varjag2007su (varjag2007su) wrote,
varjag2007su
varjag2007su

Categories:

Почему взорвался Чернобыль?

В сериале «Чернобыль» события начинаются с момента взрыва реактора. События, предшествующие взрыву и приведшие к нему, не затрагиваются. Вероятно, авторы решили не погружать зрителя в физику (а возможно, и сами её не поняли). Исправим эту недоработку.




Как мы уже говорили, в основе работы что ядерного реактора, что ядерной бомбы, лежит явление вынужденного деления атомного ядра, которое, поглощая нейтрон, разваливается на две части, выделяя значительное количество энергии и некоторое количество новых нейтронов, каждый из которых способен, в свою очередь, вызвать вынужденное деление других нейтронов. То есть, продукты, нужные для следующего этапа реакции (нейтроны) выделяются в ходе предыдущего её этапа. Такие реакции называются цепными. Благодаря этому из относительно небольшого количества урана можно получить значительное количество энергии без особых усилий.

Ну как «без особых». Усилия нужны, и довольно значительные. Подробнее здесь.

..

Например, нужно строго контролировать, чтобы на каждый нейтрон, принимающий участие в предыдущем акте реакции, приходился один и только один нейтрон, выделяющийся в её результате. Будет больше — скорость и интенсивность реакции будут возрастать, и реактор в итоге имеет шансы превратиться в ядерную бомбу. Будет меньше — реактор просто вырубится. Поэтому критическую роль играет так называемая реактивность. Для нормально работающего реактора она равна 0 (реактор не замедляется, но и не ускоряется). Если она больше нуля, интенсивность реакции увеличивается. Если меньше — уменьшается.

Хотя, как мы уже сказали выше, вообще говоря, реактивность надо поддерживать на 0, в некоторых ситуациях её надо контролируемо увеличивать (например, если мы хотим повысить мощность) или уменьшать (если мы хотим, к примеру, остановить реактор совсем).

Для того, чтобы управлять этим процессом, используется так называемая СУЗ — система управления и защиты. Она состоит из стержней (в случае чернобыльского реактора — 179), наполненных карбидом бора - веществом, отлично поглощающим нейтроны. Принцип простой: если нам надо замедлить реакцию, мы вводим в реактор больше стержней и на большую глубину. Если надо ускорить — извлекаем их в том или ином количестве.




Но в реакторах РБМК (как в Чернобыле) по определённым (и, добавлю, довольно веским) причинам карбид бора занимал не всю длину стержня: в самом низу находился кусочек, заполненный графитом, не замедляющим, а ускоряющим реакцию. Выглядит опасно, но расчёты показывали: в нормальной ситуации это ни к чему не приведёт, начальный незначительный «разгон» реактора (рост реактивности) будет сразу скомпенсирован, когда стержни погрузятся до карбид-борной части, а за те доли секунды, которые они будут погружаться, ничего страшного не произойдёт.

Вторая проблема в том, что реактивность зависит не только от уровня погружения стержней, но и от массы других факторов. Например, от того, в каком режиме работает система охлаждения.

Система охлаждения — это множество труб, пронизывающих реактор. В Чернобыле (и большинстве других реакторов) по ним течёт обычная вода, которая находится под высоким давлением и при значительной температуре. В рабочей ситуации часть этой воды превращается в пар. Проблема в том, что пар и вода по-разному поглощают нейтроны, и, соответственно, по-разному влияют на реактивность. Поэтому говорят о так называемом паровом коэффициенте реактивности (ПКР), который может быть больше или меньше нуля. Если ПКР больше нуля, то чем больше в трубах пара — тем больше реактивность, и наоборот.

Грамотно просчитанный реактор должен обладать отрицательным коэффициентом реактивности по предельно понятным соображениям: если в реакторе что-то идёт не так, и он начинает «разгоняться» (реактивность возрастает выше нуля), то будет расти его температура; соответственно, будет увеличиваться доля пара. В случае отрицательного ПКР, это приведёт к падению реактивности и стабилизации процесс. При положительном же будет наоборот, и по тем или иным причинам вышедший из равновесия реактор будет труднее стабилизировать.

Так вот, в РБМК ПКР был положительным: интенсивнее реакция -> больше температура -> больше пара -> ещё интенсивнее реакция. Нехорошо.

Правда, опять же, было подсчитано, что при всех мыслимых температурах работы реактора, дополнительная реактивность, вносимая ПКР, разрушить его не сможет. Ну, не сможет так не сможет, решили конструкторы.

А теперь переходим к самому интересному — к эксперименту, который ставили на ЧАЭС в ночь на 26 апреля 1986 года. Суть была следующая.

Все системы реактора  получают энергоснабжение от самого реактора. Но что будет, если реактор выключится? Оставшись без электричества, встанут, в частности, насосы системы охлаждения. А ведь даже остановленный реактор, в котором не идёт уже цепная реакция, всё равно потихоньку греется: это распадаются весьма радиоактивные продукты распада урана. Поэтому даже после остановки реактор требуется охлаждать, иначе он перегреется и произойдёт разрушение его конструкций. А как охлаждать, если насосы не работают?

В реакторах для этого предусмотрены специальные аварийные насосы, получающие электричество от специальных же аварийных дизель-генераторов. Но что будет, если эти генераторы по каким-то причинам не сработают? Как мы теперь знаем, ничего хорошего: в Фукусиме, собственно, они не запустились, и произошла тоже крайне неприятная авария. Так что вопрос непраздный.

Даже в случае полного отключения реактора, его турбина, вращаясь по инерции, будет какое-то время вырабатывать электричество — правда, всё меньше и меньше. Вот и решили проверить: а на сколько хватит энергии выбега турбины? Какое время она сможет питать насосы? И как будет вести себя реактор в условиях вынужденного перевода на столь скудное охлаждение (по мере того, как турбина замедляется, энергии вырабатывается всё меньше, насосы качают воду всё медленнее...). На это-то и решили посмотреть.




Выглядело всё вполне безопасно: реактор выводят на половинную мощность, отключают от трубины, замеряют выбег турбины, после чего «глушат» реактор.

Но автоматика реактора устроена так, что реагирует на отключение турбины как на серьёзную аварию. И, никого особо не спрашивая, сама включает аварийные насосы, охлаждая активную зону. Для того, чтобы этого не случилось, аварийные насосы перед опытом отключили.

Первая проблема случилась ещё на этапе подготовки к опыту — при снижении мощности. Вышло так, что оператор реактора ошибся: грубо говоря, засунул внутрь слишком много стержней, и мощность упала, причём почти до нуля. Эксперимент срывался.

Дело в том, что у реактора есть такой забавный эффект: если его мощность падает, то поднять её потом обратно сразу довольно сложно. Причиной этого является так называемый эффект йодного отравления, о котором я, с вашего позволения, рассказывать здесь не буду — долго получится. Скажу главное: если мы «уронили» мощность, опустив в реактор, скажем, 10 лишних стержней СУЗ, то для того, чтобы поднять её обратно, нужно извлечь, скажем, уже 30.

Инструкция такие операции прямо запрещала — в том числе и из-за пресловутого концевого эффекта стержней СУЗ. Но операторы решили обойти этот пункт инструкции и начали поднимать мощность.

Вроде подняли. Но в результате почти все стержни СУЗ оказались в крайнем верхнем положении. Первый шажок к катастрофе.




Дальше, по условиям эксперимента, полагалось подключить к реактору все шесть насосов системы охлаждения (главные циркуляционные насосы, ГЦН) (обычно работают только 4). Подключили. В реактор пошло много воды. Температура падает. Количество пара уменьшается. ПКР, напомню, положительный: мало пара — меньше реактивность. Реактор опять начинает захлёбываться. Ах ты ж ёпта, снова мощность падает! А поднимать чем? Стержни-то все уже наверху! А ну-ка давайте водички из труб отольём. Отлили. Вроде удержались на мощности. Ладно, можно начинать опыт.

Отключают турбину от реактора. Пошёл выбег. Выработка электричества, подаваемое на ГЦН, падает. Их производительность уменьшается. Воды в реактор поступает меньше. Температура теплоносителя растёт. Пара больше. Реактивность увеличивается. Ещё больше температура, ещё больше реактивность. Неприятно. Ой, совсем неприятно.

Надо бы водички подбавить... А чём ты её подбавишь? Барабаном? ГЦН у вас «на голодном пайке» энергии выбега, сильнее его качать не заставишь. Аварийные насосы вы отключили и запломбировали!




Решают: всё, стрёмно, надо вырубать реактор.

1 час 25 минуты 05 секунд 26 апреля. Старший инженер управления реактором Акимов, убедившись, что эксперимент по выбегу закончен, нажимает кнопку активации системы автоматической защиты реактора (АЗ-5). По её сигналу все 179 стержней устремляются в активную зону. И каждый из них — из-за злосчастного концевого эффекта — ещё чуть-чуть, на самую малость, ускоряет реактор, и так находившийся на грани. Теперь он эту грань переходит.

Начинается неконтролируемый разгон. Стремительно подскакивают реактивность и температура. Теплоноситель испаряется почти весь. ДАвление пара рвёт сначала аварийные клапаны, затем насосы, а потом и сами трубы. Реактор остаётся без охлаждения вообще. Злосчастный паровой коэффициент реактивности способствует дальнейшему разгону. Технологические каналы, по которым движутся стержни, деформируются от высокой температуры. Стержни опускаются в реактор примерно до середины и застревают. Их тормозящего действия уже недостаточно, чтобы остановить разгон.

Вода из разорванных труб поступает в «тело» реактора, где вступает в реакцию с цирконием, из которого сделаны внешние корпуса ТВЭЛов и разные другие элементы. В результате такой реакции выделяется водород.

Перегретый пар продолжает поступать в реактор, раздувая его изнутри, как воздушный шарик. Наконец, корпус не выдерживает и трескается — вероятно, это первый, наиболее слабый взрыв. Внутрь корпуса устремляется атмосферный воздух. Смешиваясь с ним, водород образует горючую смесь, которая детонирует. Вторая серия взрывов, разрушающая реактор нафиг.

Всё, приехали.




В принципе, картина случившегося ясна и подтверждается массой данных. Споры идут лишь вокруг того, кто виноват: проектировщики реактора, операторы или те, кто задумал эксперимент.

В принципе — все понемножку. Не заложи проектировщики в реактор сразу два таких серьёзных минуса, как концевой эффект и положительный ПКР, ни эксперимент, ни действия операторов реактор не взорвали бы.

Не предполагай программа эксперимента вывод аварийных насосов, можно было бы не «ронять» стержни, а аккуратно начать охлаждать реактор, убрать пар из системы охлаждения, поддерживая реактор в рабочем диапазоне температур и давлений и исключив влияние парового коэффициента реактивности. И тоже всё было бы хорошо.

Но и операторы виновны. Не нарушь они инструкцию по подъёму мощности реактора и не обезводив в процессе подготовки эксперимента реактор до преступно низких значений, эксперимент прошёл бы штатно и реактор был бы штатно же заглушен без взрыва. А главное — не нажми Акимов кнопку АЗ-5, уронив в реактор все стержни одновременно, а, помня о концевом эффекте (Акимов, а тем более руководивший экспериментом Дятлов, не могли о нём не знать), стал бы он глушить реактор постепенно, опуская стержни группами, причём с разных сторон — взрыва, возможно, тоже можно было бы избежать...




Только совпадение в одном месте и времени всех вышеизложенных фактов породило трагедию.

Но есть и хорошие новости. Как минимум, мы больше не строим реакторов, имеющих такие вот «особенности» в своей работе. Используемые сегодня в Украине, к примеру, реакторы ВВЭР в принципе нельзя взорвать таким способом — их вообще сложновато взорвать. А современные реакторы на быстрых нейтронах, которые строят в России, вообще устроены так, что даже самая худшая внештатная ситуация просто приводит к их глушению просто ввиду особенностей конструкции и технологического процесса. И худшее, что грозит нам в этом случае — это превращение реактора в большой металлический слиток без надежды на его восстановление, но и без значительных утечек радиоактивных веществ в окружающую среду.

Так что, какой бы ни была естественная после Чернобыля и Фукусимы атомофобия, бояться атомных станций не надо. В конце концов, число людей, погибших и пострадавших в результате Чернобыльской АЭС, сравнимо с числом жертв дорожно-транспортных происшествий в мире за год. А вред, нанесённый аварией экологии, несравним с тем вредом, который наносят ей в штатном режиме «безопасные» технологии, основанные на сжигании углеводородов. Любая фобия — это болезнь. А болезни лечат, а не идут у них на поводу.



Источник
.
Tags: катастрофы, наука, ссср
Subscribe

Recent Posts from This Journal

promo varjag2007su february 18, 14:57 10
Buy for 100 tokens
Друзья и читатели моего блога! Вы все знаете, что все годы существования моего блога мой заработок не был связан с ЖЖ. Т.е. я не была связана и не имела никаких обязательств материального характера ни перед какими политическими силами и различными группами, кроме дружеских уз и благодарности…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 4 comments