Страница 8 из 12
Все четыре реактора были относительно новой конструкции – из серии РБМК («Реактор большой мощности канальный») по 1000 МВт. В блоке с каждым реактором работало по два паровых турбогенератора по 500 МВт. РБМК – графито-водный реактор кипящего типа. Эта необычная и к тому времени немного устаревшая конструкция разрабатывалась в шестидесятые годы, она считалась мощной, не требующей больших финансовых и временны́х затрат при строительстве и монтаже, относительно несложной в обслуживании и имеющей долгий срок эксплуатации. Реакторы отличались довольно крупными размерами – 7 метров в высоту и 11,8 метра в ширину[80]. К 1986 году в стране эксплуатировалось четырнадцать реакторов этой серии, еще восемь энергоблоков находилось на стадии строительства, включая два блока на самой ЧАЭС (пятый блок планировали завершить в том же году). Четыре действующих реактора суммарно вырабатывали 10 % всей электроэнергии, потребляемой в то время Украиной. Если бы строительство пятого и шестого блоков было завершено, Чернобыльская АЭС стала бы самой мощной электростанцией в мире, не считая ГЭС[81]. Для справки: крупнейшая в мире китайская ГЭС «Три ущелья» способна генерировать фантастическую мощность – 22 500 МВт[82].
В основе работы реактора лежит ядерный распад – этот процесс еще называют расщеплением атома, – энергия которого используется для электрогенерации. Материя состоит из атомов, причем основная часть внутреннего пространства атома – пустота; на долю крошечного ядра, состоящего из связанных вместе протонов и нейтронов, приходится почти вся атомная масса. Вокруг ядра вращаются по своим орбитам электроны. Атомы разных элементов отличаются друг от друга числом протонов и нейтронов в ядре. Скажем, в атоме золота, довольно тяжелого элемента, 79 протонов. В атоме меди – всего 29 протонов, медь обладает куда меньшей плотностью. У кислорода – 8 протонов. Число электронов в любом атоме равно числу протонов, а вот число нейтронов в атомах одного и того же элемента может быть разное. Такие вариации элемента называются изотопами. Можно сказать, что изотопы – это как машины одной марки, но разной комплектации и класса оборудования. Компания «Мерседес», например, выпускает множество моделей – элементов, – и машины отличаются друг от друга мощностью двигателя, обивкой сидений, качеством окраски. «Мерседесы» остаются «Мерседесами», но по форме могут быть не совсем одинаковыми. Стабильные изотопы – такие, которые не подвержены самопроизвольному радиоактивному распаду, – называются стабильными нуклидами, а нестабильные изотопы – радионуклидами. Продукты распада, возникающие в процессе деления ядра, большей частью состоят из нестабильных радионуклидов. Это отходы работы реактора, им свойственна высокая температура, и они крайне токсичны.
Как и почти во всех коммерческих ядерных реакторах, в РБМК топливом служит уран – самый тяжелый из встречающихся в природе элементов, в его ядре 92 протона. Природный уран содержит только 0,7 % способного к делению изотопа U-235 (92 протона плюс 143 нейтрона). 190 тонн топлива в реакторе РБМК второго поколения (как на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС) – это дешевый, низкообогащенный уран (там всего 2 % U-235) внутри 1661 вертикального канала. В процессе ядерной реакции в активной зоне происходит столкновение нейтронов с ядрами других атомов U-235, и ядра расщепляются с выделением энергии в виде тепла. При расщеплении высвобождаются еще два-три нейтрона, которые, в свою очередь, сталкиваются с ядрами, высвобождая новые нейтроны, и так далее. Этот процесс называется самоподдерживающейся ядерной реакцией, и именно благодаря ей в реакторе вырабатывается тепловая энергия. Одновременно возникают новые элементы – продукты ядерного распада[83].
В ядерной энергетике используется та же реакция, что и в атомной бомбе, но контроль над высвобождением нейтронов позволяет генерировать требуемое количество тепла и предотвращает ядерный взрыв. Топливо в реакторе на АЭС содержит низкообогащенный уран или плутоний, и оно распределено на большой площади вокруг регулирующих стержней, которые способны сдерживать реакцию, тогда как конструкция атомной бомбы подразумевает неконтролируемую и гораздо более интенсивную цепную реакцию (ее инициирует детонация взрывчатки, в результате которой одно полушарие с обогащенным ураном вжимается в другое, создавая критическую массу).
Предотвращение радиоактивного выброса – главный приоритет на любом ядерном объекте, именно поэтому строительство и эксплуатация АЭС строятся на идее «глубоко эшелонированной защиты» (ГЭЗ). Она подразумевает наличие определенной культуры безопасности, но при этом допускает, что механические (и человеческие) ошибки неизбежны. По этой причине в конструкцию включено множество дублирующих и запасных вариантов ответа на ту или иную возможную проблему. Это создает многоуровневую (эшелонированную) защитную систему – подобно тому как в матрешке открываешь куклу за куклой, пока не дойдешь до последней фигурки внутри. Первый барьер безопасности – керамическая оболочка топливных таблеток, за ним следует циркониевое покрытие тепловыделяющих элементов. В обычной современной коммерческой ядерной установке активная зона, где протекает реакция, помещается внутри третьего барьера – практически не поддающейся разрушению металлической капсулы, известной как корпус высокого давления. В реакторах РБМК от такого корпуса в целях экономии отказались, заменив его железобетонными конструкциями по бокам и тяжелыми металлическими плитами сверху и снизу. Если бы РБМК снабдили корпусом в соответствии с теми стандартами и уровнем сложности, каких требует такой реактор, его стоимость бы удвоилась. Четвертый и последний барьер – герметичная непробиваемая оболочка. Хорошо известно, что гермооболочка ядерного реактора – это наисерьезнейшим образом укрепленная конструкция, толщина бетонных и/или стальных стен которой может достигать нескольких метров. Гермооболочка рассчитана на то, чтобы выдержать столкновение с авиалайнером, врезающимся в нее на скорости несколько сотен километров в час, но ее устанавливают еще и на случай, если случится невероятное – возникнет пробоина в корпусе высокого давления. Это вопиющий факт, но назвать ограждение РБМК настоящей гермооболочкой никак нельзя – что, вероятно, тоже объяснятся соображениями экономии[84].
Отсутствие у РБМК самых критически важных радиационных барьеров не укладывается в голове, это конструктивный дефект, который нельзя было допускать даже в мыслях, не говоря о том, чтобы такой проект разрабатывать, утверждать и реализовывать. Еще до того как Совет министров приступил к отбору вариантов, его члены были осведомлены об этих недостатках, но все равно отдали предпочтение РБМК, а не конкурирующему ВВЭР («Водо-водяному энергетическому реактору»), модели более безопасной, но, правда, более дорогой и чуть-чуть менее мощной. В то время все считали, что на РБМК никаких масштабных инцидентов произойти не может, поскольку все принятые в отрасли инструкции будут неукоснительно соблюдаться. В итоге решили, что дополнительные меры безопасности ни к чему[85].
Реакция деления ядра обеспечивается замедлителем нейтронов, его функции в РБМК выполняют вертикальные графитовые блоки вокруг топливных каналов. В каждом реакторе РБМК – 1850 тонн графита. Графит замедляет скорость движения нейтронов в топливе, значительно увеличивая вероятность их столкновения с ядрами урана U-235. Если мячик при игре в гольф лежит в паре сантиметров от лунки, вы не станете лупить по нему изо всех сил, а лишь слегка подтолкнете. Тот же принцип работает и здесь. Чем чаще в результате столкновения расщепляется ядро, тем лучше самоподдерживается цепная реакция и тем больше выделяется энергии. Иными словами, замедлитель создает нужную среду для цепной реакции. Это как кислород для обычного огня: даже будь у вас все топливо мира, без кислорода оно гореть не будет.
80
Международная консультативная группа по ядерной безопасности. INSAG-7. Чернобыльская авария: дополнение к INSAG-1. Вена. МАГАТЭ, 1992. [*]
81
Pedraza J.M. Electrical Energy Generation in Europe: The Current Situation and Perspectives in the Use of Renewable Energy Sources and Nuclear Power for Regional Electricity Generation. Berlin: Springer, 2015. [*]
82
Xuequan M. Three Gorges Breaks World Record for Hydropower Generation // Xinhua. 01.01.15. [*]
83
Medvedev Zh.A. The Legacy of Chernobyl. Oxford: Basil Blackwell, 1990. [*]
84
Domaratzki Z. Defence in Depth in Nuclear Safety: A Report by the International Nuclear Safety Advisory Group. Vie
85
Медведев Г. Чернобыльская тетрадь. [*]