|
|
Учебное пособие по курсу Ядерная безопасность для студентов, обучающихся по направлению Ядерная энергетика и теплофизика
Взрыв 4-го энергоблока с реактором РБМК (Реактор Большой Мощности Канальный) произошел 26 апреля 1986 г в 1 час 23 мин 40 с.
Каким образом это произошло?
Активная зона реактора представляет собой собранный из графитовых блоков цилиндр диаметром около 12 м и высотой 7 м, пронизанный вертикальными каналами, в большинстве из которых находятся тепловыделяющие сборки, охлаждаемые кипящей водой. Часть каналов (около 200 шт.) отведена под поглощающие стержни.
Для остановки реактора в активную зону в специальные вертикальные каналы вводятся поглощающие стержни.
Незадолго перед аварией был обнаружен эффект, впоследствии названный положительным выбегом реактивности. Эффект заключался в том, что при вводе поглощающего стержня из крайнего верхнего положения на начальном участке своего семиметрового движения вниз стержень мог вводить вместо отрицательной положительную реактивность. (Напомним, что ввод отрицательной реактивности ведет к снижению мощности, а ввод положительной, напротив, к росту мощности). Этот эффект иллюстрируется рис.11.3.
Когда стержень полностью извлечен из активной зоны, на его месте в канале устанавливается графитовый вытеснитель. Его назначение – вытеснить из канала воду и обеспечить “хорошую эффективность стержня”, так как замена графита на поглотитель дает большую отрицательную реактивность, а замена столба воды в канале на тот же поглотитель дает существенно меньшую (по абсолютной величине) отрицательную реактивность. При погружении стержня в активную зону вытеснитель уходит под реактор. Пространства под реактором было недостаточно для размещения там семиметрового вытеснителя. Поэтому он был сделан длиной 5 метров и размещался в канале так, как показано на рис.11.3. При этом в верхней и нижней частях канала оставались метровые столбы воды.
При движении стержня вниз на начальном метровом участке в нижней области активной зоны появляется положительная реактивность за счет замены столба воды на графит вытеснителя (показана знаком + на рис.11.3). В верхней части появляется отрицательная реактивность, так как вводится поглотитель. В обычной ситуации отрицательная реактивность в верхней части существенно “перевешивает” положительную реактивность, введенную в нижней части и мощность реактора будет снижаться. Однако, если нейтронное поле смещено в нижнюю часть активной зоны, то соотношение положительной и отрицательной реактивности может измениться так, что в результате ввода стержня мощность начнет расти.
Рисунок 11.3 Схематическое изображение конструкции стержней РР
а) стержень в верхнем положении; б) начальная стадия погружения.
 - поглотитель; - cтолб воды; - вытеснитель.
Описанный выше эффект был в то время истолкован как некоторый (не очень значительный) недостаток конструкции поглощающих стержней, который желательно со временем устранить. Катастрофический же характер этого эффекта был не понят.
Дело в том, что выше мы обсуждали эффект на примере одиночного стержня и при условии, что нейтронное поле смещено вниз.
Однако, если из крайнего верхнего положения одновременно начнут движение 200 стержней, то они в самом начале движения из вполне нормального (обычного), близкого к симметричному, нейтронного поля почти мгновенно сделают нейтронное поле, смещенное вниз, а далее все начнет развиваться как и в истории про одиночный стержень, только усиленный в 200 раз.
Когда сценарий одновременного движения всех 200 стержней из крайнего верхнего положения пытались обсуждать в тот период до аварии, то сценарий был обозначен как абсолютно нереалистичный.
Образец рассуждений на эту тему приведен ниже.
Поглощающие стержни одновременно с функцией аварийной остановки реактора выполняют также задачу регулирования формы нейтронного поля. Поэтому значительная часть из них частично погружена в активную зону, и при появлении сигнала на аварийный останов стержни начнут движение вниз из промежуточного положения. Эффекта положительного выбега, естественно, не будет. Возникновение же ситуации, когда все стержни будут находиться в крайнем верхнем положении нереалистично.
Однако, именно такая “нереалистичная” ситуация возникла на реакторе 4-го блока Чернобыльской АЭС непосредственно перед аварией. В силу сложившихся обстоятельств, обращений диспетчеров энергосистемы и т.д. операторы реактора должны были “маневрировать мощностью” перед плановой остановкой реактора. В последние минуты перед остановкой планировалось провести эксперимент с выбегом турбины и подпиткой от нее циркуляционных насосов. Эксперимент, по иронии судьбы, был направлен на повышение безопасности. В результате “маневров” реактор попал в йодную яму. Оператор, стремясь удержать его в критическом состоянии, извлек из активной зоны практически все стержни. (При попадании в йодную яму реактор “глохнет”, так как интенсивно образующийся из йода-135 сильно поглощающий нейтроны ксенон-135 вносит отрицательную реактивность, для компенсации которой нужно извлекать поглощающие стержни).
Перед тем как окончательно остановить реактор, эксперимент по выбегу турбины все-таки начался, но примерно через полторы минуты после этого мощность начала стремительно расти, и реактор взорвался.
По поводу причин этого роста и взрыва обсуждалось множество гипотез. Иногда такие обсуждения возникают и сегодня. Например, говорят о некой сейсмической активности в районе расположения станции именно в момент аварии и т.п.
Гипотеза, выдвинутая специалистами по физике реактора в первые дни после аварии на основе анализа фактических данных, заключалась в следующем.
Поскольку стало ясно, что запланированный эксперимент идет к концу, оператор решил заглушить реактор, нажав кнопку ввода в действие аварийной защиты.
Все поглощающие стержни начали движение вниз. Так как реактор из-за предшествующих действий оказался в том самом “нереалистичном” состоянии то сработал эффект положительного выбега реактивности, и мощность начала расти. Здесь уместно отметить, что это состояние являлось также и нерегламентным, – т.е. для того, чтобы в него попасть, персоналом был нарушен Регламент эксплуатации реактора.
Далее необходимо упомянуть, что реактор имел положительную обратную связь по паросодержанию. Это означает, что рост мощности ведет к увеличению генерации пара, которая дает рост реактивности и усиливает первоначальный рост мощности. Именно это и вызвало разгон реактора и взрыв.
В результате взрыва было разрушено здание реактора. Открылся прямой выход для радиоактивности из активной зоны в окружающую среду. Более того, часть фрагментов активной зоны оказалась выброшена на крыши соседних зданий станции и на ее территорию. Это определило серьезные радиационные последствия аварии.
Выброс радиоактивности составил по официальным данным 50МКи. Накопленная радиоактивность в реакторе 2104 МКu, 3.5% топлива вышло наружу, по официальным данным – это 700 МКu.
Вблизи реактора мощность дозы составляла 700Р/час., в г. Припять - 1.5Р/час; эвакуировано 50 тыс. человек.
Из 30 км зоны эвакуировано 116 тыс. человек из 188 нас пунктов.
Кроме радиоактивных выпадений в 30 км зоне вокруг АЭС, имели место также отдельные “пятнистые” выпадения на бóльших расстояниях, что также привело к необходимости эвакуации населения.
Всего эвакуировано 400 тыс. человек.
Погибло 28 человек.
Лучевая болезнь - 200 человек.
Имели место отдельные редкие эффекты. Например, при прохождении радиоактивного облака образовался «рыжий лес». Оценена доза, которая могла привести к гибели растений (более 100Гр на площади 4 км2).
|
|
|
Скачать 5.76 Mb.