На основе анализа старых и новых данных разработана реалистическая версия причин Чернобыльской аварии. В отличие от более ранних официальных версий новая версия даёт естественное объяснение собственно аварийному процессу и многим обстоятельствам, предшествовавшим моменту аварии, которые до сих пор не нашли естественного объяснения.
1. Причины Чернобыльской аварии. Окончательный выбор между двумя версиями .
1.1. Две точки зрения Различных объяснений причин Чернобыльской аварии много. Уже их набралось свыше 110. А научно разумных всего две. Первая из них появилась в августе 1986 г. /1/ Суть её сводится к тому, что в ночь на 26 апреля 1986 г. персонал 4-го блока ЧАЭС в процессе подготовки и проведения чисто электротехнических испытаний 6 раз грубо нарушил Регламент, т.е. правила безопасной эксплуатации реактора. Причём в шестой раз так грубо, что грубее и не бывает - вывел из его активной зоны не менее 204 управляющих стержней из 211 штатных, т.е. более 96%. В то время, как Регламент требовал от них: "При снижении оперативного запаса реактивности до 15 стержней реактор должен быть немедленно заглушен" /2, стр. 52/. А до этого они преднамеренно отключили почти все средства аварийной защиты. Тогда, как Регламент требовал от них: "11.1.8. Во всех случаях запрещается вмешиваться в работу защит, автоматики и блокировок, кроме случаев их неисправности..." /2, стр. 81/. В результате этих действий реактор попал в неуправляемое состояние, и в какой-то момент в нём началась неуправляемая цепная реакция, которая закончилась тепловым взрывом реактора. В /1/ также отмечались "небрежность в управлении реакторной установкой", недостаточное понимание "персоналом особенностей протекания технологических процессов в ядерном реакторе" и потерю персоналом "чувства опасности". Кроме этого, были указаны некоторые особенности конструкции реактора РБМК, которые "помогли" персоналу довести крупную аварию до размеров катастрофы. В частности, "Разработчики реакторной установки не предусмотрели создания защитных систем безопасности, способных предотвратить аварию при имевшем место наборе преднамеренных отключений технических средств защиты и нарушений регламента эксплуатации, так как считали такое сочетание событий невозможным". И с разработчиками нельзя не согласиться, ибо преднамеренно "отключать" и "нарушать" означает рыть себе могилу. Кто же на это пойдёт? И в заключение делается вывод, что "первопричиной аварии явилось крайне маловероятное сочетание нарушений порядка и режима эксплуатации, допущенных персоналом энергоблока" /1/. В 1991 г. вторая государственная комиссия, образованная Госатомнадзором и состоящая в основном из эксплуатационщиков, дала другое объяснение причин Чернобыльской аварии /3/. Его суть сводилась к тому, что у реактора 4-го блока имеются некоторые "конструкционные недостатки", которые "помогли" дежурной смене довести реактор до взрыва. В качестве главных из них обычно приводят положительный коэффициент реактивности по пару и наличие длинных (до 1 м) графитовых вытеснителей воды на концах управляющих стержней. Последние поглощают нейтроны хуже, чем вода, поэтому их одновременный ввод в активную зону после нажатия кнопки АЗ-5, вытеснив воду из каналов СУЗ, внёс такую дополнительную положительную реактивность, что оставшиеся 6-8 управляющих стержня уже не смогли её скомпенсировать. В реакторе началась неуправляемая цепная реакция, которая и привела его к тепловому взрыву. При этом исходным событием аварии считается нажатие кнопки АЗ-5, которое вызвало движение стержней вниз. Вытеснение воды из нижних участков каналов СУЗ привело к возрастанию потока нейтронов в нижней части активной зоны. Локальные тепловые нагрузки на тепловыделяющие сборки достигли величин, превышающих пределы их механической прочности. Разрыв нескольких циркониевых оболочек тепловыделяющих сборок привёл к частичному отрыву верхней защитной плиты реактора от кожуха. Это повлекло массовый разрыв технологических каналов и заклинивание всех стержней СУЗ, которые к этому моменту прошли примерно половину пути до нижних концевиков. Следовательно, в аварии виноваты учёные и проектировщики, которые создали и спроектировали такой реактор и графитовые вытеснители, а дежурный персонал здесь не причём. В 1996 г. третья государственная комиссия, в которой тоже тон задавали эксплуатационщики, проанализировав накопленные материалы, подтвердили выводы второй комиссии.
1.2. Равновесие мнений Шли годы. Обе стороны оставались при своём мнении. В результате сложилось странное положению, когда три официальные государственные комиссии, в состав которых входили авторитетные каждый в своей области люди, изучали, фактически, одни и те же аварийные материалы, а пришли к диаметрально противоположным выводам. Чувствовалось, что там было что-то не то, или в самих материалах, или в работе комиссий. Тем более, что в материалах самих комиссий ряд важных моментов не доказывалось, а просто декларировалось. Наверно, поэтому бесспорно доказать свою правоту не могла ни одна сторона. Само соотношение вины между персоналом и проектировщиками оставалось невыясненным, в частности, из-за того, что во время испытаний персоналом "регистрировались только те параметры, которые были важны с точки зрения анализа результатов проводимых испытаний" /4/. Так они потом объяснялись. Странное это было объяснение, ибо не была зарегистрирована даже часть основных параметров реактора, которые измеряются всегда и непрерывно. Например, реактивность. "Поэтому процесс развития аварии восстанавливался расчётным путём на математической модели энергоблока с использованием не только распечаток программы ДРЕГ, но и показаний приборов и результатов опроса персонала" /4/. Столь долгое существование противоречий между учёными и эксплуатационщиками поставило вопрос об объективном изучении всех накопленных за 16 лет материалов, связанных с Чернобыльской аварией. С самого начала представлялось, это надо сделать на принципах, принятых в Национальной академии наук Украины, - любое утверждение должно быть доказанным, а любое действие должно быть естественно объяснено. При внимательном анализе материалов вышеуказанных комиссий становится очевидным, что при их подготовке явно сказались узковедомственные пристрастия глав этих комиссий, что, в общем-то, естественно. Поэтому автор убеждён, что в Украине действительно объективно и официально разобраться в истинных причинах Чернобыльской аварии реально способна только Национальная академия наук Украины, которая реактор РБМК не придумывала, не проектировала, не строила и не эксплуатировала. И поэтому ни в отношении реактора 4-го блока, ни в отношении его персонала у неё просто нет и быть не может каких-либо узковедомственных пристрастий. А её узковедомственный интерес и прямая служебная обязанность - поиск объективной истины, независимо от того, нравится она или не нравится отдельным чиновникам от украинской атомной энергетики. Наиболее важные результаты такого анализа излагаются ниже.
2. Сценарий аварии.
2.1. Исходное событие Новая версия позволила обосновать наиболее естественный сценарий аварии. В настоящий момент он представляется таким. В 00 часов 28 мин 26.04.86 г., переходя в режим электротехнических испытаний, персонал на БЩУ-4 допустил ошибку при переключении управления с системы локального автоматического регулирования (ЛАР) на систему автоматического регулирования мощности основного диапазона (АР). Из-за этого тепловая мощность реактора упала ниже 30 Мвт, а нейтронная мощность упала до ноля и оставалась таковой в течение 5 минут, судя по показаниям самописца нейтронной мощности /5/. В реакторе автоматически начался процесс самоотравления короткоживущими продуктами деления. Сам по себе этот процесс никакой ядерной угрозы не представлял. Даже, наоборот, по мере его развития способность реактора поддерживать цепную реакцию уменьшается вплоть до полной его остановки независимо от воли операторов. Во всём мире в таких случаях реактор просто глушат, затем сутки-двое выжидают, пока реактор не восстановит свою работоспособность. А затем запускают его снова. Процедура эта считается рядовой, и никаких трудностей для опытного персонала 4-го блока не представляла. Но на реакторах АЭС эта процедура весьма хлопотная и занимает много времени. А в нашем случае она ещё срывала выполнение программы электротехнических испытаний со всеми вытекающими неприятностями. И тогда, стремясь "быстрее закончить испытания", как потом объяснялся персонал, они стали постепенно выводить из активной зоны реактора управляющие стержни. Такой вывод должен был компенсировать снижение мощности реактора из-за процессов самоотравления. Эта процедура на реакторах АЭС тоже обычная и ядерную угрозу представляет только в том случае, если вывести их слишком много для данного состояния реактора. Когда количество оставшихся стержней достигло 15, оперативный персонал должен был реактор заглушить. Это было его прямой служебной обязанностью. Но он этого не сделал. Кстати, первый раз такое нарушение случилось в 7 часов 10 мин 25 апреля 1986 г., т.е. чуть ли не за сутки до аварии, и продолжалось примерно до 14 часов (см. рис. 1). Интересно отметить, что в течение этого времени поменялись смены оперативного персонала, поменялись начальники смены 4-го блока, поменялись начальники смены станции и другое станционное начальство и, как это не странно, никто из них не поднял тревоги, как будто всё было в порядке, хотя реактор уже находился на грани взрыва.. Невольно напрашивается вывод, что нарушения такого типа, по-видимому, были обычным явлением не только у 5-й смены 4-го блока. Этот вывод подтверждают и показания И.И. Казачкова, работавшего 25 апреля 1986 г. начальником дневной смены 4-го блока: "Я так скажу: у нас неоднократно было менее допустимого количества стержней - и ничего...", "...никто из нас не представлял, что это чревато ядерной аварией. Мы знали, что делать этого нельзя, но не думали..." /18/. Образно выражаясь, реактор долго "сопротивлялся" столь вольному обращению с ним, но персонал всё-таки сумел его "изнасиловать" и довести до взрыва. Второй раз это случилось уже 26 апреля 1986 г. вскоре после полуночи. Но по какой-то причине персонал не стал глушить реактор, а продолжал выводить стержни. В результате в 01 час 22 мин 30 сек. в активной зоне оставалось 6-8 управляющих стержней. Но и это персонал не остановило, и он приступил к электротехническим испытаниям. При этом можно уверенно предположить, что персонал продолжал вывод стержней до самого момента взрыва. На это указывает фраза "началось медленное повышение мощности" /1/ и экспериментальная кривая изменения мощности реактора в зависимости от времени /12/ (см. рис. 2). Во всём мире никто так не работает, ибо нет технических средств безопасного управления реактором, находящимся в процессе самоотравления. Не было их и у персонала 4-го блока. Конечно, никто из них не хотел взрывать реактор. Поэтому вывод стержней свыше разрешённых 15-ти мог осуществляться только на основе интуиции. С профессиональной точки зрения это уже была авантюра в чистом её виде. Почему они на неё пошли? Это отдельный вопрос. В какой-то момент между 01 час 22 мин 30 сек и 01 час 23 мин 40 сек интуиция персоналу, по-видимому, изменила, и из активной зоны реактора оказалось выведено избыточное количество стержней. Реактор перешёл в режим поддержания цепной реакции на мгновенных нейтронах. Ещё не созданы и вряд ли когда будут созданы технические средства управления реакторами в таком режиме. Поэтому в течение сотых долей секунды тепловыделение в реакторе возросла в 1500 - 2000 раз /5,6/, ядерное топливо нагрелось до температуры 2500-3000 градусов /23/, а далее начался процесс, который называется тепловым взрывом реактора. Его последствия сделали ЧАЭС "знаменитой" на весь мир. Поэтому событием, инициировавшим неуправляемую цепную реакцию, было бы более правильно считать избыточный вывод стержней из активной зоны реактора. Как это произошло в остальных ядерных авариях, закончившихся тепловым взрывом реактора, в 1961 г. и в 1985 г. А уже после разрыва каналов полная реактивность могла возрасти за счёт парового и пустотного эффектов. Для оценки индивидуального вклада каждого из этих процессов необходимо детальное моделирование самой сложной и наименее разработанной, второй фазы аварии. Предлагаемая автором схема развития Чернобыльской аварии представляется более убедительной и более естественной, чем ввод всех стержней в активную зону реактора после запоздалого нажатия кнопки АЗ-5. Ибо количественный эффект последнего у разных авторов имеет довольно большой разброс от достаточно больших 2ß до пренебрежимо малых 0,2ß. А какой из них реализовался при аварии и реализовался ли вообще, неизвестно. Кроме того, "в результате исследований различных коллективов специалистов... стало ясно, что одного ввода положительной реактивности только стержнями СУЗ с учётом всех обратных связей, воздействующих на паросодержание, недостаточно для воспроизведения такого всплеска мощности, начало которого зарегистрировано системой централизованного контроля СЦК СКАЛА IV энергоблока ЧАЭС" /7/ (см. рис. 1). В то же время давно известно, что вывод управляющих стержней из активной зоны реактора сам по себе может дать гораздо больший выбег реактивности - более 4ß /13/. Это, во-первых. А, во-вторых, научно ещё не доказано, что стержни вообще входили в активную зону. Из новой же версии следует, что они и не могли туда войти, ибо в момент нажатия кнопки АЗ-5 уже не существовало ни стержней, ни активной зоны. Таким образом, версия эксплуатационщиков, выдержав проверку аргументами качественного характера, не выдержала количественной проверки и её можно сдавать в архив. А версия учёных после небольшой поправки получила дополнительные количественные подтверждения.
2.2. "Первый взрыв".
Неуправляемая цепная реакция в реакторе 4-го блока началась в некоторой, не очень большой части активной зоны и вызвала местный перегрев охлаждающей воды. Скорее всего, она началась в юго-восточном квадранте активной зоны на высоте от 1,5 до 2,5 м от основания реактора /23/. Когда давление пароводяной смеси превысило пределы прочности циркониевых труб технологических каналов, они разорвались. Изрядно перегретая вода почти мгновенно превратилась в пар довольно высокого давления. Этот пар, расширяясь, подтолкнул массивную 2500-тонную крышку реактора вверх. Для этого, как оказалось вполне достаточно разрыва всего нескольких технологических каналов. На этом закончилась начальная стадия разрушения реактора и началась основная. Двигаясь вверх, крышка последовательно, как в домино, разорвала остальную часть технологических каналов. Многие тонны перегретой воды почти мгновенно превратились в пар, и сила его давления уже довольно легко подкинула "крышку" на высоту 10-14 метров. В образовавшееся жерло ринулась смесь пара, обломков графитовой кладки, ядерного топлива, технологических каналов и других конструкционных элементов активной зоны реактора. Крышка реактора развернулась в воздухе и упала обратно ребром, раздавив верхнюю часть активной зоны и вызвав дополнительный выброс радиоактивных веществ в атмосферу. Ударом от этого падения можно объяснить двойной характер "первого взрыва". Таким образом, с точки зрения физики "первый взрыв" собственно не был взрывом, как физическим явлением, а представлял собой процесс разрушения активной зоны реактора перегретым паром. Поэтому сотрудники ЧАЭС, рыбачившие в аварийную ночь на берегу пруда-охладителя, не услышали звука после него. Именно поэтому сейсмические приборы на трёх сверхчувствительных сейсмостанциях с расстояния 100 - 180 км смогли зарегистрировать только второй взрыв.
2.3. "Второй взрыв".
Параллельно с этими механическими процессами в активной зоне реактора начались различные химические реакции. Из них особый интерес вызывает экзотермическая пароциркониевая реакция. Она начинается при 900 °С и бурно проходит уже при 1100 °С. Её возможная роль более подробно изучалась в работе /19/, в которой было показано, что в условиях аварии в активной зоне реактора 4-го блока только за счёт этой реакции в течение 3 сек могло образоваться до 5 000. куб. метров водорода. Когда верхняя "крышка" взлетала в воздух, в центральный зал из шахты реактора вырвалась эта масса водорода. Перемешавшись с воздухом центрального зала, водород образовал детонационную воздушно-водородную смесь, которая затем взорвалась, скорее всего, от случайной искры или раскалённого графита. Сам взрыв, судя по характеру разрушений центрального зала, носил бризантный и объёмный характер, аналогичный взрыву известной "вакуумной бомбы" /19/. Именно он и разнёс вдребезги крышу, центральный зал и другие помещения 4-го блока. После этих взрывов в подреакторных помещениях начался процесс образования лавообразных топливосодержащих материалов. Но это уникальное явление является уже следствием аварии и здесь не рассматривается.
3. Основные выводы.
1. Первопричиной Чернобыльской аварии стали непрофессиональные действия персонала 5-й смены 4-го блока ЧАЭС, который, скорее всего, увлёкшись рискованным процессом поддержания мощности реактора, попавшего в режим самоотравления по вине персонала же, на уровне 200 МВт, сначала "просмотрел" недопустимо опасный и запрещённый регламентом вывод управляющих стержней из активной зоны реактора, а затем "задержался" с нажатием кнопки аварийного глушения реактора АЗ-5. В результате в реакторе началась неуправляемая цепная реакция, которая закончилась его тепловым взрывом. 2. Ввод графитовых вытеснителей управляющих стержней в активную зону реактора не мог быть причиной Чернобыльской аварии, так как в момент первого нажатия кнопки АЗ-5 в 01 час 23 мин. 39 сек. уже не существовало ни управляющих стержней, ни активной зоны. 3. Причиной первого нажатия кнопки АЗ-5 послужил "первый взрыв" реактора 4-го блока, который произошёл примерно в период от 01 час 23 мин. 20 сек. до 01 час 23 мин. 30 сек. и разрушил активную зону реактора. 4. Второе нажатие кнопки АЗ-5 произошло в 01 час 23 мин. 41 сек. и практически совпало во времени со вторым, уже настоящим взрывом воздушно-водородной смеси, который полностью разрушил здание реакторного отделения 4-го блока. 5. Официальная хронология Чернобыльской аварии, основанная на распечатках ДРЕГ, неадекватно описывает процесс аварии после 01 час 23 мин. 41 сек. Первыми на эти противоречия обратили внимание специалисты ВНИИАЭС. Возникает необходимость её официального пересмотра с учётом недавно открывшихся новых обстоятельств. В заключение автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность члену-корреспонденту НАНУ А. А. Ключникову, доктору физико-математических наук А. А. Боровому, доктору физико-математических наук Е. В. Бурлакову, доктору технических наук Э. М. Пазухину и кандидату технических наук В. Н. Щербину за критическое, но доброжелательное обсуждение полученных результатов и моральную поддержку. Автор также считает своим особо приятным долгом выразить глубокую благодарность генералу СБУ Ю. В. Петрову за предоставленную возможность подробно ознакомиться с частью архивных материалов СБУ, связанных с Чернобыльской аварией, и за устные комментарии к ним. Они окончательно убедили автора в том, что "компетентные органы" являются органами действительно компетентными.