Вытеснитель в активной зоне при полностью извлеченном поглощающем стержне.
Это явление – кратковременное увеличение реактивности и мощности в нижней части реактора при начале движения полностью извлеченных управляющих стержней – получило название «концевого эффекта».
Подобный всплеск мощности неоднократно наблюдался на разных энергоблоках РБМК. Особенно тяжелые последствия он вызвал на Ленинградской АЭС 30 ноября 1975 года.
Концевой эффект на Чернобыльской АЭС, проявившийся в первые секунды хода стержней аварийной защиты, и вызванный им всплеск мощности в нижней части реактора спровоцировали заполнение паром технологических каналов по всей высоте активной зоны, увеличение коэффициента размножения и объемный рост мощности, с которым опускаемые стержни уже не справлялись.
5. Дочернобыльская авария и решения проблемы всплеска мощности
Положительный паровой эффект реактивности и его частное проявление – концевой эффект, всплеск мощности при начале работы аварийной защиты – выявились вскоре после пуска первого энергоблока с реактором РБМК-1000, состоявшегося 22 декабря 1973 года на Ленинградской АЭС.
Без малого через два года, 30 ноября 1975 года, на ЛАЭС произошла авария с разгерметизацией одного технологического канала и выходом активности в окружающую среду – в результате всплеска мощности при глушении реактора аварийной защитой. В ходе подъема мощности после кратковременной остановки реактор дважды пытался превысить допустимую скорость набора мощности, но останавливался действием защиты. По достижении 800 МВт тепловой мощности, т. е. трети от номинальной, последовал наброс мощности – в течение 10÷20 с реактор сам набрал дополнительно 100 МВт. После чего было принято решение глушить его – были опущены стержни автоматического регулирования и нажата кнопка «Аварийная защита-5». При начале хода стержней аварийной защиты последовал новый всплеск мощности, в результате которого оказались разгерметизированы несколько топливных сборок и один технологический канал.
Это был первый звонок. Последовавшая за ним попытка конструкторов укротить положительный всплеск реактивности была с физической точки зрения вполне обоснованной, но – не доведенной до конца.
Поскольку при выбранном шаге решетки вода выполняет роль поглотителя нейтронов, и поскольку броски реактивности и мощности вызваны колебаниями количества этого подвижного поглотителя, то нейтрализовать или хотя бы снизить этот эффект можно введением в активную зону поглотителя постоянно присутствующего. В качестве такового решено было использовать часть управляющих стержней. В регламенте записали: в зоне должно находиться не менее 15 стержней. Увеличение количества железа и бора в активной зоне компенсировали увеличением обогащения ядерного топлива.
Но! Нигде, ни в каком документе не объяснили, чем подобное положение регламента вызвано, нигде не объяснили, что при полном извлечении стержней паровой эффект проявляется во всей красе, и реактор становится способным к разгону и взрыву.
В ночь на 30 ноября 1975 года реактор на ЛАЭС не взорвался только потому, что старший инженер управления реактором (СИУР), Михаил Павлович Карраск перед тем как нажать кнопку аварийной защиты поочередно опустил в активную зону 12 стержней автоматического регулирования. Такого количества введенного железа хватило, чтобы уберечь реактор от взрыва, но оно оказалось недостаточным для полного подавления концевого эффекта.
В ночь на 26 апреля 1986 года СИУР 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС Леонид Федорович Топтунов нажал кнопку аварийной защиты, не имея в активной зоне ни 15, ни даже 12 стержней.
Нарушил ли он регламент, извлекая стержни? Однозначного ответа на этот вопрос нет до сих пор. Но пусть нарушил, пусть реактор находился в нерегламентном состоянии. Почему это нерегламентное состояние было названо крайне маловероятным, – таким, что и представить себе невозможно? Точно в таком же состоянии и почти на таком же уровне мощности находился реактор Ленинградской АЭС 30 ноября 1975 года.
Фактом остается то, что выходу из этого нерегламентного, но известного и однажды уже имевшего место состояния персонал на ЧАЭС не учили. Тому, что перед вводом аварийной защиты необходимо поочередно ввести в активную зону стержни и автоматического, и ручного регулирования, а с учетом опыта – не 12, как это сделал Михаил Карраск, а все, какие есть в наличии, – этому на ЧАЭС не учили ни 26-летнего СИУРа Топтунова, ни директора Виктора Петровича Брюханова, который и сообщил об этом на заседании Политбюро 3 июля 1986 года.
Об аварии на ЛАЭС ни им, ни кому бы то ни было ни на одной атомной станции Советского Союза никто никогда не рассказывал[17].
Обмен информацией об опыте эксплуатации между Минсредмашем, в ведении которого находилась Ленинградская АЭС, и Минэнерго, в ведении которого находились остальные станции, был заблокирован по инициативе руководства НИКИЭТ – предприятия-главного конструктора реактора РБМК[18]. Но бывший директор, ныне научный руководитель НИКИЭТ Евгений Олегович Адамов уголовниками до сих пор считает работников ЧАЭС.
Вторым звонком был всплеск положительной реактивности при останове реактора на Игналинской АЭС в Литве в 1983 году.
После Чернобыля в качестве постоянно присутствующего поглотителя, нейтрализующего колебания количества воды, используют втулки из стали с борными добавками, размещенные в части технологических каналов, из которых извлечено ядерное топливо. Нажатием кнопки с пульта СИУРа они, в отличие от стержней СУЗ, не извлекаются.
В реакторе 5-го энергоблока Курской АЭС, однотипной с Ленинградской и с Чернобыльской, количество графита было уменьшено за счет того, что у графитовых блоков, по прежнему имеющих шаг 25 см, обрезали углы и высверлили в блоках сквозные вертикальные отверстия.
Графитовая блок и кладка реактора РБМК-1000 5-го энергоблока Курской АЭС с уменьшенным количеством графита.
Канальный ядерный энергетический реактор РБМК. Под общ. редакцией Ю.М. Черкашова. М.: ГУП НИКИЭТ, 2006.
Во вновь разработанных проектах водо-графитовых реакторов типа МКЭР – модульный канальный энергетический реактор – шаг графитовой решетки уменьшен до 23 см.
6. Заключение
В 2013 году автору в качестве и.о. главного редактора журнала «Атомная стратегия» довелось побеседовать с директором Ленинградской атомной станции Владимиром Ивановичем Перегудой, работавшим ранее на Курской АЭС. Разговор коснулся в том числе и Чернобыля. Ниже – отрывки из этого разговора[19].
‹…›
В.П.: Александра Александровича Ядрихинского я знал очень хорошо. Прежде чем стать инспектором ГАН (Госатомнадзора. – Н.К.), он был работником реакторного цеха, в моей смене. Очень грамотный специалист, физик, а самое главное – сильный, волевой, бескомпромиссный человек. Истину он готов был отстаивать невзирая ни на какие лица и авторитеты. Да, после аварии он написал отчет, в котором показывал, что авария была предопределена плохой физикой, наличием сильного положительного парового эффекта реактивности. И порядка семи писем он написал в разные инстанции примерно за полгода до аварии. По сути дела, он эту аварию предсказал. Конечно, и эти письма, и отчет – поступок, проявление гражданского мужества. Хотя, рассуждая формально, он, как инспектор ГАН, всего лишь выполнил свои профессиональные обязанности.
«АС»: Приходилось читать, что предупреждения поступали на протяжении нескольких лет, и что по этим предупреждениям, по опыту эксплуатации был составлен план мероприятий по приведению реакторов РБМК в соответствие с требованиями безопасности, но просто этот план не успели реализовать.
В.П.: Может быть, такой план был; мне его видеть не довелось. Я бы сказал, что такой план де-факто складывался в наших головах, в головах специалистов. Многое было уже ясно. Например, было ясно, что корень зла – в большом положительном паровом эффекте. Было ясно, что причина такого большого эффекта – уран-графитовое соотношение с избытком графита. Было ясно, как это соотношение изменить. Было ясно, что аварийная защита слишком медленная, что ее быстродействие нужно увеличивать. Ну и так далее. Те же стержни УСП (укороченные стержни-поглотители. – Н.К.) – они входят в активную зону снизу, и если бы они были включены в состав аварийной защиты, они подавляли бы «концевой эффект», создаваемый вытеснителями основных стержней АЗ (аварийной защиты. – Н.К.). В общем, понимание того, что нужно сделать, складывалось, и что-то уже делалось, но делалось по разным станциям вразнобой и медленно. Чернобыль действительно заставил все эти соображения собрать в систему. Работы по модернизации блоков с РБМК, по повышению уровня безопасности велись на протяжении по меньшей мере 15 лет…
«Понимание того, что нужно сделать, складывалось, и что-то уже делалось, но делалось вразнобой и медленно».
Делалось на местах, делалось энтузиастами, делалось одиночками, неравнодушными людьми, настоящими гражданами.
Да, Чернобыль научил, Чернобыль заставил.
В основополагающих требованиях по безопасности теперь записано – реактор должен обладать выраженным свойством внутренней самозащищенности.
Авария как в Чернобыле – реактивностная, с неуправляемым разгоном мощности, – вот такая конкретно авария уже невозможна.
А какая возможна? Как на Фукусиме?
Впрочем, что нам до Японии.
Умение делать «огромную государственную работу» – такую, какой были индустриализация и победа в Великой Отечественной войне, атомный проект и ликвидация последствий Чернобыльской аварии, – у нас фактически утрачено.
Традиции огромной государственной лжи по разным поводам крепнут с каждым днем.