Мы также не будем против, если посещающая наши семинары молодежь приобретет навыки мышления, наши сверстники - приобщатся к текущей задаче их возраста - осознанно управлять обществом, а наши учителя, физики из легендарного Курчатовника, осознают, что они соль земли… несмотря на все казусы глобализации и "утерянные победы".
Семинар 2
ЧЕРНОБЫЛЬ: "РЕПЕРНЫЕ" ФАКТЫ
Уважаемый редактор,
может, лучше про реактор,
про любимый лунный трактор,
ведь нельзя же - год подряд:
то тарелками пугают,
дескать, подлые, летают,
то у нас собаки лают,
то у них руины говорят…
В. Высоцкий
Ведущий (психолог, 44 года):
- Вчера мы поставили цели и задачи 20-дневного марафона посвященного 20-й годовщине Чернобыльской катастрофы, Российской Атомной Энергетике, Людям ее создавшим. Сегодня рабочий: не игровой и не дискуссионный семинар, который можно условно озаглавить "как это было".
Много молодежи. Прибежали играть, а не слушать доклады. Вчерашние разболтали, что здесь сценарные игры. Хотя доклад для них, чтоб были в курсе…
Докладчик (физик, 45 лет):
- А что, собственно, вы хотите услышать? Чернобыльская авария - одна из самых исследованных в истории техники. Может быть, только катастрофа "Титаника", которая стала предметом изучения двух открытых, независимых, подчиненных различной государственной юрисдикции следственных комиссий, изучена более досконально, да еще гибель британских "Комет" в начале 1950-х годов: работа исследовательской группы Халла по анализу причин разрушения этих самолетов в воздухе не случайно признана образцовой.
В истории Чернобыльской катастрофы практически не осталось неясных мест, и это огромная заслуга атомщиков 1980-х годов, прежде всего представителей НИКИЭТА и Курчатовского института. После публикации в 1989 году "Чернобыльской тетради" Г. Медведева последовательность событий и их взаимообусловленности стали известны самой широкой аудитории. Книга Г. Медведева есть в Интернете, до сих пор она является наиболее полным изложением того, что происходило на 4-м энергоблоке ЧАЭС в ночь на 26 апреля 1986 года. Позднее, в 1995 году, свою версию событий опубликовал бывший главный инженер по эксплуатации второй очереди ЧАЭС А. С. Дятлов, осужденный по итогам Чернобыльской катастрофы. Текст А. Дятлова тоже представлен в Интернете, эту очень злую работу, написанную в непопулярном жанре самооправдания, можно назвать "антимедведевым"(по аналогии с "Антидюрингом"). Впрочем, в описании самой катастрофы различия между позициями Медведева и Дятлова, с моей точки зрения, не существенны.
Реплика (программист, 30 лет):
- Есть еще масса кратких и дельных страниц в Сети…
Выводит ссылку на экран. Молодежь живет в Сети. Может быть, почитают…
Докладчик (физик, 45 лет):
- Я не буду сейчас касаться причин катастрофы, ее последствий, проблемы вины и ответственности. Попробую изложить "реперные" факты, то есть факты, которые представлены во всех версиях одинаково, хотя трактоваться могут по-разному. Начнем с вопроса "где" и "когда".
Чернобыльская площадка расположена вблизи украинско-белорусской границы в бассейне реки Припять. Этот район издавна известен как "Припятская дыра", его влиянию на ход и исход боевых действий на советско-германском фронте Второй мировой войны Ф. Филиппи посвятил целую книгу. Она так и называется "Припятская проблема". Напомню, что закрытая, бедная путями сообщения, изрезанная огромным количеством рек, речек и речушек с топкими берегами лесисто-болотистая местность по обоим берегам Припяти препятствовала маневрированию крупных войсковых соединений и разделяла Восточный фронт на два приблизительно равных участка - севернее и южнее Полесья. Это обстоятельство оказало огромное влияние на развитие операций в 1941 году. Надо сказать, что и в 1986 году специфические особенности бассейна Припяти могли сыграть судьбоносную роль, но по счастливому стечению обстоятельств до этого дело не дошло.
Украинско-Белорусское Полесье представляет собой практически равнинную территорию с минимальным уклоном в сторону реки. Местность, как я уже отметил, насыщена реками, которые все являются притоками Припяти. Припять, в свою очередь, впадает в Днепр. Почвы нечерноземные: песчаные и дерново-подзолистые. Бедные почвы. До постройки АЭС район считался сравнительно слаборазвитым, плотность населения была низкой. Говоря об огромных экономических потерях, вызванных созданием тридцатикилометровой зоны, необходимо понимать, что вся экономика причернобыльской территории, вся система деятельностей в регионе были созданы вокруг АЭС, и без нее просто не существовали бы.
Уровень грунтовых вод очень высокий, ниже, на глубине 10–15 метров, идет плотная глина, препятствующая просачиванию воды. Паводки заканчиваются в середине апреля, иногда и позднее, но в 1986 году весна была ранней и дружной, и вода схлынула почти за месяц до катастрофы. Это имело огромное значение: случись Чернобыль во время паводка, пятно радиоактивного загрязнения быстро распространилось бы по системам рек Припять и Днепр, и вот это было бы очень серьезно. Во всяком случае, вопрос об эвакуации Киева встал бы со всей остротой.
В остальном - район как район, с геологической точки зрения спокойный, климат умеренно континентальный, водными ресурсами обеспечен, в транспортном отношении связан с Киевом железной дорогой, автомагистралью, да и Припять в этом течении судоходна. В общем, во всех отношениях, за исключением почвенного состава, Чернобыль отвечает всем требованиям к площадке для АЭС.
Реплика (студентка, 21 год):
- А Киев, Киев там далеко?
Ну вот, прокол первый. Не принесли карту. Молодежь в голове ее не держит. Не наше поколение.
Докладчик (физик, 45 лет):
- Станция расположена в 100 километрах к северу от Киева, практически на выходе из Полесья. В четырех километрах от нее располагается город Припять с населением на 1986 год в 45.000 человек, в восемнадцати километрах - районный центр Чернобыль, в котором проживало 1300. В хорошем приближении роль атомной энергетики в экономике области определяется соотношением населения Припяти и Чернобыля.
Строительство Чернобыльской АЭС было включено в программу на 1971–1980 годы. Где-то в 1971 году оно и началось, во всяком случае, первый энергоблок вступил в эксплуатацию в 1977 году, второй - в 1978 году. Третий и четвертый энергоблоки вводились уже по программе 1980 года и вступили в строй соответственно в 1981 и 1983 году. К моменту катастрофы велись работы по строительству третьей очереди ЧАЭС (пятый и шестой блоки).
Блоки стандартные, РБМК-1000, мощный и надежный реактор, однако довольно сложный в эксплуатации.
На экране выступление Владимира Григорьевича Асмолова, нашего атомного гуру:
"…первые 10 лет работы РБМК - это была сплошная борьба с реактором. Обычно, что делает оператор на ВВЭРе? - сидит и тупо смотрит на пульт, и вся проблема - чисто психологическая - чем бы его занять, чтобы не отвлекался, потому что процесс идет автоматически, все стоит само, и ничего делать не надо. На первых РБМК оператор, как пианист, работал на пульте, чтобы держать эту зону, чтобы она стояла. Вставили одно, вставили другое - регулирование снизу, регулирование сверху, и это все делалось на работающих блоках. Отчасти поэтому на Ингалинской АЭС, где стоял еще более мощный реактор РБМК-1500, разрешенную мощность, подумав, ограничили 1300 МВт".
Докладчик (физик, 45 лет):
- Существуют различные версии насчет качества строительства ЧАЭС. Г. Медведев пишет, что была штурмовщина, что со сроками торопили. А. Дятлов, который спорит с Медведевым по поводу и без повода, утверждает, что никакой спешки не было: "Я приехал на станцию в сентябре 1973 г. На здании столовой - лозунг о пуске первого блока в 1975 г. Прошел срок - пятерку переписали на шестерку. Фактически первый энергоблок ЧАЭС был запущен 26 сентября 1977 г. Второй блок - в декабре 1978 г., но, надо полагать, срок его был сдвинут из-за задержки пуска первого. Также и два последующие блока. О досрочной сдаче говорить не приходится. Интересно, что до 31 декабря говорить вслух о невозможности пуска в этом году нельзя. Потом приезжает эмиссар и начинается составление новых нереальных планов и графиков. Составили, подписали, уехал эмиссар. И тут в первое время начинается нервотрепка из-за жесткого контроля выполнения графика, невыполнимого с момента составления. Жесткие оперативные совещания, ночные вызовы на работу. Неизбежное отставание увеличивается, контроль спадает, начинается нормальная работа. До следующего приезда руководителя".
Ведущий (психолог, 44 года):
Из наших экспертов на эту тему пишет физик Р. М. Бархударов вывожу его интервью на экран:
"Если вы бы посмотрели материалы по строительству Чернобыльской станции, донесения украинского КГБ, они же раскрыты… Я, когда впервые ознакомился, извиняюсь за выражение, обалдел. У меня жена хороший, профессиональный конструктор, строитель. Я ей рассказал замечания по ходу строительства, она говорит: "Да, этого не может быть! Так нельзя строить!" Речь же идет об атомной станции, это не рынок Басманный, который обрушился и то погубил около ста человек…. А вы посмотрите эти донесения, посмотрите, что говорил директор станции товарищ Брюханов. Он говорил такую вещь, что ежегодно ему пожарники давали указания заменить все горючие кабели, высоковольтные кабели на атомной станции. Они же все горючие, крыша горючая, бетон не той марки. Я, когда впервые с этим познакомился, пришел в ужас. Это же человеческий фактор, уже в самом строительстве. Потом то, что мы отказывались от колпаков, это тоже, в общем-то, удешевление. Вы понимаете? Все было направлено на то… Как обычно у нас, балаган. И к срокам, там, то же самое. Когда мы сказали срок - три года, "сверху" ответили - два года. Извините, атомную станцию строим. Нет, никаких, два года и точка! Начальник строительства возражает, говорит: "Мы не уложимся". - "Как это, - Щербина говорил, - как это не уложитесь? Если правительственные сроки есть". Вы понимаете, в какой атмосфере шло строительство? И все станции так строились. Я уже не говорю, что бетон не тех марок. А эти кабели… Брюханов говорит: "Каждый год мне говорили заменить, а я не мог заменить, их нет, - они, эти кабели, использовались только в космической отрасли, - и я каждый год писал, чтобы разрешили мне оставить их в виде исключения. И каждый год отвечали - оставляйте"".
Докладчик (физик, 45 лет):
- Правы, по-видимому, все. То есть нарушений было "выше крыши" (энергоблока), но эти нарушения, в общем и целом, не выбивались из установившейся практики. Я посчитал на досуге, сколько плотин в мире обрушилось из-за некачественного бетона и нарушения технологии строительства… Короче, долго ли, коротко ли, но построили, запустили, система три года проработала, серьезных проблем по строительной части не возникало, даже трубопроводы, по словам А. Дятлова, держали, правда, Г. Медведев ссылается на Брюханова, который жаловался, что "много течей, не держит арматура, текут дренажи и воздушники. Общий расход течей почти постоянно составляет 50 кубометров радиоактивной воды в час. Еле успевают перерабатывать ее на выпарных установках. Много радиоактивной грязи". В прямой причинной связи с аварией это, конечно, не находится.
Реплика (математик, 38 лет):
- Сойдемся на том, друзья, что ЧАЭС представляла собой обыкновенный индустриальный объект, построенный по технологиям 60-х годов со всеми нарушениями, которые такая технология подразумевала на практике.
Докладчик (физик, 45 лет):
- Именно. Эксплуатации станции проходила достаточно гладко, была одна заметная авария в сентябре 1982 года: разрушение центральной топливной сборки из-за ошибочных действий персонала. Серьезных проблем она не вызвала, а радиоактивный выброс тогда как большая беда никем не воспринимался. Четвертый энергоблок работал с декабря 1983 года и 26 апреля 1986 года должен был быть остановлен на планово-профилактический ремонт. Реактор был полностью загружен: 1659 топливных сборок, около 200 тонн двуокиси урана, причем 75 % сборок представляло собой топливо первой загрузки с глубиной выгорания, близкой к максимальной.
Реплика (эксперт-международник, 26 лет):
- Я бы хотел услышать о физике реактора, как он работает, раз уж у нас ознакомительный семинар.
Докладчик (физик, 45 лет):
- Как вам, может быть, известно, АЭС представляет собой сооружение, превращающее энергию ядерного распада в электрическую. Напрямую мы это делать не умеем (по крайней мере, для тех гигаватт, о которых идет речь в связи с реактором РБМК), поэтому процесс идет в две ступени: в реакторе, собственно, энергия ядерного распада превращается в тепловую, это тепло утилизируется в турбине, которая вращает электрогенератор. Коэффициент полезного действия по теплу для установок РБМК около 30 %, поэтому когда мы говорим о мощности в 1,2 ГВт электрических, мы имеем в виду, что тепловая мощность свыше 3 ГВт.
Суть работы реактора можно изобразить примерно так: некоторые атомы являются неустойчивыми (радиоактивными). Такие атомы могут распасться одним из трех способов:
При альфа-распаде радиоактивное излучение представляет собой поток дважды ионизированного гелия. Ядро теряет два протона, следовательно, происходит превращение элемента: его номер уменьшается на два, а атомная масса - на четыре. Сами альфа-частицы являются заряженными и тяжелыми, сразу же тормозятся веществом. В принципе, лист бумаги надежно защитит вас от альфа-лучей.
При бета-распаде нейтрон в ядре превращается в протон, при этом испускается электрон и нейтрино, нейтринное излучение практически не взаимодействует с веществом, что же касается электронов, то это и есть бета-лучи. Они являются более проникающими, чем альфа-частицы, но металлический лист, хотя бы даже и алюминиевый, является достаточной защитой. При бета-распаде заряд ядра (то есть номер элемента) увеличивается на единицу, атомная масса практически не меняется.
Наконец, при спонтанном распаде ядро разваливается на две части, не обязательно равные. При таком делении могут с различной вероятностью возникать самые любые ядра примерно из середины таблицы Менделеева: например, уран с номером 92 распадается на лантан с номером 57 и бром с номером: 92–57 = 35. Или на рутений 44 и кадмий 48. При такой реакции всегда остается какое-то количество нейтронов и выделяется энергия, часть которой переходит в кинетическую энергию нейтронов, а часть выделяется в виде жесткого излучения (гамма-квантов, гамма-лучей). И нейтронное излучение, и гамма-кванты обладают сильной проникающей способностью, защищаться от них трудно.
Важно, что очень многие ядра при попадании в них нейтрона теряют стабильность относительно спонтанного распада и, естественно, распадаются, высвобождая энергию и свои нейтроны. Их число может быть практически любым, но средний показатель представляет собой константу для каждого типа ядер и называется коэффициентом размножения. Понятно, что если эта величина превышает единицу, то после каждого акта деления ядра в веществе будет становиться все больше, все больше ядер будет поглощать нейтроны, терять стабильность и делиться, высвобождая нейтроны, их станет еще больше… это и называется цепной реакцией.
Поскольку с поверхности вещества нейтроны "убегают", для того чтобы цепная реакция пошла, количество делящегося вещества должно быть достаточно большим и это вещество должно быть компактно "упаковано". При сферической "упаковке" для любого вещества, атомы которого имеют коэффициент размножения больше единицы, можно подсчитать массу, выше которой в этом веществе пойдет нарастающая реакция деления с выделением огромного количества энергии. Это называется атомный взрыв.
Молодежь проснулась на "атомный взрыв", до этого нейроны от них убежали навсегда. Журналисты даже записывать перестали. Они возьмут доклад и вставят оттуда всю эту безумную с их точки зрения физику… Наш докладчик считает, что все мы немножко физики, и продолжает…
Докладчик (физик, 45 лет):
- Первые атомные бомбы делали из урана 235. Это - один из изотопов природного урана, но в природном уране его мало, основная доля - 99,28 % приходится на уран 238. Понятно, что отделение 235-го урана от 238-го - процесс сложный и дорогостоящий. Делают это обычно методом газовой диффузии. Более легкий изотоп диффундирует быстрее…
Однако природный 238-й уран также можно заставить вступать в цепную реакцию деления. Для этого необходимо замедлить нейтроны: снизить их кинетическую энергию и тем увеличить вероятность взаимодействия нейтрона с ядром. Существуют вещества - замедлители, взаимодействуя с которыми нейтрон отдает энергию. Среди них - графит, тяжелая вода. Кроме того, ряд химических элементов обладает способностью поглощать нейтроны, оставаясь при этом стабильными. Таковы кадмий, бор.
В результате вы можете, чередуя природный уран (обычно обогащенный 235-м изотопом, но не очень сильно - до 1,5–2 %) и графит, добиваться во всем объеме, называемом "активной зоной", цепной реакции деления. При этом с помощью поглотителей вы можете регулировать эту реакцию, чтобы она была самоподдерживающейся, а не нарастающей (иначе говоря, чтобы число нейтронов, которые расходуются в реакции или покидают активную зону, было бы равно числу нейтронов, которые возникают в активной зоне во время реакции).
Таким образом, активная зона простейшего реактора - это обогащенный, но не слишком уран 238, графитовый замедлитель и регулирующие стержни. В процессе работы выделяется какое-то количество нейтронов и гамма-квантов (их частично поглощает биозащита) и много тепла.
Тепло надо отводить от реактора, для этого его передают теплоносителю. В реакторах ВВЭР - теплоноситель - вода под высоким давлением. В реакторах РБМК охлаждение осуществляется в кипящем слое. Теплоноситель охлаждается или непосредственно в турбине (одноконтурные установки), или в теплообменнике (многоконтурные установки).
Необходимый объем теплоносителя определяется тепловой мощностью реактора и в промышленных установках очень велик. Для прокачки такого объема через активную зону используются ГЦН - главные циркуляционные насосы, представляющие собой едва ли не главный "хайтек" реактора. ГЦНы представляют собой высокооборотные турбоагрегаты высокой надежности.