Ранее мной был опубликован текст "6. О Чернобыльской аварии", пару принципиальных фрагментов из которого приведу ещё раз:
"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."
"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."
В остальном же, в том тексте я старался противопоставить две основные причины аварии: паровой и концевой эффекты. Вывод же сводился к тому, что первая причина - объективный фактор, неизбежный, но вполне контролируемый. Концевой же эффект - грубейшая ошибка в конструкции аварийной защиты, переворачивающая всё с ног на голову. Аварийная защита должна исключать аварию при любых режимах, а не приводить к ней. Безоговорочно. Всегда. Тем более на атомной станции. Тем более для самого реактора.
Строго говоря, эти две причины даже сравнивать неприлично. Вот именно по этой теме я бы и хотел добавить некоторые подробности. В значительной части они обсуждались мной в комментариях под роликом с рассказом руководителя эксперимента "Чернобыльская авария А.С.Дятлов - воспоминания" .
Итак, начну с парового эффекта.
Вообще есть два уровня баланса нейтронов - условно стационарный и оперативный. Стационарный связан с уровнем обогащения урана и почти стационарными дополнительными поглотителями (ДП). Второй - с оперативным запасом реактивности (ОЗР) и ручным регулированием стержнями управления и защиты (СУЗ). Первый - грубая настройка баланса, второй - точная. Примеры по ним привожу по книге Дятлова "Чернобыль. Как это было", где он описывает паровой эффект на Ленинградской АЭС.
Стационарный уровень:
"После пуска первого блока Ленинградской АЭС по мере выгорания топлива начали извлекать ДП и заменять их топливными кассетами. Стали замечать, что реактор ведёт себя всё более «капризно» – для его управления приходилось обращаться к перемещению стержней до 40 раз в минуту. Это явилось следствием увеличения парового эффекта реактивности. Были проведены замеры и выданы рекомендации по его снижению: увеличить обогащение топлива ураном-235 (на ЛАЭС было 1,8 %) или не вынимать часть ДП."
Собственно тут описано, как выглядит проявление парового эффекта, видимо, на рабочей мощности. Скачки обусловлены заменой стержней. Важно отметить, что эффект легко заметен и оперативно контролируется дополнительным регулированием, что само по себе является сигнализацией по нему.
Оперативный уровень:
"Обычно ОЗР необходим для возможности маневрирования мощностью ... И по экономическим соображениям, и по условиям безопасности он должен быть минимальным. Вначале в проектных документах на реактор РБМК не накладывалось никаких ограничений на минимальный запас. В 1975 г. на первом блоке Ленинградской АЭС при выходе на мощность после срабатывания АЗ произошла авария с разрывом технологического канала из-за перегрева небольшой части активной зоны. Уменьшить в этой части мощность путём погружения стержней здесь и извлечения в других местах не представлялось возможным. Из-за отравления реактора ксеноном запаса реактивности не было ... Отсюда и появилась запись в Регламенте о запрете работать при запасе реактивности меньше 15 стержней РР. Все на Чернобыльской станции, как и на других с реакторами РБМК, понимали его необходимость для регулирования энерговыделения по объёму активной зоны, чтобы иметь возможность уменьшить нейтронный поток в «горячих» точках и увеличить в «холодных»".
Сразу отмечу два момента.
1. "По условиям безопасности он должен быть минимальным" - вообще говоря, неточность, как раз опровергаемая следом же: большой усреднённый поток нейтронов заметно менее опасен с точки зрения балансировки по сравнению со скачками (горячими точками).
2. Сам по себе повышенный ОЗР обеспечивает плавность регулирования при охлаждении горячих точек, то есть в целом сохраняет мощность постоянной. И как раз поэтому, даже при нулевом ОЗР, можно просто заглушить реактор в критической ситуации, то есть непонятно, почему в 1975 дело дошло до аварии. В общем случае, если по любому сигналу аварийных датчиков есть запас времени на надёжное срабатывание аварийной защиты в системе, то это уже можно назвать безопасной системой.
В целом же, снова проблема парового эффекта понятна и необходимость регламентного ОЗР очевидна, что видимо и позволяло в итоге достаточно спокойно работать даже на малой мощности. То есть система работала с запасом по этому эффекту. В итоге, работа при паровом эффекте (на малой мощности) несомненно требовала от оператора повышенной напряжённости и концентрации, но в целом реактор вёл себя предсказуемо.
По текущему положению вроде бы считается, что итоговый паровой эффект реактивности всегда отрицателен вследствие преобладания различных эффектов дополнительного поглощения над эффектом снижения поглощения в воде, но так считалось и до Чернобыльской аварии. Нужно проверять, в конечном счёте, по наличию запрета работы на малой мощности.
Теперь о концевом эффекте.
"О причинах и развитии аварии на 4м блоке ЧАЭС" (Федуленко, 2011):
"Однажды в середине 70-х годов в институте Курчатова обсуждался проект строительных конструкций Чернобыльской АЭС. Речь зашла о бетонных конструкциях подреакторного помещения: уж слишком оно показалось глубоким. В результате обсуждения было принято предложение сэкономить бетон и уменьшить глубину подреакторного пространства почти на 2 метра. В результате пришлось уменьшить длину вытеснителей стержней СУЗ до 4,5 м, так как полная их длина (7 м) уже не помещалась в подреакторном пространстве, если поглощающие нейтроны стержни СУЗ введены в активную зону на всю их длину. Решение было обоснованным: вытеснители стержней СУЗ были введены в проект для экономии нейтронов, а эффективность их оптимальна, если вытеснители (в случае вывода поглощающих стержней полностью из активной зоны) располагаются в центральной её части. Верхние и нижние края вытеснителей, располагаясь на периферии, неэффективны, так как там мало тепловых нейтронов ... О безопасности не вспомнили."
Собственно эта экономия бетона "почти на 2 метра" за счёт аварийной защиты и есть причина концевого эффекта и, в конечном итоге, аварии. И в этой причине никакой особенной ядерной физики вообще нет: исходный бред предельно прост и прозаичен. Можно копнуть ещё на уровень глубже и поинтересоваться, зачем в каналах СУЗ требовалась вода, которую потом требовалось вытеснять графитовыми наконечниками, что и привело к разгону реактора. Дело в том, что корпус стержней с поглотителем сделан из алюминия, который нужно охлаждать (тем же "холодным" контуром охлаждаются датчики контроля энерговыделения в зоне реакции, которых, однако, всего 12, а каналов СУЗ - 179. Однако эти количества по первому поколению реактора РБМК-1000. У реактора 4-го чернобыльского блока - 211 каналов СУЗ, количество датчиков возможно тоже другое). Как получается из "К истории промышленных энергетических уран-графитовых реакторов" (Федуленко, 2014) , алюминий использовался по историческим причинам: на ранних поколениях реакторов даже твэлы (тепловыделяющие элементы) были из него, так как это упрощало извлечения плутония. И из-за повышенной температуры была сильная коррозия. При переходе к горячей модели с цирконием от использования алюминия логично было бы отказаться совсем в пользу жаропрочной стали, а канал СУЗ - охлаждать главным, "горячим" контуром, как это имеет место для канала ДП. В этом смысле даже текущая конструкция СУЗ является неоправданно сложной, а использование алюминия с "холодным" контуром - очевидным тонким местом. По крайней мере с позиций собранной мной информации, это выглядит морально устаревшим узлом, атавизмом, исходным звеном в цепочке "экономий", которые уже однажды привели к катастрофе.
С другой же стороны, при удовлетворительной конструкции СУЗ и всей аварийной защиты, по реактору РБМК-1000 оставалось бы лишь понять, хватает ли времени на её срабатывание для всех возможных режимов. И возможно даже запрета на работу на малой мощности не потребовалось бы.