«Причина взрыва была заложена еще в момент проектирования», — Вячеслав Орлов

То есть какие-то предпосылки для подобной аварии были. Так, в частности, когда перед остановом блока, при испытании, нажимали кнопку АЗ-5 (кнопка аварийной защиты пятого уровня), которая по системе регулирования все стержни одновременно опускала в активную зону, мощность реактора вместо того, чтобы сразу падать, наоборот подпрыгивала вверх, а потом таки падала вниз. Причину этого явления тогда объяснить не могли, хотя физики в Москве знали, что есть такой недостаток.

Теперь нам известна причина этого явления. Дело в том, что РБМК — очень громоздкий большой реактор с активной зоной диаметром 7 метров и высотой 7 метров, и нейтронное поле в нем меняется как по высоте, так и по радиусу. В то время мы еще не располагали хорошей вычислительной техники, все расчеты выполнялись вручную. А с помощью одной логарифмической линейки все это не так просто посчитать. Может, проектанты с Института Курчатова где-то просчитались, а когда началась эксплуатация, поменять физику реактора невозможно, поскольку для этого уже надо разбирать всю конструкцию и собирать ее заново.

Хотя, надо сказать, после того, как произошла авария на ЧАЭС, на всех реакторах РБМК начали осуществлять серьезные доработки, связанные с внесением изменений в конфигурации активной зоны. Так, например, в случае системы управления защитой АЗ — это двадцать один стержень, входивший в активную зону в течение 60 секунд после того, как нажималась соответствующая кнопка, хотя этот процесс должен занимать не более 10 секунд.

Почему это происходило? Потому стержни там висят на тросиках, после нажатия кнопки магнитная муфта росцеплялась и стержень, который висел в соответствующем канале, за счет размотки тросика на барабанчике опускался вниз. В канале в это время находилась охлаждающая вода, и стержень у нее падал не так быстро, как бы, скажем, в воздух. После аварии доработали же всю эту систему охлаждения каналов, сделали пленочное охлаждение, которое предполагалось общим проектом на ранней стадии, и сейчас стержни после нажатия на кнопку АЗ-5 падают очень быстро. То есть если бы это сделали раньше, то не было бы такой аварии, ведь поглотители быстренько бы нырнули в зону и потушили реакцию.

Сама по себе конструкция РБМК — это графитовая кладка с отверстиями, через которую проходит 1693 каналы, в каждом из которых висит по ТВС. Кроме них есть еще 200 каналов СУЗ (каналы управления систем защиты), которые тоже находятся в этой активной зоне и в которых содержатся стержни управления. А так, как все это горячее, то каналы охлаждаются тоже. В них вода не кипит, она проходит и охлаждает стенки. И когда стержни поднимаются вверх, остается полость, и для того, чтобы она не заполнялась водой, там телескопической подвеске висят вытеснители — трубы, заполненные графитом, с помощью которых просто вытесняли воду, чтобы уменьшить поглощение нейтронов водой.

Для РБМК, как известно, вода является поглотителем, и реактор сконструирован таким образом, чтобы из каналов, центральная часть которых сделана из циркония, который мало поглощает нейтроны, вытеснять еще и воду. Все это — для того, чтобы не терять нейтроны, чтобы реактор мог работать при меньшем обогащении по урану-235. Но дело в том, что вытеснитель не до самого низа канала опускался, и когда стержень полностью был поднят вверх, то в канале оставался столб воды около метра. И если подается команда на опускание стержней-поглотителей, то стержень погружается в зону, то есть опускается в канал, заполненный водой.

Так вот, представьте: сверху находится поглощающая часть, тогда вытесняющая, которая составляет с ней сплошную конструкцию, и вся эта деталь вытесняет воду из канала, и тогда в первый момент погружения стержней получается ситуация, что вода, которую заместил вытеснитель, вытесняется, а вытеснитель не поглощает нейтроны, а наоборот их сохраняет. Таким образом, в нижней части канала, когда надо поглощать нейтроны, вещество, способное это сделать, вытеснялась, а взамен был вытеснитель, который усиливал реакцию.

Когда это происходит с одним стержнем в одном канале или постепенно с несколькими, то это незаметно. Но когда со всеми стержнями одновременно, то конечно же, реакция протекает очень активно. Поэтому, когда в момент, когда все поглощающие стержни находятся вверху и поглотители уже вышли из зоны, дать команду на глушение реактора, эта вся армада стержней начнет двигаться в активную зону, в результате чего в ней внизу значительно усилится реактивность. Ситуация сложилась так, что на момент эксперимента все стержни были вверху, поэтому этот эффект и проявился.

РБМК — кипящий реактор, в каналы которого снизу поступает вода, а сверху висят тепловыделяющие сборки, которые можно условно сравнить с тэном в электросамоваре, но тэн нагревается за счет электричества, а здесь— ядерная реакция разогревает ТВЭЛы, которых по 32 в каждой тепловыделяющей сборке . Вода поднимается вверх и в верхней части начинает кипеть, но закипает не полностью, образуется вода с пузырьками, и в зависимости от мощности реактора, этих пузырьков бывает от одного до пятнадцати процентов.

Зона кипения может быть выше или ниже в зависимости от мощности. Если тепловыделяющая сборка много выделяет тепла, то вода начинает кипеть ниже, если больше — выше. Надо отметить, что вода для РБМК действует как замедлитель, и как поглотитель нейтронов. Так вот нейтроны поглощаются водой, а когда образовался пар, то воды будто бы и нет. Как следствие — при повышении мощности начинает сильнее нагреваться ТВЭЛ, образуется много пара и, как следствие, поглотителя — воды — в канале становится меньше, а когда поглотителя меньше, то и реакция протекает более активно. Это называют положительным эффектом реактивности, то есть этот реактор склонен к саморазгону.

Как только реакция разгоняется, пытаются сделать все возможное, чтобы достичь стабильности, а здесь было наоборот — реакция разгонялась все сильнее, поэтому оператор должен постоянно следить за тем, чтобы гасить чрезмерную активность вручную.

Вот эти два эффекта, наложившись друг на друга, привели к взрыву. А еще добавилось то, что обычно при работе реактора на полной мощности работают две половины — правая и левая КМПЦ (контур многократный принудительной циркуляции, через который проходит вода через реактор). Он разделен на две части и на каждый контур циркуляция осуществляется главными циркуляционными насосами (ГЦН).

Их четыре штуки всего с каждой стороны, то есть всего есть восемь, а сверху — по два барабан-сепаратора с каждой стороны, куда забрасывается паро-водяная смесь из реактора. Там пар отделяется от воды, и вода снова главными циркуляционными насосами загоняется в реактор. При работе на полной мощности работают три главных циркуляционных насоса и один находится в резерве.

По эксперименту, который проходил непосредственно перед аварией, речь шла о том, чтобы попробовать использовать энергию ротора турбогенератора, что крутится со скоростью три тысячи оборотов в минуту, при отключении энергоблока для того, чтобы обеспечить работу главных циркуляционных насосов на первое время, пока не подключатся системы аварийного охлаждения реактора в случае обесточивания. Дело в том, что для реактора очень опасно, когда прекращается циркуляция воды через каналы, ведь тепловыделение не прекращается и надо его снимать, в другом случае расплавятся ТВЭЛы, состоится сплавление, а отремонтировать это уже практически невозможно.

Поэтому нужно, при аварийных случаях, особенно в первые моменты, когда происходит отключение блока, обеспечить охлаждение и работу главных циркуляционных насосов. Для этого следует, сразу же, когда идет отключение, сделать так, чтобы за счет возбуждения ротор генератора без пара еще продолжал крутиться, и напряжение в сети еще некоторое время будет держаться. Вот в этом и была суть эксперимента. А до этого пришлось по программе эксперимента запустить по ГЦН с каждой стороны, то есть все восемь. Причем, по два питались от собственных источников как обычно, а по два — от генератора, который должен их обеспечивать.

Все это делалось на достаточно низкой мощности, а для РБМК самый неустойчивый, самый опасный период — это работа на низких уровнях мощности.

Почему? Потому что ГЦНы подают воду с барабан-сепараторов в нижнюю часть каналов, где образуется пар и там отстаивается. Далее пар идет в машинный зал и крутит там турбину, тогда возвращается обратно в виде питательной воды в барабан-сепараторы на всасывание главными циркуляционными насосами. Но дело в том, что тот пар, идущий в машинный зал, там отрабатывается, крутя оборудование и превращается в конденсат, а температура конденсата меньше, чем температура воды в КБПЦ.

То есть, по-другому говоря, вода, которая попадает в КБПЦ снова на вход в каналы, немного охлаждается водой из машинного зала, питательной водой. И если этой воды мало, то и охлаждения мало. И поэтому получается, что вода на входе в каналы снизу была почти на грани кипения, потому что мощность маленькая, поэтому и забор пара на турбину мал, а значит и всасывание воды ГЦНом очень мало. В результате этот кипяток крутился по кругу, и совсем небольшой скачок мощности приводил к значительному выделения пара.

Итак, во-первых, контур КБПЦ, который прокручивает воду, был доведен до предела кипения и это не по вине оперативного персонала, а из-за проведения эксперимента. Насколько я понял, мало обратили внимания на то, что вода на грани кипения крутится по кругу, потому что нет охлаждения от обратного конденсата с машзала. Мощность мала, турбина малым количеством пара крутится, мало конденсата. А во-вторых, конечный эффект реактивности на стержнях, когда в нижней части вытесняется вода, появляется кратковременный скачок реактивности при погружении стержней и вода вытесняется. И в-третьих, — паровой эффект реактивности. Ну вот они сработали все вместе и получилось то, что получилось.

Уже позже, когда я работал после аварии в лаборатории лицензирования в регулирующем органе, к нам приходили люди, которые устраивались на работу в отрасли. Я всегда говорил с ними, рассказывал о разнице в методиках функционирования ядерной бомбы и атомной станции. Управления, имею в виду. Так вот, вся атомная энергетика держится на части запаздывающих нейтронов, и если бы ее не было, то не было бы управляемой атомной реакции. Были бы только бомбы. Доля запаздывающих нейтронов называется бета, а для того, чтобы реактор ушел в неуправляемый разгон, нужно, чтобы скачок реактивности превышал бета, то есть долю запаздывающих нейтронов. Тогда реактор начинает разгоняться на мгновенных нейтронах. Это практически бомба.

Происходит неуправляемый разгон, счет идет на 10^-9 секунды. В человеческом восприятии — это миг. И мощность — неограниченная. Если вы возьмете бутылку бензина и зажжете ее, будет пламя в 3000^о С, например, и если зажечь цистерну бензина, то тоже будет такая же температура, ведь бензин просто горит при такой температуре. И выше не будет. А вот когда мы говорим о ядерной энергетике, то температура будет любая, и наконец, вся конструкция, которая привела к повышению мощности, будет разрушена полностью.

То есть, если реактор на мгновенных нейтронах начал разгоняться, то закипит все, начиная от воды и заканчивая металлом. И пар, образующийся при горении, просто разбрасывает эту конструкцию, которая позволила выйти в критику этому объему. Реактор разогнался на мгновенных нейтронах, а обезвоживание КБПЦ привело к выделению мощности 4 бета, а там еще и обезвоживание контура СУЗ … Словом, прыжок реактивности был очень большой.

Пресс-служба ГНТЦ ЯРБ.