часа. Затем туристы проходят на территорию через контрольно-пропускной пункт.
Рейтинг: / 166
Подробности Родительская категория: ЧАЭС Категория: ЧАЭС сегодня
Использование ядерной энергии для получения электроэнергии осуществляется при помощи специальных аппаратов, которые называют ядерными реакторами. В реакторе процесс высвобождения энергии идет постепенно, поскольку в цепной реакции деления нейтроны освобождаются не одновременно. Большая часть нейтронов образуется менее чем через 0,001 секунды – это так называемые мгновенные нейтроны. Другая часть (около 0,7%) образуется через 13 секунд – это запоздалые нейтроны. Именно они дают возможность регулировать скорость прохождения цепной реакции при помощи специальных стержней, которые поглощают избыток нейтронов. Стержни вводятся в активную зону реактора и стабилизируют процесс размножение нейтронов на безопасном уровне.
Что собой представляет ядерный реактор?
Существует две основные категории реакторов – реакторы на тепловых (медленных) нейтронах и реакторы на быстрых нейтронах. В дальнейшем речь будет идти о реакторах на тепловых нейтронах
Основным элементом ядерного реактора является активная зона, в которую загружают тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы). В этих элементах и происходит цепная реакция. ТВЭЛ реактора РБМК – это циркониевая трубка диаметром 10 мм и длинной 3,5 м. В трубке помещены таблетки двуокиси урана (UO2). ТВЭЛы размещены в замедлителе. В реакторах РБМК Чернобыльской АЭС в качестве замедлителя используют графит. К слову, именно это существенно усугубило ситуацию в апреле 1986 года. В конструкциях других атомных реакторов в качестве замедлителя используют воду.
Тепло, которое выделяется в ТВЭЛах в результате деления урана, отводится при помощи теплоносителя (например, водой). Теплоноситель непрерывно циркулирует сквозь активную зону. Через реактор РБМК-1000 ежечасно проходить 37500 м 3 воды. Управление работой реактора осуществляется при помощи системы управления и защиты (СУЗ). СУЗ обеспечивает запуск, остановку реактора а также осуществляет регулирование его мощности. К ней относятся стержни, которые наполнены веществом сильно поглощающем нейтроны (кадмий, бор и т.д.). Введение в активную зону стержней приводит к остановке реактора, а извлекая их из реактора осуществляется регулировка мощности. Для реакторов на тепловых нейтронах характерным является наличие замедлителя в активной зоне (вода и графит).
Существует большое количество других типов реакторов, которые отличаются конструкцией, типом теплоносителя, энергией используемых нейтронов и т.д.
Принципиальная схема устройства ядерного реактора (активной зоны) представлена на рисунке.
Тип ядерного реактора на ЧАЭС
На Чернобыльской АЭС было установлено четыре реактора РБКМ-1000. Аббревиатура РБМК – реактор большой мощности канальный. Цифра 1000 указывает мощность энергетической установки, которая способна генерировать 1000 мегаватт электроэнергии в час. Необходимо отметить, что ядерный реактор, кроме энергетической мощности имеет тепловую мощность выделения тепла в реакторе. Тепловая энергия составляет 3000 мегаватт. Используя эти два значения (значения тепловой и энергетической мощности) можно легко рассчитать коэффициент полезного действия ядерного реактора РБКМ–1000 – 31%.
Важной особенностью устройства РБМК является наличие каналов в активной зоне, по которым движется теплоноситель (вода). То есть, наличие каналов в толще замедлителя дает возможность двигаться теплоносителю, который нагреваясь превращается в пар, который в свою очередь вырабатывает электроэнергию. Такая схема генерации энергии позволила сконструировать мощные реакторы. Так, активная зона РБМК имеет вид вертикального цилиндра высотой 7 метров, а диаметр 11,8 метров. Весь внутренний объем реактора заполнен графитовыми блоками размерами 25x25x60 см 3 . Общий вес графита в реакторе составляет 1850 тонн.
Графитовые блоки имеют в центре цилиндрическое отверстие, через которое проходит канал с водой, которая является теплоносителем. Графитовые блоки, которые находятся на периферии реактора отверстий и каналов не имеют. Эти блоки играют роль отражателя. Толщина этого слоя один метр.
Графитовая кладка окружена цилиндрическим металлическим баком с водой. Он играет роль биологической защиты. Графит опирается на плиту, которая состоит из металлоконструкций, а сверху графит также накрыт подобной плитой. Верхняя плита, для защиты от излучений, накрыта дополнительным настилом.
ЧУДО психоанализа: заработать на модных профессиях не прочь даже бывший священник
Мать назвала дочь Икеа, а спустя годы та сменила имя из-за издевательств
После государственного переворота жители Буркина-Фасо вышли на улицы с российскими флагами
Утешительный приз: юных спортсменов наградили майонезом
Юмор на грани: Гарольд, скрывающий боль, оценил бы этот пост
15 актеров, которые снялись в фильмах вопреки своему желанию
Когда выгорание подкралось незаметно: с юмором о модном нынче термине
Блогера-лихача арестовали на 11 суток после публикации видео с нарушениями правил ПДД
20 потрясающих фотографий с первых зимних Олимпийских игр, 1924 год
Самая необычная филиппинка из всех существующих (5 фото)
Человек из будущего: как вживить себя в чужие воспоминания
Очнулся — в гипсе: что ответит суд по иску о травме на удаленке?
Квартиры для детей: канадец создает игровые домики со всеми удобствами настоящих жилищ
В Петербурге три человека скончались после процедуры обследования желудка
В Тимашевске инвалид сам почистил снег, чтобы проехать
Парк аттракционов во Флориде показал, как выглядит поездка на «самых ожидаемых американских.
Российский зрительный нейроимплант впервые установлен обезьяне
Боль и разорение: как обстоят дела у начинающих инвесторов
Сильные в своей слабости, слабые в своей силе: о женщинах в армиях мира
23-летняя кассир "Сбербанка" украла 26 миллионов, чтобы увеличить грудь и уехать из страны
В Каире избили путешественника и блогера из России за фотоснимки из трущоб
Известные бренды с неизвестными лицами: как выглядели люди, основавшие знаменитые компании
Китайцы приделали "Бойцовскому клубу" счастливый конец
15 увлекательных фотографий, которые запомнятся надолго
Безумная толерантность добралась до M&M’s: конфетки-драже подвергнутся отказу «от.
15 глупых инструкций, которые больше путают, чем помогают
Красивые даты февраля манят потенциальных молодоженов в ЗАГС
ОИ-2022 в Пекине еще не стартовали, а уже полны скандалов
Девочка-маугли из подмосковной Электростали оказалась взрослой
В Словакии прошел испытания и сертификацию самолет-автомобиль AirCar
Project Ara: похороненное будущее модульных смартфонов
Известный фотограф Рене Робер замерз на центральной улице Парижа
"Студебеккер" 1931 года - самый большой автомобиль в мире
Маркетинговый ход не сработал: продажа "блокадного хлеба" возмутила россиян
20 пар знаменитостей, похожих друг на друга как две капли воды
Дворник из Красноярска позаботился об автомобилистах
В Анапе таксист обиделся на клиента за ожидание и, покатав по городу, привез его назад к дому
Написанное о Чернобыле в общей сложности составляет не один внушительный том. Однако читателю-неспециалисту по-прежнему трудно разобраться в цепи причин и следствий, приведших к трагической развязке. Ему приходится брать на веру выводы, которые делают авторы, а выводы эти зачастую принципиально различны. Цель предлагаемой статьи — дать возможность каждому желающему выработать собственное обоснованное и независимое мнение о событиях апреля 86-го.
УСТРОЙСТВО ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
К апрелю 1986 г. на станции действовали четыре блока, каждый из которых включал в себя ядерный реактор типа РБМК-1000 и две турбины с электрогенераторами мощностью по 500 МВт1. Каждый блок вырабатывает 1000 МВт электроэнергии, мощность же выделения тепла в реакторе — 3200 МВт (отсюда нетрудно определить кпд блока — 31%).
Последняя буква аббревиатуры РБМК (реактор большой мощности канальный) указывает на важную особенность конструкции. Теплоноситель в активной зоне РБМК движется по отдельным каналам, проложенным в толще замедлителя, а не в едином массивном корпусе, как в другом основном типе советских энергетических реакторов — ВВЭР. Это позволяет делать реактор достаточно большим и мощным: активная зона РБМК-1000 имеет вид вертикального цилиндра диаметром 11,8 м и высотой 7 м. Весь этот объем заполнен кладкой из графитовых блоков размерами 25x25x60 см3 общей массой 1850 т. В центре каждого блока сделано цилиндрическое отверстие, сквозь которое и проходит канал с водой-теплоносителем. На периферии активной зоны расположен слой отражателя толщиной около метра — те же графитовые блоки, но без каналов и отверстий.
Графитовая кладка окружена цилиндрическим стальным баком с водой, играющим роль биологической защиты. Графит опирается на плиту из металлоконструкций, а сверху закрыт другой подобной плитой, на которую для защиты от излучения положен дополнительный настил.
В 1661-м канале с теплоносителем размещены кассеты с ядерным топливом — таблетками спеченной двуокиси урана диаметром чуть больше сантиметра и высотой 1,5 см, содержание 235U в которых несколько выше естественного — 2%. Две сотни таких таблеток собираются в колонну и загружаются в тепловыделяющий элемент (твэл) — пустотелый цилиндр из циркония с примесью 1% ниобия длиной около 3,5 м и диаметром 13,6 мм. В свою очередь, 36 твэлов собираются в кассету, которая и вставляется в канал. Общая масса урана в реакторе — 190 т. В других 211 каналах перемещаются стержни-поглотители.
Помимо описанных устройств, в состав каждого энергоблока входят система управления и защиты, регулирующая мощность цепной реакции, системы обеспечения безопасности — в частности, система аварийного охлаждения реактора (САОР), предотвращающая плавление оболочек твэлов и попадание радиоактивных частиц в воду, — и многие другие.
На 25 апреля 1986 года, пятницу, намечалась остановка четвертого блока ЧАЭС для планового ремонта. Было решено, воспользовавшись этим, испытать один из двух турбогенераторов в режиме выбега (вращения ротора турбины по инерции после прекращения подачи пара, за счет чего генератор некоторое время продолжает давать энергию).
Как установили впоследствии специалисты, программа испытаний была составлена непродуманно. Это стало одной из причин трагедии. Корень ошибок заключался в том, что эксперимент сочли чисто электротехническим, не влияющим на ядерную безопасность реактора.
Предусматривалось, что при падении тепловой мощности реактора до 700—1000 МВт (далее везде указана тепловая мощность) прекратится подача пара на генератор № 8 и начнется его выбег. Чтобы исключить срабатывание САОР в ходе эксперимента, программа предписывала заблокировать эту систему, а электрическую нагрузку насосов САОР имитировать подключением к турбогенератору четырех главных циркуляционных насосов (ГЦН).
События развивались так
25 апреля. 1 ч. 00 мин. Начато медленное снижение мощности реактора.
13 ч. 05 мин. Мощность снижена до 1600 МВт. Остановлен турбогенератор № 7. Питание систем блока переведено на турбогенератор № 8.
23 ч. 10 мин. Диспетчер снял свой запрет, и снижение мощности было продолжено.
1 ч. 00 мин. Мощность повышена лишь до 200 МВт вместо предписанных программой 700—1000 МВт. Из-за продолжающегося отравления увеличить ее больше не удавалось, хотя стержни автоматического регулирования были почти целиком выведены из активной зоны, а стержни ручного регулирования подняты оператором.
1 ч. 07 мин. Пущен второй резервный ГЦН, заработали восемь насосов вместо шести. Это увеличило поток воды через каналы настолько, что возникла опасность кавитационного срыва ГЦН, а главное — усилило охлаждение и еще больше снизило и без того слабое парообразование. Одновременно уровень воды в барабанах-сепараторах опустился до аварийной отметки. Работа блока стала крайне неустойчивой.
Оказались затронутыми и ядерные процессы в реакторе. Дело в том, что коэффициент размножения нейтронов в РБМК зависит от соотношения объемов воды и пара в его каналах: чем больше доля пара, тем выше реактивность. Иначе говоря, паровой коэффициент реактивности РБМК (составная часть общего мощностного коэффициента реактивности) положителен, то есть возможна положительная обратная связь: если реакция усиливается, в каналах может образоваться больше пара, отчего коэффициент размножения нейтронов увеличится, реакция вновь усилится и т. д. Правда, пока процесс шел в противоположном направлении: пара становилось меньше, и реактивность падала, так что стержни автоматического регулирования еще приподнялись.
До саморазгона оставались уже считанные минуты.
1 ч. 19 мин. Поскольку уровень воды в барабанах-сепараторах был опасно низким, оператор увеличил подачу питательной воды (конденсата). Одновременно персонал заблокировал сигналы аварийной остановки реактора по недостаточному уровню воды и давлению пара. Такое отступление от регламента эксплуатации программой испытаний не предусматривалось.
1 ч. 19 мин. 30 с. Уровень воды в сепараторах начал расти. Однако теперь из-за притока относительно холодной питательной воды в активную зону парообразование там практически прекратилось.
Это приблизило опасность вплотную. При отсутствии пара в каналах РБМК цепная реакция становится очень чувствительной к тепловым возмущениям: ведь в этих условиях увеличение содержания пара в теплоносителе на 1% по массе вызывает прирост объема пара на 20%; это соотношение во много раз больше, чем при обычной доле пара в каналах (14%). Значит, создается ситуация, когда вклад положительного парового коэффициента реактивности в общий мощностной коэффициент может стать настолько большим, что начнется саморазгон.
Между тем стержни автоматического регулирования, препятствуя снижению мощности, окончательно вышли из активной зоны, а так как и этого оказалось мало, оператор поднял выше и стержни ручного регулирования. Все это недопустимо снизило оперативный запас реактивности, то есть долю стержней, опущенных в зону.
Когда конец стержня находится вблизи границы активной зоны (внизу или вверху), его окружает меньший объем топлива, а следовательно, его движение слабей влияет на цепную реакцию. Реактор хорошо откликается на перемещение стержней, лишь когда их концы близки к центру зоны. Значит, при полностью поднятых стержнях заглушить реакцию быстро не удастся: ведь высота активной зоны РБМК-1000 — 7 м, а скорость введения стержней — 40 см/с. Вот почему так важно оставлять в зоне достаточное количество полуопущенных стержней.
1 ч. 19 мин. 58 с. Давление продолжало падать, и автоматически закрылось устройство, через которое излишки пара раньше стравливались в конденсатор. Это несколько замедлило падение давления, но не остановило его.
Теперь счет пошел на секунды.
1 ч. 21 мин. 50 с. Уровень воды в барабанах-сепараторах значительно повысился. Поскольку это было достигнуто за счет четырехкратного увеличения расхода питательной воды, оператор теперь резко сократил ее подачу.
1 ч. 22 мин. 10 с. В контур стало поступать меньше недогретой воды, и кипение немного усилилось, а уровень в сепараторах стабилизировался. Разумеется, при этом несколько возросла реактивность ρ, но стержни автоматического регулирования, слегка опустившись, тут же скомпенсировали этот рост.
1 ч. 22 мин. 45 с. Расход питательной воды и содержание пара в каналах наконец выровнялись, а давление начало медленно расти. Реактор, казалось, возвращался в стабильный режим, и было решено начать эксперимент.
1 ч. 23 мин. 04 с. Перекрыта подача пара на турбогенератор № 8. При этом, опять же в нарушение программы и регламента, был заблокирован сигнал аварийной остановки реактора при отключении обеих турбин3. Почему? Очевидно, персонал хотел в случае необходимости повторить испытания (если бы реактор заглушили, это бы не удалось).
Трагическая эстафета причин и следствий вышла на финишную прямую.
1 ч. 23 мин. 30 с. Кипение усилилось, количество пара в активной зоне возросло — и вот реактивность и мощность стали постепенно повышаться. Все три группы стержней автоматического регулирования пошли вниз, но не смогли стабилизировать реакцию; мощность продолжала медленно нарастать.
1 ч. 23 мин. 40 с. Начальник смены дал команду нажать кнопку АЗ-5 — сигнал максимальной аварийной защиты, по которому в зону немедленно вводятся все стержни-поглотители.
Это было последней попыткой предотвратить аварию, последним действием персонала до взрыва и — последней из множества причин, вызвавших этот взрыв.
Произошел почти мгновенный скачок мощности и парообразования. Стержни остановились, пройдя лишь два-три метра. Оператор отключил удерживающие муфты, чтобы стержни упали под действием собственной тяжести. Но они уже не шевелились.
1 ч. 23 мин. 43 с. Стал положительным общий мощностной коэффициент реактивности. Начался саморазгон. Мощность достигла 530 МВт и продолжала катастрофически расти: коэффициент размножения на мгновенных нейтронах превысил единицу. Сработали две системы автоматической защиты — по уровню мощности и по скорости ее роста, но это ничего не изменило, так как сигнал АЗ-5, который посылает каждая из них, уже был дан оператором.
1 ч. 23 мин. 44 с. Мощность цепной реакции в 100 раз превысила номинальную. За доли секунды твэлы раскалились, частицы топлива, разорвав циркониевые оболочки, разлетелись и застряли в графите. Давление в каналах многократно возросло, и, вместо того чтобы втекать (снизу) в активную зону, вода начала вытекать из нее.
Это и был момент первого взрыва.
Реактор перестал существовать как управляемая система, Давление пара разрушило часть каналов и ведущие от них паропроводы над реактором. Давление упало, вода вновь потекла по контуру охлаждения, но теперь она поступала не только к твэлам, но и к графитовой кладке.
Начались химические реакции воды и пара с нагретым графитом и цирконием, в ходе которых образуются горючие газы — водород и окись углерода, а также, возможно, реакции циркония с двуокисью урана и графитом, реакция ядерного топлива с водой. Из-за бурного выделения газов давление вновь подскочило. Накрывавшая зону металлическая плита массой более 1000 т приподнялась. Разрушились все каналы и оборвались уцелевшие трубопроводы над плитой.
1 ч. 23 мин. 46 с. Воздух устремился в активную зону, и раздался новый взрыв, как считают, в результате образования смесей кислорода с водородом и окисью углерода. Разрушилось перекрытие реакторного зала, около четверти графита и часть топлива были выброшены наружу. В этот момент цепная реакция прекратилась. Горячие обломки упали на крышу машинного зала и в другие места, образовав более 30 очагов пожара.
1 ч. 30 мин. По сигналу тревоги на место аварии выехали пожарные части из Припяти и Чернобыля. Началась вторая глава чернобыльской трагедии
1 — мощность; 2 — поток воды через ГЦН; 3 — давление пара в барабанах-сепараторах; 4—6 — длина погруженной части стержней-поглотителей каждой из 3 групп АР.
КАКОЙ ЖЕ БЫЛ ВЗРЫВ?
Остановимся и переведем дух. Теперь, когда нам известна суть происходившего на 4-м блоке в роковую ночь, можно попытаться обоснованно ответить на многие открытые вопросы. Начнем с наивного на первый взгляд вопроса, который часто ставился в разговорах, но никогда не поднимался в прессе: какой же был взрыв?
Взрывы обычно классифицируют по двум признакам: по природе самой запасенной энергии, и по механизму ее быстрого высвобождения.
По природе запасенной энергии можно насчитать столько типов взрывов, сколько существует видов и форм энергии. Взрыв баллона с газом при появлении трещины в оболочке, взрыв метеорита при столкновении с планетой, взрыв проводника при протекании мощного импульса тока — все это взрывы за счет энергии физических процессов. При химических взрывах выделяется энергия межатомных связей. Если же высвобождается энергия атомного ядра, взрыв нельзя назвать иначе, чем ядерным.
По механизму высвобождения энергии взрывы делятся на тепловые и цепные. Первые происходят при наличии положительной обратной связи: чем больше выделяется энергии, тем выше температура, а чем она выше, тем больше выделяется энергии (как, например, при горении). Цепные взрывы осуществляются в системах, где энергия высвобождается в элементарных актах, каждый из которых инициирует несколько новых, но не через повышение температуры, а непосредственно, как нейтроны при делении урана или активные радикалы в цепных химических реакциях.
Во всех официальных документах взрыв на ЧАЭС называют тепловым. Однако это относится к механизму. А по природе энергий? По этому критерию он ядерный, ибо при разгоне реактора в первую очередь выделилась именно энергия деления ядер урана.
Впрочем, и с механизмом вопрос сложный. Начался взрыв, конечно, как тепловой: система охлаждения на справлялась с отводом тепла, содержание пара увеличивалось, и мощность реактора росла. Но положительная обратная связь замыкается здесь через цепной процесс деления урана, а уж когда реактор стал критичным на мгновенных нейтронах, вспыхнувшая в нем реакция по своей физической сущности мало чем отличалась от процессов в атомной бомбе.
Выходит, взрыв действительно ядерный? Но ведь взрывов было два, и последующий, самый мощный и разрушительный — типично химический. Кроме того, все мы знаем, что ядерный взрыв отличают четыре поражающих фактора: ударная волна, проникающая радиация (гамма-кванты и нейтроны), световое излучение и радиоактивное заражение. Ударной волны и светового излучения в Чернобыле не было, проникающая радиация и радиоактивное заражение были. Что же — назвать взрыв полуядерным?
С другой стороны, в атомной бомбе радиоактивные осколки рождаются непосредственно в момент взрыва, в Чернобыле же рассеялись радионуклиды, накопившиеся за многие месяцы. Поэтому, хотя энергия механических разрушений не составила и стотысячной доли хиросимских, по заражению долгоживущими радионуклидами чернобыльская авария эквивалентна взрыву 200—300 бомб, сброшенных на Хиросиму.
Опасность при аварии на АЭС связана не с грандиозным ядерным взрывом и огромными разрушениями, а с утечкой радионуклидов и загрязнением местности вокруг нее. Это и само по себе достаточно серьезная угроза
Схема разрушений, произведенных взрывом реактора 4-го блока:
ИЗ БИОГРАФИИ РБМК
Но почему реакторы типа РБМК получили такое распространение в нашей стране?
Прежде всего, уран-графитовые системы с водяным охлаждением — самые простые и технологически доступные (поэтому на них и делалась ставка при разработке атомного оружия). Первые реакторы — и у Ферми, и у Курчатова — имели именно такую структуру. Эта схема использовалась на Первой (Обнинской) АЭС, она же сохранилась на Белоярской и Сибирской АЭС, а затем привела к появлению РБМК-1000. Однако со временем устройства такого типа постепенно вытеснялись другими. За рубежом сохранился только один подобный реактор на старейшем американском заводе по производству плутония в Ханфорде, но его паровой коэффициент реактивности отрицателен, а не положителен.
Говорят, что недостатки — почти всегда продолжение достоинств. Отсутствие единого корпуса — это одновременно отсутствие дополнительного барьера на пути выброса радионуклидов при аварии. Вдобавок гигантские размеры РБМК исключают строительство контейнмента — внешней защитной оболочки, без которой сейчас в мире не сооружается практически ни один мощный реактор. Физические особенности конструкции РБМК позволяют использовать в нем менее обогащенное топливо (в частности, полученное после регенерации отработавших твэлов ВВЭР). Зато в силу опять-таки физических особенностей конструкции эксплуатационные выбросы радиоактивных благородных газов у РБМК чуть ли не в 40 раз выше, чем у ВВЭР.
ИЗЛЕЧИМ ЛИ СИНДРОМ ЧЕРНОБЫЛЯ?
Кстати, на журналистах, прославлявших достижения атомной энергетики, не удосужившись разобраться в ее проблемах, лежит своя доля вины за происшедшее. Если бы подобными статьями не было сформировано всеобщее убеждение в абсолютной безопасности АЭС, если бы население оказалось психологически подготовлено к возможности экстремальных ситуаций, можно было бы сообщить жителям Припяти о происходящем в первые же часы и дать им необходимые рекомендации, не опасаясь вызвать панику. Тем важнее сделать выводы теперь. Однако сменить плюс на минус — еще не значит объективно разобраться, и поток публикаций, отвергающих атомную энергетику не менее размашисто и дружно, чем ее недавно хвалили, показывает, что Чернобыль научил профессионализму и беспристрастности далеко не всех.
2. Для удобства управления при работе на номинальной мощности реактор разделен на 12 независимых зон, в каждой из которых система локального автоматического регулирования (ЛАР) поддерживает нужную интенсивность цепной реакции. Для этого в каждой зоне есть 3 группы поглощающих стержней, по 4 стержня в каждой. Одна из них используется при регулировании на низких уровнях мощности. Из двух оставшихся групп одна (по выбору) применяется для регулирования в диапазонах средней и номинальной мощностей.
ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
ФИЗИКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
Атомная электростанция отличается от тепловой лишь тем, что пар для турбин нагревается за счет энергии ядерной реакции — деления ядер урана на два (изредка — три) крупных осколка. Этот процесс привлек внимание физиков в первую очередь потому, что может самоподдерживаться, поскольку относится к цепным.
Читайте также: