По просьбе комментаторов - некое подобие хронологии событий на ЧАЭС в ночь с 25 на 26 апреля 1986 года. Стиль этой статьи, как любят говорить в Википедии, неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка, поскольку взят из моей же переписки в неком чате. Зато, думаю, будет более понятен широким массам читателей. Картинок не будет. Кроме одной, пожалуй, в конце.
Итак.
На Чернобыльской АЭС были установлены реакторы РБМК-1000, реактор большой мощности канальный, электрической мощностью 1000 МВт (тепловая 3200 МВт). Канальный - это значит, что теплоноситель циркулирует по каналам внутри реактора, а не в корпусе. Активная зона диаметром чуть меньше 12 метров, высотой 7 метров. В каналы загружаются тепловыделяющие элементы, твэлы, состоящие из кассет с таблетками с урановым топливом. В другие каналы вводятся стержни-поглотители из карбида бора, с подвешенными на концах вытеснителями из графита. Вытеснители предназначены для увеличения чувствительности реактора к введению поглотителя в активную зону. Всё это дело омывается теплоносителем - водой, которая, во-1, охлаждает реактор, во-2, превращается в пар, который, собственно, и крутит турбины генератора, вырабатывающего конечный продукт реактора - электричество. Вода в системе циркулирует под давлением 70 атмосфер, закипает при температуре около 290 градусов. Воду гонят в активную зону снизу главные циркуляционные насосы (ГЦН)
Было задумано проверить работу генератора в режиме выбега. Это когда отключилась подача пара на турбины, а они сами по себе ещё крутятся, за этот счёт генератор всё еще дает электричество. Фишка - при аварии отключается подача пара, запускаются резервные дизель-генераторы, которые обеспечивают питание систем. Запускаются они 65 секунд. На это время всё стоит, в том числе и насосы САОР - системы аварийного охлаждения реактора. Вот и возникла идея запитать на эти 65 секунд системы электричеством от выбегающих основных генераторов. Но при первых испытаниях выяснилось, что генераторы не дураки, на халяву работать не хотят и глохнут быстрее. В начале года институт Донтехэнерго разработал какую-то специальную штуковину, регулятор магнитного поля генератора, которая должна было поддержать генерирование электричества, продлив время работы на выбеге. Вот эту штуковину и хотели проверить.
Ну, пошла мякотка про эксперимент. Все тупо посчитали, что мы тут электричество туда-сюда крутим, а что реактор у нас ядерный - это пофиг, ядерные процессы - вещь тёмная, простому глазу не видная, у нас есть Кнопка, если чо - нажмём.
Как нам вывести генератор на выбег? Надо снизить мощность реактора, прекратится подача пара на вооон тот дальний генератор, он выйдет на выбег, тут мы всё и испытаем. Так, хорошо, а если САОР сработает? А давайте её отключим, всё равно реактор почти заглушен. Ну ладно, а нагрузку насосов САОР откуда возьмём, если они выключены? А давайте имитируем её, подключим дополнительно 4 ГЦН к турбине, мощности те же. Ну ладно, вроде ништяк, поехали.
25 апреля, в пятницу, ночью начали снижать мощность реактора. К вечеру пятницы мощность снизили вдвое, до 1600 МВт (тепловых) и отключили САОР. Тут из Киева позвонил диспетчер Киевэнерго, дескать, вы этаа там, погодите отключаться, вечер пятницы, все с работы пришли, включили телевизоры, надо больше электричества. На станции сказали ОК и закурили. Оставили всё как есть, реактор пыхтит на 1600, САОР отключена, один генератор выключен, второй работает.
В 23:10 диспетчер звонит и говорит отбой, дескать, пролетарии спать легли, гасите свой реактор. Персонал выкинул бычки и начал снижать мощность дальше. По плану, мощность реактора нужно было держать на уровне 700-1000 МВт (тепловых).
К полпервого ночи 26 апреля мощность реактора провалилась до 30 МВт. Причины точно не установлены, вариантов несколько. Но факт остаётся фактом, реактор почти остыл, кипение в каналах ослабло, начался интересный процесс, называемый ксеноновое отравление реактора. Он заключается в том, что в результате ядерных реакций образуется короткоживущий изотоп иода-135 с периодом полураспада около 6.5 часов, который превращается в изотоп ксенона-135 с периодом полураспада около 9 часов. Появление этих изотопов в рабочей зоне реактора приводит к значительному снижению реактивности реактора, то есть, грубо, его способности производить нейтроны, которые и запускают реакцию ядерного распада, если вы еще помните школьные базы физики ядра. Выход на рабочую мощность в таком случае откладывается на время распада этих изотопов.
На что наши бравые ядерщики сказали: "Фигвам, мы ж тогда эксперимент не проведём" и вытащили из активной зоны ещё больше поглощающих стержней.
Мощность возросла до 200 МВт. Подключили резервные ГЦН - чтобы после остановки генератора активная зона надёжно охлаждалась. Поскольку поток воды увеличился, усилилось охлаждение, снизилось парообразование. В связи с этим опять грязно потрогали коэффициент реактивности. Фигня такая - чем больше в каналах пара, тем выше коэффициент реактивности, тут уже работает положительная обратная связь - больше пара – коэффициент реактивности выше - реактор разгоняется - вода испаряется - ещё больше пара и т.д. Однако, пока имеем обратное - воды сильно больше, чем пара, реактор опять глохнет.
Около 1:20. Увеличена подача питательной воды. Заблокированы сигналы аварийной остановки реактора по недостаточному уровню воды и давлению пара. Икспиримент-то надо провести жеж.
Из-за притока холодной воды парообразование практически прекратилось.
Интересный момент - когда в каналах мало пара, ядерные реакции становятся очень чувствительны к изменениям температуры в зоне. Увеличение пара на процент по массе вызовет увеличение по объёму процентов на 20, в результате чего коэффициент реактивности может сильно скакнуть.
Поглощающие стержни, как автоматические, так и ручные, практически вышли из активной зоны, чтобы предотвратить снижение мощности. Это убило оперативный коэффициент реактивности, то есть долю стержней, опущенных в зону.
Ещё момент - когда конец стержня висит рядом с границей активной зоны (сверху или снизу), его движение мало влияет на цепную реакцию. Влияние стержней на реактор очень хорошо, когда стержни задвинуты примерно на середину реактора. Вывод - при полностью поднятых стержнях махом заглушить реакцию не удастся. Высота активной зоны, как я уже писал, 7 метров. Скорость введения стержней - 40 сантиметров в секунду. Поэтому очень важен этот самый оперативный запас, то есть достаточное количество полуопущенных стержней.
Около 1:22 уровень воды значительно повысился, оператор отключил питательную воду. Температура в каналах пошла расти, кипение усилилось, уровень стабилизировался. Реактивность слегка возросла, автоматические стержни чуть опустились, скомпенсировали. Внешне всё выглядело прилично, персонал почесал репу и сказал, фигли, let's start the Икспиримент.
Перекрыли подачу пара на турбогенератор. Заблокирован сигнал аварийной остановки реактора по отключению двух турбин. Ну, видимо хотели, если с первого раза не получится, повторить.
Счёт пошёл на секунды.
ГЦН, работающие от выбегающего генератора стали сбавлять обороты. Поток воды через активную зону уменьшился, охлаждение реактора, соответственно, тоже. Температура воды на входе в реактор поднялась. Кипение усилилось, количество пара в активной зоне скакнуло и, как следствие, как уже указано выше, скакнула реактивность и, вслед за ней, мощность. Автоматические стержни пошли вниз, но стабилизировать реакцию не смогли, мощность росла дальше.
1 час 23 минуты 38 секунд. Нажата кнопка АЗ-5 - сигнал максимальной аварийной защиты, по которому в активную зону должны быть немедленно введены все стержни-поглотители.
Мякотка. Конструкция стержня-поглотителя. На расстоянии полутора метров под каждым стержнем подвешен вытеснитель - графитовый цилиндр длиной 4.5 метра. Его задача - сделать ядерную реакцию более чувствительной к введению поглотителя в активную зону. Когда поглотитель, опускаясь, сменяет графит, контраст оказывается выше, чем появление стержня вместо воды в канале, которая также может поглощать нейтроны.
Когда стержень полностью поднят, нижний конец вытеснителя висит на расстоянии 1.25 метра выше нижнего края активной зоны. В этих 125 сантиметрах находилась вода, почти не содержащая пара. Когда по команде АЗ-5 все стержни двинулись вниз, концы поглотителей были ещё далеко наверху, а концы вытеснителей уже дошли до границы активной зоны и вытеснили воду из каналов. С физической точки зрения это было то же самое, что и резкое увеличение объёма пара. Для ядерной реакции всё равно, чем вытесняется вода из канала - паром или графитом.
Моментально скакнула мощность и парообразование. Стержни, пройдя 2-3 метра, встали. Оператор отключил удерживающие муфты, чтобы стержни свалились сами под своим весом, но они уже стояли на месте.
Реактор вышел на саморазгон.
1 час 23 минуты 43 секунды. Мощность достигла полгигаватта и продолжала расти. Сработали две системы автоматической защиты - те самые, по мощности и по скорости ее роста. Это ничего не изменило, поскольку они просто-напросто давали ту же самую АЗ-5. Твэлы раскалились и разорвались, топливо разлетелось по активной зоне. Давление значительно возросло, вода, вместо того, чтобы втекать в зону, начала из неё вытекать. Это, считай, был первый взрыв. Давление разрушило часть каналов и паропроводы под реактором. Давление снизилось, вода опять потекла в контур охлаждения. Но поскольку графитовая кладка уже была разрушена, начались уже химические реакции воды с графитом, цирконием, ураном и прочей фигнёй. Произошло бурное выделение газов, давление подскочило. Накрывавшая зону тысячетонная плита приподнялась, обрывая все каналы и трубопроводы.
В активную зону пошёл воздух. Это спровоцировало второй взрыв, разрушивший перекрытие реакторного зала. Четверть графита и часть топлива выброшены наружу. Цепная реакция прекратилась. Обломки попадали на крышу и здания, образовав очаги пожаров.
Полвторого ночи. По сигналу тревоги из Припяти и Чернобыля выезжают пожарные расчёты.
На закуску – распечатка с управляющего комплекса Скала
1 – мощность, 2 – поток воды через ГЦН, 3 – давление пара, 4, 5, 6 – длина погруженной части стержней-поглотителей.
