На сегодняшний день, несмотря на хождение в сети всяких нелепиц, Чернобыльская авария изучена сравнительно подробно. Подавляющее большинство серьезных исследователей полагают, что коренной причиной аварии была неудачная конструкция реактора, которая «выстрелила» вследствие крайне маловероятного случайного стечения обстоятельств. Практически все уверены, что это было именно случайное совпадение нескольких естественных причин; версии возможной диверсии однозначно отвергаются.
Отдельно стоит мнение И.Н.Острецова («…это американцы устроили нам взрыв»), но версия в его изложении выглядит эпатажной и не очень убедительной.
В то же время, взрыв 4-го блока на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 года был как нельзя кстати для развития перестройки; авария резко катализировала обвинения в адрес тогдашнего руководства СССР в неспособности управлять современным обществом, в замшелости, замалчивании правды и так далее, и тому подобное; эта катастрофа была великолепным – и очень своевременным – подарком прорабам перестройки.
Был и второй заяц, подстреленный тем же выстрелом, хотя и не столь очевидный – авария на Чернобыльской АЭС дала мощную идеологическую подпитку для сворачивания программ строительства новых атомных станций в Европе и США.
Сейчас, когда немного улеглась пыль эмоций и более отчетливо прояснился рельеф, хотелось бы еще раз взглянуть холодными глазами с высоты времени на руины Чернобыля – и спросить себя: а можно ли было искусственно организовать эту аварию?
…Меня всегда настораживают своевременные случайности; мы знаем, что самые лучшие экспромты тщательно готовятся заранее...
Но не будем ударяться и в другую крайность и притягивать за уши всякие нелепицы, лишь бы подогнать задачу под ответ; разные маргинальные версии с подземным ядерным взрывом и тому подобные сразу выведем за рамки – и не потому, что маргинальные, а потому, что совершенно не вписываются в канву фактических событий.
…Есть в физике способ решения задач, называемый «от обратного»; воспользуемся и мы подобным методом – начнем решать задачу с конца. Предположим, что я хочу устроить аварию на реакторе; посмотрим, что нужно было для этого сделать. Соответственно, фактические события разложим на три кучки: слева будем складывать всё, что могло способствовать нашему замыслу; направо отложим события, отрицающие нашу версию; посередине поместим события, однозначная трактовка которых затруднительна.
В качестве основных фактологических источников я использую сайт В.М.Дмитриева, а также обширную статью А.Н.Румянцева:
http://accidont.ru/index.html = Дмитриев
http://accidont.ru/memo/Rumjantsev.html = Румянцев
Оба автора известные специалисты, хорошо знают многие чернобыльские проблемы изнутри – и при этом отличаются взвешенным и разумным подходом к анализу и описанию событий.
Итак, приступим.
У реактора РБМК-1000 было два критических недостатка, приведших к аварии.
Первый недостаток: шаг (расстояние) между каналами. А.Н.Румянцев в своей статье достаточно подробно разбирает эту тему. В реакторе РБМК-1000 шаг между каналами составлял 250 мм (25 см). Численное моделирование показало, что именно при таком шаге при работе на малой мощности реактора в его нижней части возникает неустойчивый режим работы, связанный с увеличением коэффициента реактивности в локальных зонах при увеличении содержания пара. То есть, строго говоря, недостатком реактора была именно неустойчивая работа на малой мощности, которая реализовывалась при шаге между каналами 250 мм. Увеличение или уменьшение шага резко повышало стабильность работы реактора.
Здесь требуется небольшое пояснение. Активная зона реактора представляла собой цилиндр приличных размеров: диаметр около 12 метров, высота 7 метров. Она вся состояла из плотно уложенных графитовых блоков (типа специальных кирпичей), пронизанных насквозь сверху вниз технологическими каналами. При шаге 25 см через графитовый цилиндр диаметром 12 метров проходило, соответственно, около двух тысяч каналов.
Реактор представляет собой по сути своего рода большой кипятильник, в котором энергия ядерного распада нагревает воду до образования пара, этот пар вращает турбину, а турбина, в свою очередь, вращает турбогенератор, который уже вырабатывает электричество.
Вся полезная энергия выделялась именно внутри этих каналов. Вернее, энергия выделялась внутри 1661 канала, а в остальных каналах располагались поглощающие стержни и датчики управления.
Канал представлял собой сквозное цилиндрическое отверстие в графите. В это отверстие с зазором чуть больше одного сантиметра вставлялась труба из циркониевого сплава диаметром 88 мм и толщиной стенки 4 мм (это параметры технологических каналов, внутри которых располагались топливные сборки; для простоты я в дальнейшем буду называть эти каналы топливными).
В циркониевые трубы снизу под давлением примерно 80 атм подавалась вода. Надо иметь в виду, что при росте давления температура кипения воды также повышается; например, если при обычном давлении вода кипит при 100 градусах, то при 70 атм вода закипит уже только при 284 градусах.
На вход в топливные каналы, как сказано, вода подавалась при давлении 80 атм - и температуре 270 градусов, то есть немного ниже температуры кипения.
Внутри топливных каналов при движении снизу вверх вода омывала топливные сборки, вставленные внутрь топливных каналов на всю длину (труба в трубе) – пучок длинных цилиндрических трубок также из циркониевого сплава, уже внутри которых находились таблетки из обогащенного урана.
Эти таблетки в процессе управляемой ядерной реакции выделяли энергию и разогревались, отдавая тепло трубкам топливных сборок, внутри которых они находились; тепло с трубок снималось омывающей их водой, движущейся под давлением снизу вверх в трубах топливных каналов. Вода поступала в топливные каналы под давлением 80 атм и с температурой 270 градусов; по ходу движения, омывая горячие топливные сборки, она разогревалась до температуры ≈285 градусов (то есть примерно на 15 градусов), теряла немного в давлении за счет гидравлического сопротивления и поступала в барабан-сепаратор уже под давлением 70 атм.
При этом давлении, после подогрева в топливных каналах, вода активно вскипала, пар отделялся от воды и подавался на турбины, а оставшаяся вода возвращалась в систему.
Всё вышеизложенное – весьма упрощенное описание сложных процессов, протекающих в активной зоне реактора. А.Н.Румянцев вместе с коллегами, занимаясь после окончания МИФИ в середине 1960-х численным моделированием процессов в активной зоне реактора типа РБМК, шаг за шагом обнаружил следующее явление.
Вода подается снизу в трубки топливных каналов через систему коллекторов, идущих от главных циркуляционных насосов. Коллекторные трубки имели разную длину и, соответственно, разное гидравлическое сопротивление (так как, чем трубка длиннее, тем больше в ней снижается давление). Таким образом, в некоторые топливные каналы с длинными коллекторными трубками вода поступает при несколько пониженном давлении, то есть ближе к точке кипения.
Все эти гидравлические потери учитывались при моделировании.
Расчеты показывали, что при малой мощности реактора в его в нижней части возможны локальные увеличения коэффициента реактивности.
Коэффициент реактивности показывает, сколько новых нейтронов образуется на один поглощенный нейтрон. Если коэффициент реактивности ниже единицы, то реакция затухает, если выше – ускоряется.
В норме коэффициент реактивности чуть больше единицы – и очень опасно, если в результате какого-то случайного процесса этот коэффициент начнет увеличиваться.
Самопроизвольное увеличение коэффициента реактивности означает самопроизвольный разгон реактора.
Так вот, оказалось, что при шаге топливных каналов 25 см в нижней части реактора при его работе на малой мощности могут возникать участки с повышенным коэффициентом реактивности.
Само по себе это не так страшно – реактор имеет запас прочности по температурам и давлениям, а локальный разогрев урановых таблеток снижает их реактивность; то есть начальный локальный всплеск активности ядерного топлива удерживается реактором, а разогрев таблеток приводит к уменьшению их активности и возврату в прежнее состояние. Но расчеты показали, что в тех топливных каналах, куда подается вода по длинным коллекторным трубкам с немного пониженным давлением (то есть в состоянии ближе к точке кипения), при локальной неоднородности возможно частичное вскипание воды и образование некоторого количества пара в горячих зонах. Так как вода является поглотителем нейтронов, то образование пара приводит к тому, что количество воды немного уменьшается, а нейтронов, соответственно, становится немного больше; увеличение количества нейтронов повышает коэффициент реактивности, ядерная реакция интенсифицируется, таблетки разогреваются сильнее; разогрев таблеток приводит к дополнительному образованию пара и, соответственно, дальнейшему уменьшению количества воды, нейтронов становится еще больше – и спираль начинает раскручиваться.
Таким образом, первым конструктивным недостатком реактора была локальная неоднородность нейтронного поля, возникавшая во время работы на малой мощности и способная привести к росту коэффициента реактивности при образовании пара в отдельных топливных каналах в нижней части реактора – при выбранном шаге каналов 25 см.
Вторым конструктивным недостатком, вызвавшим аварию, был так называемый концевой эффект.
В чем он заключался? – Для управления реактором и его защиты использовались стержни управления и защиты (СУЗ), состоявшие из карбида бора. Эти стержни располагались в 227-ми технологических каналах (циркониевых трубах, через которые снизу вверх прокачивалась вода), равномерно распределенных среди 1661 топливных каналов. Карбид бора является сильным поглотителем нейтронов. Если требовалось уменьшить интенсивность реакции, то стержни опускались вниз, внутрь активной зоны – часть нейтронов поглощалась, ядерная реакция становилась менее интенсивной; при необходимость повысить мощность реактора стержни извлекались, рабочих нейтронов становилось больше – реакция интенсифицировалась.
Если требовалось заглушить реактор, в том числе аварийно, то все стержни СУЗ со сравнительно большой скоростью (40 см/сек) опускались вниз.
Длина стержней СУЗ равнялась высоте активной зоны реактора – 7 метров. Если стержень полностью выведен из канала, а труба под стержнем остается заполненной водой, то это будет ухудшать экономику реактора, так как вода поглощает нейтроны (не очень сильно – но всё же). Поэтому, для вытеснения воды в канале под поглотителем использовался графитовый вытеснитель – по сути, цилиндр из графита, пристыкованный снизу к стержню-поглотителю. Графит практически не поглощает нейтроны и, тем самым, не ухудшает экономику реактора. В чернобыльском реакторе в силу конструктивных ограничений длина вытеснителя была меньше высоты активной зоны, и вытеснитель не доставал до нижнего среза; соответственно, когда стержень СУЗ был полностью выведен вверх, то часть технологического канала снизу оставалась заполненной водой; высота водяного столба составляла примерно 1,2 метра.
Таким образом, при опускании стержня вниз вначале последовательно вытеснялся метровый столб воды (1,2 м), ее место занимал графитовый стержень, затем уже вместо графитового вытеснителя появлялся поглощающий стержень из карбида бора.
Причиной концевого эффекта был тот факт, что графит эффективно замедляет нейтроны фактически без поглощения, он как бы прозрачный для нейтронов (поэтому весь основной объём активной зоны заполнен графитом), а вода наряду с замедлением нейтронов их частично поглощает.
Стержни опускались на всю глубину 7 метров довольно быстро, со скоростью 40 см/сек; но за те несколько секунд, когда в нижней части реактора вместо воды в канале двигался графит, коэффициент реактивности внизу активной зоны увеличивался – так как вместо поглощающей нейтроны воды появлялся графит, пропускающий нейтроны; соответственно, в нижней части активной зоны впереди опускающегося стержня СУЗ на краткое время резко увеличивалось количество рабочих нейтронов.
Это увеличение нейтронов приводило к разгону реактора – на те несколько секунд, пока вместо воды двигался вниз графитовый вытеснитель; после подхода стержня-поглотителя из карбида бора разгон прекращался. В норме такой краткий разгон был фактически незаметен, но по ряду причин именно на малой мощности концевой эффект достаточно значительно сказывался именно в нижней части реактора.
Это был второй ключевой конструктивный недостаток реактора.
Конечно, если стержни вводились отдельно или более-менее равномерно, концевой эффект в общем объёме реактора был не очень заметен; чтобы он достиг максимальной величины, надо, чтобы одновременно как можно больше стержней пошли вниз.
Таким образом, если бы я захотел создать аварию, то должен был на малой мощности реактора поднять как можно больше стержней СУЗ вверх, а затем разом сбросить их вниз. Хорошо бы при этом иметь повышенный расход охлаждающей воды: особенность системы охлаждения реактора РБМК заключалась в том, что увеличении расхода воды выше номинала ее температура на входе увеличивалась и приближалась к точке кипения; тем самым я бы максимально использовал паровой эффект.
Еще раз: вначале снижаем мощность до 5-10% от номинала, увеличиваем расход охлаждающей воды и поднимаем как можно больше стержней СУЗ = взводим курок;
затем разом сбрасываем все стержни вниз (то есть глушим реактор) = стреляем.
Что происходит в результате выстрела? – В результате выстрела происходит взрыв реактора.
220 стержней, скользящих вниз, вытесняют воду графитом и провоцируют резкое появление дополнительных нейтронов в нижней части активной зоны (то есть увеличивают там коэффициент реактивности) – тем самым интенсифицируя ядерную реакцию и увеличивая температуру циркониевых трубок с урановыми таблетками. Но в нижней части реактора из-за неоднородности нейтронного поля всегда есть локальные зоны с повышенной температурой. Соответственно, в одной или нескольких наиболее разогретых локальных зонах этот дополнительный резкий подогрев вследствие концевого эффекта стимулирует образование пара, что, в свою очередь, еще добавляет свободных нейтронов из-за парового эффекта; новые сверхплановые нейтроны опять вызывают дополнительный разогрев и дальнейшее парообразование.
Ком покатился с горы, пошла неуправляемая ядерная реакция.
Вышеописанный процесс происходит очень быстро, со взрывным нарастанием скорости нагрева.
По разным оценкам, за время меньше одной секунды урановые таблетки разогрелись до нескольких тысяч градусов (я встречал цифру около 4000 0С) и сразу прожгли циркониевые трубки топливных сборок. Разогрев носил локальный характер, он произошел в отдельных зонах в нижней части нескольких топливных каналов.
Мы помним, что топливные сборки находятся внутри циркониевых топливных каналов, которые представляют собой трубы наружным диаметром 88 мм и толщиной стенки 4 мм. Внутри топливных каналов снизу вверх движется вода, омывающая топливные сборки.
Когда урановые таблетки прожгли стенку топливной сборки, в этом месте произошло резкое вскипание омывающей сборку воды, образование паровой рубашки и рост давления внутри топливного канала.
Трубки топливной сборки находятся рядом с внутренней поверхностью трубы топливного канала (толщина стенки которой = 4 мм). Циркониевый сплав обладает многими необходимыми свойствами, но его прочность сравнительно невысокая (именно поэтому давление воды внутри топливных каналов ограничено уровнем 70 атм). После разрушения (прожога) топливных сборок раскаленные урановые таблетки оказались непосредственно вблизи внутренней поверхности трубы топливного канала, что вызвало моментальный локальный разогрев четырехмиллиметровой стенки в этом месте.
При росте температуры прочностные свойства циркониевого сплава резко падают; металл становится как тесто, а потом плавится. Слабый участок выдавило наружу, и пар с водой хлынули в сантиметровый зазор между топливным каналом и графитом.
Основная часть энергии выделяется в топливных сборках, но ≈5% энергии при замедлении нейтронов всё-таки поглощаются массивом графита, вследствие чего графитовые блоки имеют температуру около 270 градусов.
Вода, хлынувшая в графит из топливного канала, моментально вскипела (как в бане, когда на камни плеснуть водой из ковшика); вскипание воды привело к образованию пара и росту давления внутри корпуса, окружающего активную зону.
Сам корпус имеет, конечно запас прочности, и разрушение одного канала для реактора не фатально, хотя и приведет к тяжелой аварии; это разрушение будет внутри блока без разрушения корпуса.
В ноябре 1975 года, за десять лет до Чернобыля, нечто подобное случилось в реакторе РБМК-1000 на ЛАЭС – из-за локальной неоднородности нейтронного поля при работе на малой мощности там произошел саморазгон реактора, но в результате прогорел как раз только один топливный канал. Реактор удалось заглушить, произошел выброс радиации и прочие неприятности – но, конечно, последствия были несопоставимо менее тяжелые, чем на ЧАЭС в 1986 году.
В Чернобыле произошло разрушение сразу минимум двух-четырех каналов – впрочем, возможно и больше. Через технологические каналы под давлением 70 атм прокачивается примерно 14 тонн воды в секунду. Вода хлынула через разрывы на раскаленный графит, давление внутри всего корпуса резко повысилось; давление пара снизу на верхнюю крышку увеличилось – и крышка стала деформироваться и смещаться вверх под действием давления.
По воспоминаниям очевидцев, бывших ночью в момент аварии на 4-м блоке, они вначале услышали как бы нечеловеческий стон. Видимо, это был звук от деформируемых конструкций.
Металл застонал – и стал разрушаться…
Крышка начала деформироваться вверх и потянула за собой все 1660 циркониевых труб топливных каналов; трубы стали массово лопаться, вода из трубок хлынула на раскаленный графит; внутри обезвоженных трубок остатки воды мгновенно превратились в пар, что спровоцировало разгон реакции из-за парового эффекта во всей активной зоне.
Пошла неуправляемая ядерная реакция.
Надо понимать, что неуправляемая ядерная реакция – это еще не взрыв атомной бомбы. Чтобы произошел ядерный взрыв, неуправляемая ядерная реакция должна быть сложным образом организована.
Позволю себе небольшое отступление для пояснения данного момента.
В свое время широко обсуждалась тема нейтронного оружия – вплоть до того, что были массовые демонстрации общественности за запрещение «чистой бомбы». В нейтронной бомбе примерно 80% энергии ядерного взрыва идет на образование быстрых нейтронов, что позволяет сделать акцент не на разрушении материальных объектов, а на убийстве живых организмов.
Менее известно, что изначально нейтронный боеприпас был разработан в качестве противоракетного оружия, как средство борьбы с ядерными боеголовками противника на баллистическом участке их траектории, то есть фактически в космосе. Попасть непосредственно в летящую боеголовку крайне сложно, почти невероятно, а взрыв даже поблизости от нее бесполезен, так как в безвоздушном пространстве нет ударной волны. Нейтронный боеприпас позволял решать проблему перехвата другим способом: образовавшиеся после взрыва в большом количестве нейтроны частично рассеивались в окружающем пространстве, частично поглощались корпусом вражеской боеголовки, а частично – проникали внутрь ядерного заряда. Ядерный заряд в боеголовке находится в подкритическом состоянии, коэффициент реактивности меньше единицы. Прилетевшие дополнительные нейтроны резко смещали коэффициент реактивности вправо, и в боеголовке начиналась неуправляемая ядерная реакция – примерно как в чернобыльском реакторе. Ядерный заряд разогревался, плавился, какие-то детали испарялись, и боеголовку могло даже разорвать изнутри. На жаргоне специалистов такой псевдо-взрыв называется «шипучка».
Собственно, такая же «шипучка» образовалась внутри чернобыльского реактора. Большое количество пара, мгновенно возникшего внутри активной зоны вследствие нагрева воды раскаленным ядерным топливом и от контакта с горячим графитом, сорвало верхнюю крышку, залитую бетоном, и выбросило всю начинку – раскаленный графит, стержни, ядерное топливо, датчики, трубки и все остальное – высоко вверх. Саму крышку массой 3000 тонн подбросило вверх на несколько десятков метров, после чего она немного повернулась в воздухе и рухнула вниз ребром на корпус реактора.
Впрочем, картина была немного сложнее; свидетели слышали два взрыва – один послабее, другой посильнее. Кроме того, визуальный осмотр разрушенного машинного зала, находившегося над реактором, позволял достаточно четко выделить эпицентр взрыва, разрушившего машзал. Этот эпицентр был смещен немного вбок от центра, а по высоте был выше уровня пола.
Предположительно, это был взрыв водорода. Специалисты в свое время достаточно однозначно отрицали возможность пароциркониевой реакции в тех условиях (то есть реакцию циркония с водой при высоких температурах, в результате которой образуется водород), но ведь водород мог образоваться и как результат разложения воды при очень высоких температурах.
Кроме того, мы ведь видели на Фукусиме, что три блока из четырех были разрушены именно взрывом водорода, образовавшегося из воды вследствие пароциркониевой реакции. Конечно, там были другие условия – но все же…
Возможно, когда разорвались первые несколько трубок, то на раскаленных участках каналов стал образовываться водород (может быть, вследствие пароциркониевой реакции; может быть, вследствие термического разложения воды). Водород – легкий газ, сразу взлетел под крышку, а когда крышку стало приподнимать давлением пара – вырвался через образовавшиеся щели в помещение машзала, где смешался с кислородом воздуха, образовал гремучую смесь – и взорвался, разметав машзал изнутри.
Это был первый взрыв.
Второй взрыв – паровой, когда вылетели внутренности активной зоны вместе с трехтысячетонной крышкой.
Очевидно, могут быть и другие версии - но так либо иначе, это уже нюансы, которые представляют скорее академический интерес.
Возвращаемся к основной теме.
Итак, мы достаточно четко представляем себе ход аварии и понимаем, что нам нужно сделать для ее реализации. Еще раз – вначале взводим курок (малая мощность, повышенный расход воды, стержни СУЗ вверху), а затем – стреляем (посылаем все стержни СУЗ вниз).
Давайте теперь посмотрим, как всё происходило в апреле 1986 года и проведем обещанную сортировку фактов на три кучки: левая кучка – те факты, которые могут свидетельствовать о злом умысле, правая кучка – те факты, которые указывают на случайный характер аварии, средняя кучка – те факты, которые можно трактовать и так, и эдак.
Начнем с А.Н.Румянцева и работами на проектом реактора РБМК-1000.
Румянцев в конце 1960-х, по сути, был создателем достаточно адекватной уникальной численной модели реактора. Такая модель требовала колоссального объема расчетов. Не откажу себе в удовольствии – позволю привести длинную цитату из статьи Румянцева: «В сентябре 1974 г. я был командирован на конференцию Американского Ядерного Общества в г. Атланта (США) с докладом о методах трехмерного моделирования нестационарных процессов в реакторах канального типа. Доклад вызвал интерес и был опубликован в сборнике трудов конференции. Основным был вопрос о том, где удалось найти такую ЭВМ, на которой можно было бы решать задачи с размерностью матриц порядка 104-105 с количеством элементов 108-1010? По мнению американцев, таких ЭВМ еще не было в природе. Ответ, что такой ЭВМ является БЭСМ-6, вызывал и удивление, и недоверие, и даже некоторую зависть».
В процессе моделирования постепенно выявлялись те опасные конструктивные недостатки, о которых сказано выше. Эти результаты докладывались руководству – в том числе директору института (ИАЭ им.Курчатова) А.П.Александрову, и публиковались в закрытых отчетах с грифом «Секретно». В 1973-м году Румянцев защищает кандидатскую диссертацию по численному моделированию (из которой по требованию руководства убрал все неудобные моменты). В 1974 году он предлагает А.П.Александрову создать на основе его группы лабораторию численного моделирования реакторов типа РБМК, сконцентрировав в ней расчетчиков, разбросанных по разным подразделениям. Лаборатория не была создана, а сам Румянцев, начиная с конца 1974 года, командируется в хорошее место, в Вену, для работы представителем МАГАТЭ, где он и работал до возвращения в ИАЭ в 1981-м году.
После возвращения оказалось, что его отчеты под грифом уничтожены в связи с истечением срока хранения, старые магнитные ленты с записями программ осыпались, да и вместо БЭСМ-6 пришла другая техника – копии американских IBM360/370.
Отказ от своих великолепных ЭВМ в пользу копирования западных машин, что сразу предопределяло отставание СССР в этом направлении, несомненно являлся злым умыслом – но это уже совсем другая история…
Кроме того, к тому времени реакторы РБМК почти серийно изготавливались и успешно работали, поэтому страшилки всяких ботаников не находили отклика у руководства – получившего награды и должности за эти реакторы….
Тем не менее, совсем ничего не делать было нельзя, тем более, что в 1980-м году вышло постановление ЦК КПСС и Совмина СССР о создании на базе ИАЭ кустового вычислительного центра в период до 1990-го года. Но работа шла ни шатко ни валко и сводилась к некоторым имитирующим движениям. Характерно в этом отношении заседание партийно-хозяйственного актива ИАЭ в ноябре 1984 года (в советские времена практиковались такие периодические собрания, где можно было достаточно откровенно обсудить актуальные темы).
В первом ряду сидели А.П.Александров и его заместитель В.А.Легасов.
Когда коллега Румянцева, Л.В.Майоров, во время своего выступления указал на отсутствие достаточной обоснованности некоторых конструктивных решений реактора РБМК из-за недостатка вычислительных мощностей, что может привести к тяжелой аварии, В.А.Легасов бурно отреагировал на услышанное, перейдя публично (!) на личные оскорбления в адрес Майорова. Процитирую еще раз Румянцева: «А.П.Александров в основном молчал, но настолько близко к сердцу принял эту информацию, что спустя три дня поставил вопрос об упразднении вычислительного центра, что и было сделано. На том же заседании Главный инженер ИАЭ им. И.В.Курчатова Е.О.Адамов (будущий глава Минатома) выступил с предложением построить гараж и автоматизированные механические мастерские вместо вычислительного центра в рамках им разработанной программы инженерной реконструкции Института. В итоге было реализовано предложение Е.О.Адамова. Постановление ЦК и Совмина было без последствий проигнорировано. Гараж был построен и стоял пустым свыше 10 лет, пока его не “передали” автомобильной фирме Audi».
Напомню, что это было за полтора года до чернобыльской аварии…
Другой характерный штрих – после возвращения в 1981 году Румянцев с удивлением узнал, что за время его отсутствия в конструкцию стержней СУЗ внесено изменение: графитовый вытеснитель был укорочен - хотя из его старых отчетов однозначно следовало, что укорочение вытеснителя повышает риск неконтролируемого разгона реактора.
И чтобы закончить – в мае 1986 года, сразу после аварии, Румянцев при личной встрече просил Легасова, только что вернувшегося из Чернобыля, включить его в команду Института, которая занималась расследованием причин аварии. Легасов, глядя прямо в глаза Румянцеву, обещал это сделать; два года спустя, уже после смерти Легасова, Румянцев случайно узнал, что тот отдал команду не подпускать Румянцева к аварии «на пушечный выстрел».
Суммируя: отношение руководства ИАЭ к результатам расчетов Румянцева является подозрительным. Конечно, могли быть какие-то личные симпатии/антипатии, но когда на кону стоит ядерная безопасность вновь создаваемого уникального реактора, просто даже из чувства самосохранения личные мотивы должны отойти в сторону – даже если такие мотивы были, что еще не факт…
И уже вовсе подозрительным является конструктивное уменьшение длины вытеснителей, что непосредственно способствовало аварии и прямо противоречило результатам расчетов; «назло маме уши отморожу…» - хотя речь идет о ядерной безопасности.
Поэтому однозначно оба вышеуказанных факта – отношение руководства ИАЭ к расчетам Румянцева и укорочение графитового вытеснителя – положим в левую кучку.
Пойдем дальше и посмотрим теперь на эксперимент с выбегом генератора. Здесь есть несколько разнонаправленных факторов.
Предварительно надо сказать пару слов о самом эксперименте и побудительных причинах.
Охлаждение реактора осуществляется за счет прокачивания через технологические каналы громадного количества воды: выше я указывал – это примерно 14 тонн воды в секунду. Охлаждение выполнялось по двум независимым контурам; при отключении одного контура второго контура было достаточно, чтобы обеспечить работоспособность всего реактора (это примерно как два двигателя на самолете – при отказе одного самолет может долететь до ближайшего аэродрома на втором).
Циркуляция воды в каждом контуре обеспечивалась 4-мя мощными насосами – три рабочих, один резервный. Итого на блок приходилось 8 таких насосов, два из которых были в резерве.
Циркуляционные насосы были подключены к внутренней сети (то есть запитывались электричеством, вырабатываемым станционными генераторами), но при необходимости могли автоматически переключиться на внешнюю сеть. В случае тяжелой аварии, сопровождавшейся полным обесточиванием станции, реакторы глушились, а питание оборудования обеспечивалось станционными дизель-генераторами. По нормативам, от момента аварии (потери питания) до полного выхода дизель-генераторов на режим требовалось две минуты. Но реакторы не могли оставаться без охлаждения эти две минуты даже в заглушенном состоянии, так как имели достаточно значительное остаточное тепловыделение. Для обеспечения бесперебойного охлаждения циркуляционные насосы оснащались массивными маховиками, поддерживавшими работу насосов некоторое время просто за счет инерции вращения даже при отключенном питании. Но, главное – имелась система аварийного охлаждения реактора (САОР), состоявшая из нескольких емкостей с большим запасом воды и резервных насосов длительного расхолаживания. При обесточивании или выходе из строя всех главных циркуляционных насосов (ГЦН) немедленно стартовали резервные дизель-генераторы, а пока они выходили на режим (по нормам – примерно 2 минуты), реакторы охлаждались водой из резервуаров САОР; вода в этих резервуарах находилась постоянно под давлением подушки сжатого воздуха 70 атм, и поэтому при необходимости могла подаваться в систему охлаждения без всякого электричества, за счет давления воздушной подушки.
Запас воды должен был обеспечить пассивное охлаждение реактора что-то около 10-ти минут. За это время разгонялись резервные дизель-генераторы, после чего включались либо ГЦН, либо резервные насосы длительного расхолаживания (в зависимости от характера аварии).
В Типовом технологическом регламенте и в Правилах технической эксплуатации электрических сетей разработчики этих документов - Главный конструктор и Генеральный проектировщик - указали, что для дополнительного питания оборудования, пока не вышли на режим дизель-генераторы, нужно также использовать выбег турбогенераторов.
Здесь есть две странности, которые достаточно детально проанализированы Дмитриевым. Вкратце их суть сводится к следующему.
Первое: дополнительное резервирование подачи питания (за счет выбега) фактически не требуется, необходимая надежность обеспечивается и без него действующими системами защиты; кроме того, автоматизировать запуск режима выбега достаточно сложно.
Второе: указание в нормативных документах на использование режима выбега делает необходимым для эксплуатации (то есть для станции) его проверку и опробование – но этот режим на самом деле никак не был реализован Главным конструктором ни в проекте, ни в железе: не было предусмотрено автоматики, схем аварийного переключения, система возбуждения турбогенератора была не способна работать в таком режиме и так далее; но при этом в документации момент с выбегом был изложен так, как будто нужно только нажать кнопку – и все поехало.
Так как станция должна была отработать все режимы, предусмотренные в Правилах эксплуатации, то, тем самым, она обрекалась на проведение эксперимента, который – внимание! - сопровождался повышенным расходом охлаждающей воды; а мы помним, что это один из факторов, необходимых для создания аварии.
Таким образом, странное указание в нормативной документации на не очень нужный режим я бы также положил в левую папку.
О самом выбеге.
На самом деле, хотя говорится о выбеге турбогенератора, надо понимать, что турбогенератор работает вместе с турбиной. Паровая турбина большой мощности состоит, по сути, из шести последовательно расположенных в линию турбин: по центру располагается цилиндр высокого давления, сразу за ним цилиндр среднего давления, а по краям – по два цилиндра низкого давления. Каждый цилиндр представляет из себя турбину длиной 10-15 м, внутри которой вращается ротор с лопатками. Каждый цилиндр рассчитан на работу с паром, имеющим оптимальные параметры именно для этой стадии.
Вначале горячий пар под давлением 70 атм поступает в цилиндр высокого давления, где отдает часть своей энергии, раскручивая ротор этого цилиндра; на выходе давление и температура пара уже ниже, но еще достаточно высокие; соответственно, пар подается в цилиндр среднего давления, где опять вращает ротор – но уже с другой геометрией лопаток, оптимизированных под пар среднего давления; после цилиндра среднего давления еще более расширившийся и остывший пар разделяется на четыре потока и подается в четыре цилиндра низкого давления, где крутит свои специальные ротора; после цилиндров низкого давления сравнительно холодный отработавший пар возвращается в систему.
Шесть роторов турбины стоят последовательно и соосно друг за другом, образуя весьма протяженную линию валопровода; каждый ротор жестко соединен с соседями. Весь этот валопровод вращается с внушительной скоростью 3000 об/мин. К фланцу на конце последнего вала турбины подсоединяется ротор турбогенератора, продолжая линию валопровода.
Ротор турбогенератора имеет длину примерно 12 метров и сопоставим по массе с отдельными роторами турбины (а масса только ротора турбогенератора составляет что-то около 100 тонн).
Таким образом, шесть валов турбины объединенными усилиями вращают ротор турбогенератора.
Ротор турбогенератора представляет собой по сути очень мощный постоянный магнит. Когда постоянный магнит вращается внутри неподвижной обмотки статора со скоростью 3000 об/мин (50 об/сек), то он индуцирует внутри этой обмотки электрический ток с частотой 50 Гц (то есть 50 колебаний в секунду; 1 оборот = 1 колебанию).
Но магнитное поле, упрощенно говоря, сопротивляется вращению; чем больше мы хотим снять мощности со статора, тем с большим усилием надо вращать магнит.
Один конец ротора турбогенератора соединен с турбиной; именно на этом конце, со стороны турбины, передается вращающий момент на генератор. На другом, свободном конце турбогенератора располагается возбудитель – он возбуждает ротор, создавая в нем постоянное магнитное поле.
Если прекратить подачу пара в турбину, то весь валопровод (шесть валов турбины и ротор генератора) продолжат вращаться по инерции, при этом какое-то время генератор будет вырабатывать ток – пока обороты не снизятся до некоторого критического порога; именно такая работа за счет инерции вращения валопровода и называется выбегом.
На что здесь следует обратить внимание? – Эксперимент с выбегом начинался с прекращения подачи пара на турбину (закрывалась задвижка); это была имитация аварийного останова реактора. То есть вначале глушился реактор, а затем начинался эксперимент.
Другими словами, эксперимент проводился на остановленном реакторе, после его глушения. Именно поэтому программа эксперимента не согласовывалась с институтом - разработчиком реактора, так как – еще раз – эксперимент выполнялся на заглушенном реакторе.
Этот факт, несомненно, должен быть положен в правую кучку, отрицающую злой умысел – ибо тяжело взорвать реактор, когда он заглушен.
Более того: утвержденная программа эксперимента 1986 года (когда произошла авария) была копией программы эксперимента 1985 года, только тогда вместо турбогенератора №8 использовался турбогенератор №7 (напомню – в паре с каждым блоком РБМК-1000 в Чернобыле работали по две турбины и два генератора мощностью по 500 МВт).
Ну, по большому счету, 7-й или 8-й – это совершенно несущественно.
А существенно то, что эксперимент в 1985 году прошел успешно, никакого взрыва не было, все сработало нормально. Единственное «но»: во время выбега забыли нажать кнопку «Пуск» на многоканальном шлейфном самописце, который записывал несколько параметров во время выбега;
именно поэтому было решено повторить эксперимент во время следующего планового останова реактора на сервисное обслуживание (обычно такие остановы происходят с годовым интервалом).
Таким образом, факт успешного проведения эксперимента годом ранее по точно такой же программе также должен быть положен в правую кучку; получается, что если бы в 1985-м нажали кнопку «Пуск», то в 1986-м повторный эксперимент бы не потребовался…
Кроме того, сама идеология эксперимента с выбегом отрицает возможность умышленного взрыва. Действительно, в соответствии с программой испытания вначале мощность реактора снижается то уровня 50%, отключается одна из двух паровых турбин, затем мощность снижается еще наполовину (до 700 МВт на реакторе, что соответствует ≈200 МВт на турбине), подключается блок имитации аварии, к шине генератора подключается оборудование, участвующее в выбеге (в частности, четыре циркуляционных насоса), генератор отключается от сети и переключается на питание насосов – после чего прекращается подача пара на турбину, включается осциллограф и подается сигнал (нажатием кнопки) на блок имитации аварии, что должно вызвать, кроме прочего, глушение реактора и старт дизель-генераторов.
Помимо насосов, участвующих в эксперименте с выбегом на турбогенераторе №8, другая половина насосов продолжала работать в штатном режиме.
Если бы дизель-генераторы не успели включиться в сеть до останова ротора т/г 8, то охлаждение блока продолжалось бы совершенно спокойно этими штатными насосами.
Почему идея эксперимента отрицает возможность аварии? – Как мы помним, для реализации аварии требуется взвести курок – поднять максимальное количество стержней СУЗ вверх и перевести реактор на режим малой мощности; но при проведении эксперимента все должно происходить с точностью до наоборот: вначале реактор тормозится до мощности примерно 20% - а для этого стержни СУЗ опускаются в большом количестве в активную зону; затем реактор с этой мощности (20%) просто глушится оставшимися стержнями, и у нас нет никакой работы на малой мощности (порядка 5%).
Эксперимент, проведенный по этой программе годом ранее, подтвердил её, так сказать, взрывобезопасность.
Но через год реактор всё же взорвался.
Чем отличался аварийный эксперимент 1986-го года от благополучного эксперимента 1985-го года?
Двумя факторами.
Рассмотрим их подробнее.
Фактор первый: задержка с остановом реактора примерно на сутки.
Напомню – изначально планировалось остановить реактор не 26-го, а 25-го апреля, и работы по останову начались в час ночи именно 25-го апреля (за сутки до аварии). За три часа, к 4-м часам утра, мощность реактора была снижена до 50% и, после проведения определенных регламентных работ, в 7 утра снижение мощности было продолжено. Но в 7:10 поступил запрет от диспетчера «Киевэнерго» на дальнейшее снижение мощности вначале до 14:00 (в связи с дефицитом электроэнергии в системе из-за задержки с пуском на другой станции), а затем – на неопределенный срок. Мощность блока была зафиксирована на уровне 50%, и блок продолжал работать, пока в 23:00 не пришло разрешение от диспетчера на разгрузку блока, после чего продолжился останов реактора и проведение эксперимента, закончившиеся аварией еще через два часа…
На первый взгляд, нет большой разницы для последующих событий – останавливать ли блок с мощности 100% или 50%; но разница все же есть, и обусловлена она ксеноновым отравлением реактора.
Несмотря на пугающее название, ксеноновое отравление встречается достаточно часто и не является чем-то фатальным. Напомню о его сути: поглотив нейтрон, ядро урана U-235 становится неустойчивым - и распадается на несколько осколков + 2-3 нейтрона (в среднем); осколки бывают разными (до 300, так сказать, наименований). Одним из типичных осколков является изотоп йода-135. Этот изотоп не очень стабильный и достаточно быстро (период полураспада 6,7 часа) превращается в ксенон-135. Ксенон-135 тоже не очень стабилен – его период полураспада 9,2 часа, но он примечателен тем, что чрезвычайно любит нейтроны и за время своей краткой жизни очень легко и активно их поглощает, превращаясь в бесполезный шлак.
Таким образом, во время стационарной работы в активной зоне имеется некоторое количество йода-135, из которого все время образуется ксенон-135, поглощающий нейтроны. Соответственно, для поддержания постоянной мощности реактора приходится вырабатывать дополнительные нейтроны – так сказать, на корм ксенону.
При снижении мощности количество рабочих нейтронов уменьшается – но количество ксенона еще некоторое время остается прежним, так как имеется запас йода-135, из которого этот ксенон постоянно образуется.
Тем самым, поглощение нейтронов становится непропорционально большим, что может привести к незапланированному снижению мощности реактора; говорят, что «реактор свалился в йодную яму».
В таком снижении нет ничего фатального – надо выждать определенное время, избыточный запас йода-135 превратится в ксенон, а избыточный жадный ксенон-135 превратится в безобидный цезий-135.
Этот обратный процесс называется разотравлением реактора; он занимает сутки-двое в зависимости от различных параметров работы.
Задержка почти на сутки чернобыльского реактора на мощности 50% привела именно к такому разотравлению реактора. Дело в том, что после начала торможения ночью 25-го апреля, когда мощность была снижена наполовину к 4-м утра, произошло неизбежное ксеноновое отравление – появился избыток ксенона-135. Этот избыток фактически полностью распался к 23-м часам, когда было дано разрешение диспетчером на продолжение останова. После этого, по мере снижения мощности, избыточный ксенон появился опять – но уже в гораздо меньшем количестве, так как образование ксенона пропорционально мощности реактора.
Что бы произошло, если бы не было этой суточной задержки?
Если бы мы собирались заглушить реактор на мощности 700 МВт, как планировалось в программе испытаний выбега – то ничего страшного, даже наоборот: спустившись до этого уровня, мы бы получили дополнительное заметное количество сильного поглотителя нейтронов (ксенона-135), и по команде глушения реактора, когда стержни СУЗ из карбида бора упали бы в активную зону, этот дополнительный ксенон стал бы поглощать рабочие нейтроны вместе с карбидом бора, что привело бы к более полному и быстрому глушению реактора.
Очевидно, что по этой схеме прошел эксперимент с выбегом в 1985-м году.
Другое дело, если бы мы вдруг захотели поработать на малой мощности; вот в этом случае большое количество сильного поглотителя нейтронов значительно осложнило бы нам задачу. По мнению Дмитриева: «…Такую задержку нужно было бы заранее запланировать, если бы собирались (вопреки программе) начинать проведение эксперимента по «выбегу» не на мощности 700 МВт, а на мощности 200 МВт, иначе попадали в йодную яму».
Кроме того, если бы мы планировали аварию, то избыточный поглотитель нейтронов мог разрушить наш план: после спуска курка и движения стержней СУЗ вниз дополнительные нейтроны, образовавшиеся в нижней части активной зоны, были бы съедены этим избыточным ксеноном, и вместо выстрела у нас произошла бы осечка…
Все же положим пока факт задержки в среднюю папку – посмотрим позже, куда встанет этот элемент паззла…
Второй фактор, отличавший испытание 1986 от испытания 1985 – проведение замера вибрации турбины до начала эксперимента с выбегом.
Обычно при обсуждении чернобыльских событий довольно подробно и акцентированно обсуждается эксперимент с выбегом (заметим в скобках – сам по себе достаточно безобидный), а вот работа по замеру вибрации упоминается мельком, по касательной.
И это само по себе немного странно…
Напомню о некоторых деталях эксперимента по замеру вибрации.
Как мы помним, ротор генератора стыкуется с крайним валом турбины, образуя линию валопровода.
Ротор турбогенератора и валы турбины опираются каждый на два подшипника скольжения, установленных на концах валов. В подшипники под давлением подается масло, и во время вращения со скоростью 3000 оборотов в минуту вал как бы всплывает на тонкой пленке масла, не касаясь поверхности
подшипника. Для правильной работы турбины и генератора критически важно, чтобы валы по всей линии валопровода были установлены строго соосно (с точностью до сотых долей мм) и были тщательно отбалансированы.
Наверное, почти все автомобилисты сталкивались с необходимостью балансировки колес при замене резины – в противном случае на большой скорости в салоне появляются вибрация и биение. То же самое и с валами турбины и генератора, только их масса не 10 кг, как у колеса, а может достигать сотен тонн.
Валы турбины и ротор генератора подвергаются тщательной балансировке на заводах-изготовителях перед отгрузкой. Тем не менее, вибрация подшипников является постоянной если и не головной болью, то предметом повышенного внимания станционного персонала в процессе эксплуатации – какие-то погрешности при монтаже и те или иные отклонения и деформации во время работы фактически неизбежно приводят к появлению колебаний.
Конечно, во всех подшипниках были установлены датчики вибрации, выдававшие показания на центральный пульт, и в случае критического превышения нормы турбина с генератором автоматически отключались. Но и ситуация с допускаемой, но повышенной вибрацией была неприятной, так как колебания неизбежно передавались на окружающие конструкции и вызывали в них циклические переменные механические напряжения. Особенно чувствительны к циклике сварные трубопроводы, которых немало подходит турбинам и генераторам.
На подшипнике турбогенератора №8 со стороны турбины была повышенная вибрация, вследствие которой возникла трещина и течь в трубке с маслом. Трубку заменили, но проблема осталась. Станция считала, что повышенная вибрация возникла после модернизации подшипникового узла заводом-изготовителем «Электросилой», и писала туда соответствующие письма. «Электросила» отвечала в том смысле, что виновата сама эксплуатация.
Наверное, это так и было, потому что завод-изготовитель всегда с повышенным вниманием относился к претензиям со стороны АЭС и пустыми отписками в таких случаях не занимался.
Подшипник на генераторе со стороны турбины был общим и для генератора, и для генераторного конца вала турбины, поэтому проблемы с балансировкой турбины также неизбежно создавали повышенную вибрацию на этом подшипнике. Видимо, станция что-то предполагала, потому что решила провести вибродиагностику турбины, совместив ее с экспериментом по выбегу.
Надо сказать, что балансировка турбины, особенно в станционных условиях, является очень непростым занятием; в западной практике такую деятельность называют «state of art» - искусство. Специалисты, выполняющие такую работу - штучный товар, относятся к инженерной элите. Кроме прочего, требуется сложное специальное оборудование.
У изготовителя турбины – Харьковского турбинного завода – появилась самая продвинутая на тот момент передвижная лаборатория вибродиагностики, смонтированная внутри микроавтобуса «Мерседес» и оснащенная импортными приборами (это в советские-то времена!). Передвижная лаборатория была нарасхват, ее график расписывался чуть ли не на год вперед. По каким-то причинам возникло окошко, и руководству ЧАЭС удалось договориться, что харьковчане приедут на станцию в момент останова 4-го блока и проведут вибродиагностику турбины № 8.
Вибродиагностика выполняется в режиме холостого хода, когда генератор отключен от сети и не имеет нагрузки; турбина вращает его просто как болванку. Потребление энергии в режиме холостого хода минимальное, только для компенсации потерь на трение.
Таким образом, чтобы провести вибродиагностику, нам нужно поработать на малой мощности реактора, а работа на малой мощности – это именно то ключевое условие, которое необходимо для создания аварийной ситуации.
Чтобы создать аварию, нам нужен не столько эксперимент с выбегом, сколько проведение вибродиагностики на режиме холостого хода генератора.
Я вижу здесь две странности, фактическую и юридическую. Фактическая – странно то, что об этом ключевом моменте аварии почти не упоминают. Юридическая – странно то, что не обсуждается грубое нарушение инструкций, так как эксперимент с замером вибрации должен выполняться на работающем
реакторе, то есть напрямую затрагивает нормы ядерной безопасности – в отличие от эксперимента с выбегом, который проводится на заглушенном реакторе; следовательно, должна быть отдельная программа с разными многочисленными подписями – а её не было…
Здесь есть какие-то умолчания и недоговоренности…
Возникает проблема – в какую папку положить эпизод с проведением вибродиагностики?
С одной стороны, это ключевой момент аварии, сопряженный с грубым юридическим нарушением и находящийся в тени, что подозрительно; казалось бы, эпизод для левой папки.
С другой стороны, повышенная вибрация на подшипнике, течь в трубке и возможность провести оперативную диагностику являются случайными событиями, которые фактически крайне сложно создать намеренно; по этим критериям вибродиагностика должна быть положена в правую папку…
Ладно, отложим на время классификацию и спросим себя: для того, чтобы взорвать реактор - можно ли было обойтись только экспериментом на холостом ходу без проведения эксперимента по выбегу?
Кажется, едва ли.
Чтобы лучше понять ситуацию, рассмотрим более детально фактические события, непосредственно предшествовавшие аварии.
Итак, в 23:10 было наконец получено разрешение от диспетчера на продолжение останова реактора. Напомним, что с 7-ми утра реактор работал на мощности 50% (1600 МВт на реакторе, 500 Мвт на турбине). Оператор начал снижение мощности (то есть стал вводить дополнительные стержни СУЗ в активную зону), и через час, в 0:05, мощность реактора снизилась до 700 МВт.
По идее, если бы не вибродиагностика, то на этой мощности можно было заглушить реактор и провести эксперимент с выбегом, как год назад. Но если заглушить реактор, то тогда будет невозможно выполнить виброизмерения, так как для их проведения необходимо, чтобы турбина и генератор вращались хотя и без нагрузки, на холостом ходу, но с постоянной скоростью. А это, в свою очередь, требует непрерывной подачи пара на турбину, то есть работающего реактора.
По версии Дмитриева, реактор на мощности 700 МВт вырабатывал слишком много пара для обеспечения холостого хода одного генератора – пришлось бы стравливать много пара, и поэтому оператор продолжил снижение мощности.
В официальных отчетах этот момент освещен очень нечетко – как будто сам оператор и начальник смены решили и дальше снижать мощность, без ведома на секунду вышедшего заместителя главного инженера А.С.Дятлова, лично руководившего экспериментом.
Это, конечно, невозможно.
Другое дело, что снижение мощности могло пойти самопроизвольно из-за неизбежного попадания реактора в «йодную яму». Мы помним, что при снижении мощности всегда образуется избыток ксенона-135, отравляющего реактор.
Тогда при снижении мощности с 1600 до 700 МВт образовавшийся избыток ксенона стал тормозить реакцию – например, несмотря на то, что оператор хотел бы сохранить уровень 700 МВт.
В этом случае ситуация предстаёт в следующем виде: персонал хотел спуститься до уровня 700 МВт, предписанного программой, затем на этой мощности провести виброиспытания на холостом ходу (стравливая излишки пара), после чего заглушить реактор и выполнить эксперимент с выбегом.
В таком случае все было бы сделано с минимальным отклонением от утвержденной программы эксперимента.
Но мощность реактора стала снижаться. Через двадцать минут, в 00:28, реактор затормозился до 500 МВт, а еще через две минуты реакция остановилась совсем; реактор упал в «йодную яму». Тем не менее, остаточная тепловая мощность реактора оставалась на уровне 150 МВт (так как тепло продолжали выделять различные радиоактивные изотопы).
Для стабилизации работы реактора оператор продолжал вытягивать стержни СУЗ из активной зоны (введенные туда ранее для останова работы) все время, пока реактор самопроизвольно тормозился – и ему удалось сломить сопротивление ксенона. После падения до 150 МВт в 0:30 реактор немного разогнался и вышел на стабильные 200 МВ через десять минут; у работников станции к этому моменту все было уже давно подготовлено для проведения обоих экспериментов.
В 0:41 генератор отключили от нагрузки, и начались виброизмерения на холостом ходу, которые продлились примерно полчаса, до 1:16.
Немедленно после этого генератор подключили к шине с четырьмя циркуляционными насосами и приготовились к проведению эксперимента с выбегом; два дополнительных резервных ГЦН были уже запущены чуть ранее, в 1:06, пока шли испытания на холостом ходу.
Все сотрудники действовали оперативно, по заранее согласованной схеме; подготовка к выбегу (включая переподключение генератора) заняла всего около пяти минут.
В момент старта эксперимента должны были произойти три действия в разных местах станции: перекрытие подачи пара на турбину, пуск шлейфного осциллографа и нажатие специальной кнопки на пульте управления. При нажатии этой кнопки шла команда АЗ-5 (Аварийная Защита-5) на глушение реактора, насосы отключались от внешней сети и запитывались от выбегающего генератора, также одновременно шла команда на пуск резервных дизель-генераторов.
Чтобы не получилось прошлогоднего казуса, по громкой связи подавалась команда: «Осциллограф, пуск»; по этой команде нажималась также кнопка на пульте и перекрывалась в цехе задвижка с паром на турбину № 8.
Остановимся на секунду и осмотримся… Что мы видим? – Реактор работает на малой мощности (200МВт=6% от номинала), почти все стержни СУЗ подняты вверх, а четыре насоса (вместо штатных двух) создают повышенный расход воды.
Курок взведен…
Как нам удалось добиться того, чтобы на малой мощности большинство стержней СУЗ были подняты вверх (ведь при подъеме стержней мощность, наоборот, растет)? – За счет грамотного использования эффекта отравления реактора; чтобы компенсировать самопроизвольное снижение мощности, оператору пришлось один за одним вытягивать стержни из активной зоны.
При этом, если бы отравление было слишком сильным, нам не хватило бы стержней СУЗ, чтобы стабилизировать реактор, остановить падение мощности и вытащить реактор из йодной ямы; если бы отравление было слабым, мы бы просто не допустили провала мощности, и еще много стержней остались бы в реакторе (то есть курок остался бы невзведенным).
…По команде: «Осциллограф, пуск!» был запущен шлейфный осциллограф, перекрыт пар и нажата кнопка на пульте. Но команда АЗ-5 на глушение реактора не прошла, и реактор продолжал работать еще 35 секунд в течение почти всего выбега.
Дело в том, что ранее, при выполнении виброизмерений на холостом ходу, генератор отключался от сети; но система управления была настроена так, что отключение генератора от сети автоматически генерировало команду АЗ-5. Поэтому, чтобы провести испытание на холостом ходу, эту команду во временной электрической схеме, собранной для проведения эксперимента с выбегом, отключили – а включить после окончания виброизмерений и в суматохе с подготовкой к следующему эксперименту забыли.
Насколько это было критично? – Кажется, совершенно некритично.
Эксперимент с выбегом длился примерно 40 секунд; в 1:23:04 перекрыта подача пара; еще через 40 секунд, в 1:23:44 дизель-генераторы вышли на режим, а генератор еще продолжал работать на выбеге (то есть эксперимент с выбегом удался); ближе к концу эксперимента, когда стало понятно, что Alles gut, оператор спохватился, что реактор-то всё еще не заглушен, и нажал кнопку АЗ-5 в 1:23:40.
Стержни СУЗ пошли вниз, начался самопроизвольный разгон реактора в нижней зоне нескольких топливных каналов, и еще через 9 секунд реактор прекратил свое существование.
Произошел взрыв четвертого блока Чернобыльской АЭС.
Если бы команда АЗ-5 прошла вместе с нажатием кнопки на экспериментальном пульте, то взрыв произошел бы на 40 секунд раньше, только и всего – ведь курок был уже взведен; единственно, при таком раскладе осталось бы неизвестным, может ли выбег генератора обеспечить питание ГЦН до выхода на режим резервных дизель-генераторов…
Теперь мы знаем – да, может; но что-то от этого не легче…
Вернемся к вопросу насчет виброизмерений – если бы мы планировали аварию, могли ли обойтись только этим экспериментом и не заморачиваться с выбегом?
Думается, что нет.
Будем исходить из того, что никто из оперативного персонала четвертого блока не был засланным казачком – иначе мы должны допустить, что это фанатичный камикадзе, готовый погибнуть сам и погубить своих коллег непонятно ради чего; такое невероятно. Следовательно, Дятлов, операторы и все остальные работали по оптимальной схеме, исходя из ситуации.
Тогда, если бы им надо было провести только эксперимент с замером вибрации, то с большой вероятностью они не стали бы вытаскивать реактор из йодной ямы – ведь остаточной тепловой мощности (примерно 150 МВт на реакторе, или около 40 МВт на турбине) вполне бы хватило, чтобы поддерживать вращение генератора на холостом ходу, без нагрузки + инерция вращения массивного валопровода; они бы просто дождались окончания замеров и заглушили реактор, не став его разгонять – то есть не подняв стержни СУЗ вверх, выводя их из активной зоны.
Другое дело, если после замера вибрации требуется провести эксперимент с выбегом; в этом случае оператор непременно станет вытягивать реактор, так как для проведения выбега необходимо, чтобы генератор перед началом эксперимента обеспечивал бы питанием четыре ГЦН и другое оборудование; остаточной мощности реактора могло не хватить для гарантированного электроснабжения этих силовых установок.
Поэтому, если бы мы планировали такую сложную операцию, то, конечно, оставили оба эксперимента – тем более, что эксперимент с выбегом, безобидный сам по себе, позволял запутать объяснение причин и замаскировать истинную картину.
Часто можно встретить в сети мнение, что именно работники станции своими неграмотными действиями довели дело до аварии, типа: «эти тупые совки-дебилы нарушили все инструкции и взорвали реактор».
Во-первых, это не так.
Во-вторых, думается, что такое мнение сознательно вбрасывается умными людьми, а диванные хомячки с некоторым упоением его тупо тиражируют.
Было ли нарушение инструкций? – Да, было; ну и что? Есть нарушения и нарушения.
Надо понимать, что при эксплуатации сложных объектов инструкции в той или иной мере нарушаются всегда, ибо инструкции и регламенты пишутся в основном заранее, частично теоретически, и не могут учесть всего многообразия реальности.
Фраза, что «инструкции пишутся кровью», является просто красивой страшилкой, ложной на 95%.
Например, рассмотрим нарушение Дятловым программы испытаний по выбегу; нет, даже так – рассмотрим грубое нарушение Дятловым программы испытаний по выбегу.
В соответствии с программой, эксперимент по выбегу должен был начаться на мощности 700 МВт. После того, как реактор вытащили из ямы и застабилизировали на мощности 200 МВт, Дятлов приказал начальнику смены Акимову начать выбег сразу после измерения вибрации, не выполняя подъема мощности до 700 МВт, предписанного программой.
Если бы я был прокурором-талмудистом, то спросил: «Анатолий Степанович, вы грубо нарушили утвержденную программу испытаний, приказав начать эксперимент на малой мощности реактора 200 МВт; верно?..» - «Да»
«Хорошо… Если бы вы действовали в соответствии с программой и подняли мощность реактора до 700 МВт, то это позволило бы избежать аварии?» - «Да»
«Следовательно, грубое нарушение Вами нормативного документа привело к аварии; вы являетесь виновником взрыва и последовавшего радиоактивного заражения и подлежите суровому наказанию!»
…Зрители вскакивают со скамеек и кричат: «Ах ты сука! В тюрьму его!»…
Если бы я не был тупым прокурором-талмудистом, а просто внимательно холодными глазами посмотрел на этот эпизод, то увидел бы следующее.
Дятлов сам писал эту программу, и старт выбега должен был начаться на уровне 700 МВт, когда мы глушим реактор и спускаемся сверху; когда мы вылезаем из провала и достигаем стабильной мощности
200 МВт, достаточной для успешного проведения эксперимента (а Дятлов, будучи одним из самых грамотных специалистов-ядерщиков на станции, это знал), то просто глупо продолжать кочегарить реактор, сжигая топливо и теряя время – ведь все равно реактор надо глушить. Как мы назовём человека, испекшего в костре картошку, о потом начавшего его разжигать, подбрасывая дефицитные дрова - и сразу после этого залившего разгоревшийся костер водой и отправившегося спать? – Придурком…
Или другое нарушение, часто упоминаемое в обвинительном контексте людьми, плохо представляющими суть дела: работа с малым оперативным запасом реактивности (ОЗР).
Довольно подробно детали этого нарушения исследованы у Дмитриева.
Не буду повторяться, только напомню, что ОЗР являлся расчетным параметром, зависящим от многих параметров. Немного упрощенно, ОЗР считается как количество поглощающих стержней, находящихся внутри активной зоны.
Этот параметр никогда не использовался для оперативного управления реактором, он не выводился на табло в щитовой - результаты расчета ОЗР приносил инженер вычислительного центра на бумажной распечатке несколько раз в течение суток. В Регламенте был запрет на работу с ОЗР ниже 15 стержней, но запрет очень невнятный и упомянутый вскользь, и это понятно – до Чернобыльской аварии такой запрет рассматривался как один из способов обеспечения экономичной эксплуатации реактора.
Дело в том, что при малом ОЗР у нас не хватит стержней, чтобы вытащить реактор в случае сваливания в йодную яму, что приведет к незапланированному простою реактора до тех пор, пока не произойдет его разотравление. Реактор мощностью 1000 МВт за один час вырабатывает 1 млн кВт-часов электроэнергии. Если прикинуть в современных ценах – например, взяв тариф 2 рубля/кВт-час – то час простоя обойдется в 2 млн рублей, 10 часов – 20 млн рублей.
Суммы приличные…
Поэтому за неплановые простои станция вообще и оператор в частности имели всякого рода неприятности.
С другой стороны, слишком большое количество стержней внутри активной зоны (то есть большой ОЗР) приводят к излишнему поглощению нейтронов, следовательно, также уменьшают полезную мощность. Поэтому Регламент устанавливал ОЗР равным примерно 1% от общего количества стержней (в зависимости от мощности) и определял нижнюю границу в 15 стержней.
Это уже после анализа причин Чернобыльской аварии стало известно о стабилизирующей роли ОЗР, особенно на малой мощности реактора.
До аварии в нормативных документах никакого особого значению фактору ОЗР не придавалось, поэтому несправедливо применять к тогдашнему персоналу наши нынешние знания.
Конечно, нельзя сказать, что работники станции были белыми и пушистыми; определенная расслабленность имела место быть. Например, когда диспетчер «Киевэнерго» приказал отложить останов реактора до 14:00, то все думали, что останов продолжится в указанное время; соответственно, кто-то из работников смены около этого времени спустился в машзал и перекрыл задвижку подачи воды системы аварийного охлаждения реактора (САОР) – в полном соответствии с Программой испытаний.
Такое перекрытие задвижки предписывалось выполнить в Программе перед началом эксперимента по выбегу во избежание заброса излишков охлаждающей воды в САОР.
Но в 14:00 пришло следующее указание от диспетчера – продолжать работу и ждать разрешения.
Строго говоря, дисциплинированные сотрудники должны были бы опять спуститься в машзал и открыть задвижку САОР, так как если бы в этот момент произошла тяжелая авария с полным обесточиванием станции, то вода из САОР не смогла бы попасть в охлаждающие каналы реактора – задвижка-то закрыта.
Но спускаться к этой задвижке было не очень удобно, к тому же все ждали с минуты на минуту разрешения на продолжение эксперимента – и задвижку не стали торопиться открывать. В итоге трубопровод САОР так и простоял перекрытым все оставшееся время жизни реактора…
Нарушение? – Да, нарушение; но непосредственно к аварии никакого отношения не имевшее…
Конечно, самое главное и непонятное нарушение – это то, что в общем и целом грамотный и осторожный персонал станции стал проводить эксперимент с виброизмерениями на работающем реакторе без наличия письменной утвержденной процедуры.
Этот момент странный и мне не до конца понятный в силу отсутствия доступной информации и некоторого замалчивания всей этой истории.
Хотя я не стал бы обольщаться и думать, что именно указанное нарушение послужило причиной взрыва или, наоборот, отказ от работы без письменного документа мог бы предотвратить взрыв.
Если бы мы планировали аварию, то при тех высоких ставках, что были в той игре и на фоне уже проведенной серьезной подготовки, отсутствие или наличие пары страниц текста нас бы не остановило.
Будь персонал педантичным и сугубо дисциплинированным – ну и сделали бы им такую процедуру. Конечно, создание подобного документа потребовало бы определенных усилий и более явного вовлечения наших людей (что нежелательно), но ничего особо сложного здесь не было.
Главное, что мы ясно понимали физику процесса аварии и хорошо представляли, как её реализовать.
Теперь, напоследок, давайте вытащим все события и факты из наших трех папок и попробуем сложить из них две разные версии причин Чернобыльской катастрофы: одна версия – случайное стечение обстоятельств при эксплуатации неудачно спроектированного реактора на фоне неграмотных и самонадеянных действий сотрудников станции (наиболее распространенное мнение); вторая версия – сознательная специальная операция, проведенная после целенаправленной и длительной подготовки.
Итак, версия первая – случайное стечение обстоятельств и не совсем удачный реактор.
…При проектировании реактора случайно неудачно выбрали шаг между топливными канали (25 см); если бы шаг был 20 или 30 см – то аварии бы не случилось, ибо именно только при шаге 25 см возникала неустойчивая работа в нижней зоне реактора.
…Некоторые сотрудники (в частности, Румянцев А.Н.; но были и другие) в процессе численного моделирования и исследования работы активной зоны выявили этот и другие отрицательные опасные эффекты, но руководство в силу сложившихся обстоятельств недооценило серьезность их расчетов.
…Румянцева – так совпало – на время окончательного пуска реакторов РБМК в серийное производство командировали на 6 лет в МАГАТЭ, за пределы страны.
…За время его отсутствия, также из-за случайности, немного изменили конструкцию стержней СУЗ – уменьшили длину графитовых поглотителей, хотя расчеты указывали на возможные фатальные последствия такого изменения.
…В 1975-м году на Ленинградской АЭС произошла тяжелая авария с разрушением топливного канала и радиоактивным заражением окружающей среды – именно из-за вышеотмеченных недостатков конструкции реактора РБМК, приведших к его саморазгону; тем не менее, в силу стечения разных обстоятельств, из аварии не были сделаны надлежащие выводы, а официальные рекомендации вследствие разных причин так и остались нереализованными.
…В Регламенте и Правилах эксплуатации разработчиком и главным проектировщиком было указано на использование режима выбега для резервного обеспечения питанием главных циркуляционных насосов при возможной аварии, но при этом – по недосмотру и оплошности – конструкция системы управления блоком не предусматривала такого режима, что в итоге подвигло станцию на самодеятельное внедрение и апробирование такого режима.
…За год до аварии эксперимент с выбегом был успешно проведен, но случайно оказалась не нажата кнопка «Пуск» на самописце, из-за чего пришлось повторить эксперимент через год, во время очередного останова на профилактику.
…Через год, в процессе останова четвертого блока, диспетчер «Киевэнерго» в силу сложившихся обстоятельств примерно на сутки затормозил работу реактора на мощности 50%, что привело к его разотравлению и созданию оптимальных условий для взрыва.
…Также случайно появилась уникальная оказия в виде передвижной виброизмерительной лаборатории, что в итоге привело к решению провести вместе с экспериментом по выбегу также и вибродиагностику турбины.
Заметим, что отсутствие хотя одного из вышеперечисленных совпадений с большой вероятностью предотвратило бы аварию на ЧАЭС в апреле 1986 года.
Рассмотрим теперь вторую версию: мы сознательно хотели бы устроить аварию на атомной станции и планировали совместить её по времени с началом перестройки.
Как это сделать?
Сразу оговоримся – для этого нужна мощная инженерная и научная поддержка специалистов-ядерщиков; но иметь такую группу в составе какого-нибудь института в СССР – дело крайне рискованное и сложное, с большой вероятностью мог бы найтись какой-то инженер/ученый-патриот из этой группы или рядом, который бы понял суть дела и осложнил бы нам жизнь; нет, только не в Союзе. Соответственно, такая группа специалистов-ядерщиков должна быть где-то при западном закрытом исследовательском центре, в США или Европе, и почти наверное под эгидой спецслужб.
Наше дело было обеспечить эту группу свежей информацией и внедрять – так либо иначе – их рекомендации.
По ряду причин, обсуждение которых выходит за рамки данной статьи, у меня нет сомнения, что такое взаимодействие было налажено. Я не собираюсь никого ни в чем убеждать – как минимум, в силу природной лени; просто для понимания дальнейшей логики данной версии примите данное положение.
…Сложно сказать, был злополучный шаг между каналами 25 см вычислен изначально или, действительно, появился случайно. Возможно, вначале это была случайность, но позже, после анализа и исследований, стало понятно, какая вкусная рыбка попала в наши сети.
Реактор РБМК не имел аналогов в мире. Его недостатком по сравнению с традиционными реакторами являлось большое количество трубопроводов и регулирующей арматуры, но этот недостаток с лихвой окупался (и окупается) несколькими серьёзными достоинствами; например, если сравнивать с традиционным реактором ВВЭР, то РБМК может работать на менее обогащенном уране (то есть более дешевом), при этом его эффективность выше на 30% (то есть из одного и того же количества исходного урана РБМК получает на 30% больше энергии); кроме того, в отличие от ВВЭР, не требуется остановка реактора на перезагрузку – отработавшие топливные сборки могут меняться на свежие прямо по ходу дела. И последнее, но очень важное отличие – реактор РБМК был разработан на основе небольших военных реакторов и сохранил их способность при определенных условиях нарабатывать плутоний для ядерных зарядов.
По мере получения результатов исследований из СССР и собственных проработок постепенно прояснились условия для проведения акции.
Очень ценными оказались результаты аварии на Ленинградской АЭС, но потребовались определенные усилия, чтобы спустить все дело на тормозах. В частности, ЛАЭС из Министерства среднего машиностроения была спешно передана в Министерство энергетики. Дело в том, что Минсредмаш являлся, по сути, военным министерством, где были сосредоточены наиболее квалифицированные кадры и был более жесткий порядок; там было сложнее затормозить расследование и пригасить внедрение контрмер.
…Не в меру умного Румянцева никакого труда не составило отправить с глаз долой – на бюрократическую работу в МАГАТЭ…
В 1985-м году была проведена репетиция, контрольный прогон. Было понятно, что ксеноновое отравление оказывает сильное влияние при торможении и может сорвать аварию, при этом для расчета процесса надо было знать индивидуальные параметры реактора. Эксперимент с выбегом был в этом смысле очень удобным инструментом, позволявшим снять нужные показатели.
Все контрольные данные были получены во время эксперимента с выбегом в 1985-м.
Необходимость повторного эксперимента была предопределена тем, что оказалась ненажатой кнопка «Пуск». Это тонкий момент, не совсем понятно, как он был конкретно реализован – но можно предположить. Дело в том, что многоканальный шлейфный самописец представлял собой прибор для записи быстропротекающих процессов. Запись производилась сфокусированным лучом света на фотобумагу. До начала работы кассеты со специальной рулонной фотобумагой заряжались в самописец,
корпус наглухо закрывался, бумага вслепую протягивалась немного вперед, чтобы смотался засвеченный при установке кусок – примерно как при установке фотопленки в старые пленочные фотоаппараты.
Во время работы луч отклонялся в поперечном направлении пропорционально сигналу, а рулон фотобумаги в полной темноте прокручивался специальным моторчиком вперед с определенной скоростью.
Что там происходит во время работы, становилось ясно только после окончания эксперимента и проявления фотобумаги. Если бы я хотел, чтобы запись на этот самописец не получилась, я бы мог организовать поставку бракованной бумаги – например, уже засвеченной или, наоборот, с резко пониженной светочувствительностью. Тогда экспериментатор после окончания работы и проявки увидит чистый рулон и решит, что кто-то не нажал кнопку «Пуск».
Можно сорвать запись и другими способами; главное, надо понимать, что шлейфный самописец – сложный и неудобный прибор (большой ящик на тележке), работавший со специальной фотобумагой, и все результаты получались только после окончания эксперимента и проявления этой фотобумаги. Во время эксперимента он представлял из себя натурально черный ящик, и никто не знал, что там происходит внутри.
…В общем, задача не совсем простая – но вполне решаемая.
По результатам эксперимента 1985-го года стали понятны интенсивность и глубина ксенонового отравления. Был окончательно разработан алгоритм подготовки и реализации аварии: требовалось после снижения мощности до уровня 50% выдержать реактор на этой мощности не менее 16 часов, чтобы успел произойти распад излишнего ксенона-135 и исходного йода-135, затем поработать на малой мощности, после чего попытаться эту мощность поднять. Так как попытка работы на малой мощности приведет к неизбежному сваливанию реактора в йодную яму (но не очень глубокую; работа на мощности 50% и время выдержки на этом уровне обеспечивали как раз необходимые параметры сваливания), то вытаскивание реактора из этой ямы потребует подъема и вывода из активной зоны значительного количества стержней СУЗ.
Таким образом, курок будет взведен.
Для работы на малой мощности идеально подходил режим холостого хода; дальнейший подъём мощности был обусловлен необходимостью эксперимента с выбегом.
После контрольного эксперимента 1985-го года обсчет полученных данных и разработка окончательного алгоритма аварии могли заняли несколько месяцев; соответственно, для воплощения этого алгоритма в конкретные мероприятия было не менее шести месяцев.
Наибольшую сложность представляла реализация режима холостого хода; можно придумать несколько разных экспериментов – но как заставить станцию их выполнить, да еще вместе с выбегом? Здесь очень кстати подвернулась проблема с вибрацией подшипника т/г 8 и появление новой виброизмерительной лаборатории у харьковчан. Связать их воедино было делом техники.
Судя по умолчанию, не обошлось без административного ресурса; возможно, кто-то поддавил на станцию, чтобы они выполнили замеры вибрации на новом оборудовании. Специалистов-харьковчан использовали втемную – после взрыва они вдвоем бросились спасать свое драгоценное оборудование из зоны поражения, получили смертельную дозу и вскоре оба скончались; водитель облучился тоже, но выжил…
Задержку в процессе останова до 23:00 через диспетчера организовать также не составляло особой сложности.
А если бы, например, «Мерседес» с аппаратурой попал в аварию на подъезде к Припяти – что, Чернобыльской аварии бы не случилось? – Ну что же, в тот 1986-й год акция у нас бы не получилась; бывает… Сложное мероприятие… Тогда мы провернули бы ее через год; эксперимент с выбегом можно было повторять еще много раз – электрическая схема была временной, сделанной на колене; разработали бы штатный блок и стали испытывать его опять.
За это время придумали бы, как прицепить еще и режим холостого хода; самое удобное, конечно – замер вибрации.
В общем, что-нибудь придумали бы…
Выводы:
-для реализации взрыва реактора требовалось поработать на малой мощности в условиях дозированного ксенонового отравления, после чего мощность поднять на более высокий уровень – при одновременном повышенном расходе охлаждающей воды; такие условия идеально обеспечивались сочетанием двух экспериментов (с выбегом генератора и проведением виброизмерений), а также предварительной выдержкой реактора на мощности 50% в течение не менее 16-ти часов;
-вероятность случайного совпадения всех факторов, предшествовавших аварии и ее создавших, выглядит близкой к нулю;
-версия сознательной акции по подготовке и проведению аварии выглядит логически обоснованной, но подразумевает участие достаточно серьёзных структур в ее реализации.
P.S. Автор не имеет никаких амбициозных планов кого-то убедить, раскрыть глаза и тому подобное; статья имеет скорее академический характер холодного исследования, основана на общедоступных материалах и ни на что не претендует.
В силу насыщенности техническими терминами и большого объема читать ее не совсем просто; кто дочитал до конца – тому моё почтение )
Спасибо за внимание.
Смирнов В.Г.
Оценил 1 человек
2 кармы