Со времени Чернобыльской аварии прошло уже 35 лет. Но до сих пор в объяснениях "специалистов" можно услышать явную путаницу, отчасти это следствие первых международных докладов о её причинах. Причём, хотя атомный реактор - чрезвычайно сложный объект, причины аварии как раз напротив достаточно просты, и уже поэтому в них полезно разобраться.
Рассмотрим как выглядела проблема баланса дешевизны и безопасности. Дешевизна в первую очередь определялась достаточно невысокой степенью обогащения урана в топливных элементах. От обогащения урана зависит поток нейтронов, поддерживающих реакцию. Мощность реактора получается как итоговый баланс между испусканием нейтронов и их поглощением, при этом одну и ту же мощность можно получать на разных по величине потоках нейтронов. С точки зрения устойчивости работы реактора и объема манипуляций оператора, удобней работать при больших потоках нейтронов: на высоком основном фоне возникающие по тем или иным причинам неоднородности или случайные колебания потока легче корректируются оператором, но много нейтронов расходуется впустую.
Изменение скорости реакции определяется изменением в поглощении нейтронов: если более поглощающий материал сменяется в активной зоне реактора менее поглощающим, то вокруг этой области скорость растёт, и наоборот.
Авария произошла после проведения эксперимента, в момент заглушения реактора.
Первой причиной аварии называют паровой эффект, который обычно проявляется при низких мощностях, что как раз имело место в эксперименте. Связан он с тем, что пар поглощает нейтроны хуже воды. При обычной, большой мощности тепло из реактора отводится паро-водяной смесью с большой долей пара, при малой же мощности на низком фоновом уровне пара его резкая добавка может заметно ускорять реакцию.
Однако, регламент эксплуатации содержал ограничение только по так называемому ОЗР (Оперативный Запас Реактивности). Условно это количество поглощающих стержней, использующихся в данный момент для баланса, то есть в целом речь шла об ограничении по исходному потоку нейтронов: запрещалось работать при ОЗР ниже 15. Но оперативно отслеживать этот параметр было сложно: он зависел от множества условий и рассчитывался на ЭВМ за несколько минут. По вопросу же о мощности цитирую книгу руководителя эксперимента А.С.Дятлова "Чернобыль. Как это было":
"Само по себе снижение мощности реактора по той или иной причине – явление нередкое, нет, пожалуй, операторов реактора, у кого бы это не случалось. Можно ли было поднимать мощность после этого, на что операторы должны были ориентироваться? На показания приборов и Регламент.
Согласно Регламенту снижение мощности реактора вручную или автоматически до любого уровня не ниже минимально-контролируемого считается частичным снижением мощности. Минимально-контролируемым уровнем считается мощность, при которой становится на автомат регулятор малой мощности, т.е. 8…100 МВт .
... Остановимся на вопросе об уровне мощности. Сразу надо сказать, что ни в одном эксплуатационном, проектном или директивном документе по реактору РБМК нет даже намёка на ограничение работать на какой-то мощности. Да это и не свойственно реакторам. В Регламенте прямо сказано, что длительность работы на минимально контролируемом уровне мощности не ограничивается."
То есть на практике серьёзных проблем при работе на малой мощности не возникало, хотя это видимо и требовало от оператора заметных усилий. Соответственно, явное добавление в регламент запрета на такую работу с запасом закрывало бы и проблему парового эффекта.
Но если первая причина аварии хоть как-то связана с объективными физическими обстоятельствами, то вторая причина была совсем из другой области. Речь идёт об укороченных графитовых наконечниках стержней аварийной защиты:
"Главный конструктор академик Н.А. Доллежаль в уже упомянутом выше документе пишет:
«Постоянное стремление создателей ядерного реактора к наивысшей его экономичности связано, в частности, с необходимостью возможно больше удалять из активной зоны элементы, вредно и паразитно поглощающие нейтроны. Среди прочих одним из таких элементов является вода, остающаяся в нижней части канала, занимаемого стержнем регулирования мощности, развиваемой реактором. Чтобы избежать этого влияния, некоторая нижняя часть стержня регулирования определённого строго рассчитанного размера (выделение моё – А.Д.) делается из непоглощающего материала, вытесняя таким образом соответствующее количество воды в этом канале, которое в должной степени до этого было поглотителем».
То есть, что сделали конструкторы? К стержню из карбида бора, сильно поглощающего нейтроны, подвесили графитовый вытеснитель длиной 4,5 м. При поднятом поглотителе вытеснитель симметрично располагается; по высоте активной зоны, оставляя сверху и снизу в канале столбы воды по 1,25 м. Казалось бы, надо сделать вытеснитель на всю высоту (7 м) активной зоны, выигрыш больше. Но при симметричном вытеснителе нужно либо удлинять канал – помещение не позволяет, либо усложнять конструкцию стержней. А поскольку при работе реактора подавляющую часть времени нейтронное поле внизу и сверху относительно мало, то и выигрыш нейтронов невелик. Остановились на вытеснителе 4,5 м.
И тут выясняется, что утверждение академика – «строго рассчитанного размера» – чистый блеф, действительности не соответствует. Считали или нет – не знаю, но о строгости говорить не приходится."
В результате, при опускании стержней защиты в нижней части активной зоны реактора на смене воды (сильный поглотитель) графитом (слабый поглотитель) получался очень странный огнетушитель: до порошка подавался керосин. И, когда после окончания эксперимента реактор попытались штатно заглушить аварийной защитой, эта странность наложилась на паровой эффект. Но корень проблемы очевидно в том, что таких странных огнетушителей быть не должно в принципе, это издевательство над здравым смыслом.
Укороченными же эти наконечники сделали, как считается, ради экономии на паре метров подреакторного пространства, куда они должны были опускаться при срабатывании защиты. То есть экономия бетона на эту пару метров и привела в итоге к аварии. При этом "звоночки" об этой проблеме с защитой были, в том числе и на том же блоке. По википедии (Авария на Чернобыльской АЭС):
"Существование концевого эффекта было обнаружено в 1983 году во время физических пусков 1-го энергоблока Игналинской АЭС и 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС ([18], с. 54). Об этом главным конструктором были разосланы письма на АЭС и во все заинтересованные организации. На особую опасность обнаруженного эффекта обратили внимание в организации научного руководителя, и был предложен ряд мер по его устранению и нейтрализации, включая проведение детальных исследований. Но эти предложения не были осуществлены, и нет никаких сведений о том, что какие-либо исследования были проведены, как и (кроме письма ГК) о том, что эксплуатационный персонал АЭС знал о концевом эффекте."
На самом деле Дятлов знал о концевом эффекте, но, очевидно, не мог предполагать, что это окажется настолько критично:
"Вот после аварии 26 апреля работники ИАЭ и НИКИЭТ немедленно поняли действительные причины катастрофы. Я в этом совершенно убеждён. Если я в объяснительной записке сразу после аварии, высказав четыре или пять версий, по разным соображениям отклонил их, кроме одной – неправильное действие АЗ из-за концевого эффекта стержней т.е. пришёл к правильному выводу, хотя это и не всё, то им, имея эксплуатационные данные, даже только те, которые мне стали известны, сделать правильное заключение труда не составило
... Сотрудник ИАЭ В.П. Волков задолго до аварии отмечал неудовлетворительные характеристики активной зоны реактора РБМК и его СУЗ. Один и совместно с другими вносил конкретные предложения по модернизации. В частности, предлагал вариант быстродействующей А3. Не знаю конкретной сути предложений и потому не могу высказать своего мнения по ним, но те явления, на ликвидацию которых предложения были направлены, должны были устраняться принятием предложений В.П. Волкова или другим путём, ибо именно из-за этих явлений и произошла авария. В течение ряда лет его прямые начальники В.И. Осипук и В.В. Кичко не принимали никаких мер по реализации предложений. Тогда В.П. Волков написал докладную записку директору института, научному руководителю темы РБМК академику Л.П. Александрову. Непрост академик. Его резолюция на докладной; «Тов. Кичко, срочно собрать у меня совещание». Но то ли закорючка в подписи не туда завёрнута, мол, не обращай внимания, то ли другие причины, но совещание до аварии так и не состоялось. Волкову писать больше некуда было, ведь А.П. Александров заодно и Президент Академии наук.
Дождались аварии. В.П. Волков передал документы в прокуратуру, так как был убеждён, и совершенно справедливо, что взрыв реактора произошёл из-за его неудовлетворительного качества, а отнюдь не по вине персонала. И тут реакция А.П. Александрова была мгновенной – Волкова перестали пускать в институт."
Продолжение в "Ещё раз о причинах Чернобыльской аварии и здравом смысле".