ваприолд. Авария на Чернобыльской АЭС. Авария на Чернобыльской аэс

• Название: Авария на Чернобыльской аэс
• Анкор: ваприолд
• Дата: 09.04.2022
• Размер: 114.65 Kb.
• Имя файла: Авария на Чернобыльской АЭС.docx
• Тип: Регламент; #456457

Авария на Чернобыльской АЭС.

Авария на 4-ом энергоблоке Чернобыльской АЭС произошла 26 апреля 1986 г.

Вокруг чернобыльской аварии сразу же сложилось множество мифов и главный из них это образ безответственного персонала, который грубейшим образом нарушал регламент и инструкции по эксплуатации.

Существует противоположная точка зрения, возлагающая главную вину за произошедшую аварию на создателей реактора РБМК-1000, его Главного конструктора и Научного руководителя. Согласно этой точке зрения причиной аварии являются ошибки в конструкции реактора, а также нарушения правил ядерной безопасности, допущенные при его проектировании.

Реактор РБМК-1000 и энергоблок в целом были оснащены большим количеством датчиков внутриреакторного и технологического контроля. Их показания зарегистрированы приборами Блочного Щита Управления и записаны на магнитной ленте информационно-управляющего вычислительного комплекса СКАЛА специальной программой Диагностической регистрации ДРЕГ. Все эти данные рассекречены только в 1990 г. Но к этому времени расследование причин аварии было уже закончено.

Сущность чернобыльской аварии невозможно понять, не получив сначала представления о реакторе РБМК-1000 и некоторых деталях протекающих в нём ядерно-физических процессов.

Реактор РБМК-1000

Производство электроэнергии на энергоблоках атомной электростанции с реактором РБМК не отличается от того, как это происходит на энергоблоке тепловой электростанции ТЭС, оснащённом паровым котлом определённого типа, с многократной принудительной циркуляцией.



Рис. 1. Контур многократной принудительной циркуляции КМПЦ

В случае РБМК контур многократной принудительной циркуляции (КМПЦ) состоит из двух одинаковых петель, охлаждающих каждая свою половину реактора (на рис. 1 изображена одна из них). В обоих случаях пар генерируется в вертикальных трубах, являющихся частью КМПЦ. В котельной установке это экранные трубы, устилающие внутреннюю поверхность топочной камеры и обогреваемые тепловым излучением факела горящего органического топлива и горячими газами – продуктами сгорания. В реакторе РБМК это топливные каналы (ТК), пронизывающие графитовую кладку реактора, а нагрев осуществляется тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ), собранными в тепловыделяющие сборки (ТВС), находящиеся внутри этих каналов.

Ядерное топливо

Сами ТВЭЛ представляют собой стержни, набранные из таблеток ядерного топлива (двуокись урана 2% обогащения по урану-235), заключённые в герметичную металлическую оболочку. Тепло выделяется как результат высвобождения внутренней энергии связи при делении ядер урана-235 в результате их взаимодействия с нейтронами в самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР).

Реактивность

Регулируется мощность стержнями из поглощающего нейтроны материала, погружаемыми в активную зону реактора. Стержни перемещаются в каналах, аналогичных топливным и охлаждаются водой. На каждые 14 топливных каналов приходится 2 канала системы управления и защиты (СУЗ). Погружение стержня в реактор уменьшает его реактивность. Регулирование мощности осуществляется небольшим перемещением стержней около положения равновесия при малейшем отклонении мощности от заданного значения. Это выполняется автоматически одним из трёх регуляторов АР1, АР2, АР3, управляющих каждый группой из 4-х стержней, либо 12-ю одиночными стержнями системы ЛАР (локальное автоматическое регулирование).

Реактивность может меняться и сама за счёт различных физических процессов в реакторе: изменение температуры топлива, замедлителя, температуры и плотности теплоносителя. Больше всего влияет на реактивность выгорание урана и отравление ксеноном-135. При работе на постоянном номинальном уровне мощности реактивность в реакторе РБМК-1000 уменьшается со скоростью примерно 1% в месяц. Это изменение реактивности компенсируется заменой топливных сборок (ТВС) с выгоревшим топливом на свежие. В реакторе РБМК эта замена производится на ходу, без остановки реактора, с помощью специальной перегрузочной машины.

Запас реактивности

Стержни СУЗ выполняют и другую функцию – компенсация больших изменений реактивности, возникающих в реакторе. Эту функцию выполняют все остальные стержни, погружаемые в реактор. Выгорание топлива идёт непрерывно, а его перегрузка выполняется дискретно во времени, поэтому в реакторе должно постоянно присутствовать некоторое избыточное количество урана.

Первоначально при загрузке реактора запас реактивности чрезмерно велик, и тогда он компенсируется дополнительными поглотителями (ДП), размещаемыми вместо ТВС в топливных каналах. Эти ДП постепенно извлекаются и заменяются на ТВС так что, в конце концов, наступает стационарный режим перегрузок, когда ДП больше не извлекаются, и перегрузка состоит только в замене выгоревших ТВС на свежие, а положительная реактивность компенсируется стержнями СУЗ. Запас реактивности, остающийся при этом, называется оперативным. Поскольку оперативный запас реактивности (ОЗР) играет важную роль в чернобыльской аварии, остановимся на нём несколько подробней.

Запас реактивности в практике эксплуатации реактора принято измерять в эффективных стержнях РР (ручного регулирования). 1 ст. РР – это реактивность, которая, которая в среднем вносится в реактор при полном перемещении одного стержня из одного крайнего положения в другое. В этих же единицах измеряться может и сама реактивность, но, вообще говоря, реактивность – это безразмерная величина, измеряемая в абсолютных единицах (а.е.р.), в процентах (%) или в долях некоторой пороговой величины β. Для реактора РБМК, работающего в режиме стационарной перегрузки топлива, 1 ст. РР = 0,13 β = 0,063% = 0,00063 а.е.р.

Ксеноновое отравление

Различают два вида отравления:

1) стационарное отравление, когда имеет место равновесие между образованием ксенона и его радиоактивным распадом;

2) нестационарное отравление, когда изменение мощности реактора нарушает это равновесие.



Рис. 2. Нестационарное ксеноновое отравление. Йодная яма

При быстром снижении мощности реактора отравление растёт, так как прекращается выгорание ксенона, а образование его ещё продолжается из распада предшественника ксенона изотопа йод-135, и скорость образования ксенона-135 превышает скорость его распада. Когда эти скорости сравняются, концентрация ксенона и отравление достигнет максимума, а затем начнёт уменьшаться, в конце концов, ксенон полностью распадётся. Если окажется, что ОЗР на момент перед началом снижения мощности меньше чем отравление в максимуме (см. рис. 2), то запаса реактивности для поддержания мощности реактора не хватит, и он заглохнет. Все стержни регулирования будут полностью извлечены, и реактор нечем удержать в критическом состоянии. Остаётся только ждать, когда распадётся ксенон, и можно будет снова выводить реактор на мощность. Такая ситуация называется йодной ямой.

Поддержание достаточно большого ОЗР гарантирует от попадания реактора в йодную яму. Но с другой стороны большой ОЗР это больше вредного поглощения в активной зоне реактора, которое можно компенсировать только снижением выгорания. Т.е. поддержание как слишком малого, так и слишком большого ОЗР приведёт к неэффективному использованию ядерного топлива и соответственно к потере экономичности АЭС с реактором РБМК-1000. При создании реактора РБМК-1000 оптимальным, видимо, считался ОЗР в диапазоне 1 – 2%.

Ядерная безопасность

СЦР в ядерном реакторе находится под контролем, и вместо ядерного взрыва представляет собой медленное «горение». Такое оказалось возможным только благодаря тому, что при делении урана не все рождающиеся нейтроны, вылетают мгновенно, а некоторая малая их доля β рождается с запаздыванием в несколько секунд. Быстродействия системы управления реактором вполне хватает для того, чтобы держать СЦР под контролем, если реактивность реактора заметно меньше β.

Аварийная защита реактора

Самое страшное, что в может произойти с ядерным реактором, это неорганизованный ядерный взрыв. Такого развития событий нельзя допустить ни в коем случае, поэтому на всех реакторах имеется аварийная защита, единственное назначение которой – введение в реактор как можно быстрее большой отрицательной реактивности и прекращение тем самым СЦР (заглушение реактора).

Тогда же эта функция аварийной защиты получила специальное название SCRAM. SCRAM расшифровывается обычно, как Safety Control Rod Axe Man или Simulated Chicago Reactor Axe Man. Как только снимается питание электромагнита, стержни свободно падают вниз. Иногда для увеличения быстродействия стержни выстреливаются сжатой пружиной.

Считается, что быстродействие в 4 секунды и эффективность в 2% достаточны для обеспечения ядерной безопасности реактора. В реакторе РБМК-1000 аварийная защита была значительно менее быстродействующей, но более эффективной. Если поделить одно на другое, то получатся требуемые величины – 2% за 4 с. Т.е. требования по ядерной безопасности как бы выполняются. Но чернобыльская авария показала, что это не так.

Коэффициенты реактивности

Обратные связи между мощностью и реактивностью описываются в понятиях эффектов и коэффициентов реактивности. Эффект – это изменение реактивности при заданном изменении какого-либо параметра, характеризующего состояние активной зоны реактора. Коэффициент реактивности – это отношение изменения реактивности к изменению параметра. В реакторе РБМК особую роль с точки зрения безопасности играет паровой эффект и паровой коэффициент реактивности α_φ. С ростом паросодержания уменьшается количество воды в активной зоне, и если вода действует как замедлитель, то реактивность падает и α_φ отрицателен. Если же вода действует как поглотитель, то α_φ положителен и реактивность растёт.

В реакторе РБМК быстрый мощностной коэффициент при работе на малой мощности был положительным. Это произошло в результате ошибки в расчётах величины α_φ, при проектировании реактора.

Выбег турбогенератора

В 1976 г в связи с созданием реакторов РБМК второй очереди, было предложено использовать выбег турбогенератора. Механической энергии запасённой в роторе турбогенератора достаточно для электроснабжения аварийных насосов, пока не заработает РДЭС.

Предложение было поддержано проектировщиком АЭС и научной общественностью. Оно было отражено в учебных пособиях по электротехнике АЭС и даже в проектной документации, но оно не было внедрено.

Авария. Хронология событий.

Остановка энергоблока на ППР и испытания выбега были запланированы на 25.04.1986 г. Снижение мощности реактора с 3100 МВт начато в 01:06, и в течение 3-х часов мощность была снижена до уровня 1600 МВт (50%). В эту же ночную смену выполнялись регламентные, а также другие специальные работы, запланированные по турбинам №7 и №8. По окончании этих работ, уже в дневную смену предполагалось выполнять программу испытания выбега турбогенератора ТГ-8. На выполнение всех работ в программе отводилось 4 часа, из них сам эксперимент занимает от силы 1,5 минуты, остальное подготовительные работы.

Поступил запрет от дежурного диспетчера Киевэнерго на дальнейшее снижение мощности энергоблока, сначала до 14:00, а потом вообще на неопределённый срок. В связи с этим, подготовительные работы по программе выбега были начаты на мощности 50%, и в 14:00 были заблокированы гидроёмкости САОР. Очевидно, предполагалось, что вот-вот поступит разрешение на снижение мощности, после чего подготовительных работ останется всего минут на 20. Однако разрешение было получено лишь к концу вечерней смены, и бригада испытателей весь день прождала в напряжённом ожидании. А испытания пришлись на ночную смену, которая к ним заранее не была готова.

Снижение мощности (с 50%) было начато 25.04.86 в 23:10, и требуемая по программе мощность (700 МВт) была достигнута 26.04.86. в 00:05, уже когда заступила ночная смена. Далее, согласно программе испытаний, необходимо было включить в работу два дополнительных ГЦН, и приступить к выполнению основной части программы. Однако, этого не произошло, и все дальнейшие действия оперативного персонала были сплошной импровизацией между программой и реальной обстановкой на энергоблоке.

А реальная обстановка такова. Кроме программы испытаний выбега турбогенератора должна была быть выполнена ещё одна работа: измерение вибраций турбины на холостом ходу турбогенератора. Эти две работы, в общем-то, противоречат друг другу. Обе они требуют разгрузки турбогенератора, т.е. отключения его от внешней сети, но в одном случае разгрузка полная, а в другом случае разгрузка только до уровня собственных нужд. В первом случае обороты холостого хода поддерживаются за счёт небольшой подачи пара на турбину, и реактор для этого нужен, во втором случае пар не подаётся, и реактор не нужен, а обороты под нагрузкой собственных нужд сравнительно быстро падают. В программе испытаний выбега такая коллизия не была предусмотрена.

Для поддержания турбогенератора на холостом ходу и измерения вибраций турбины мощность 720 МВт, достигнутая в 00 ч.05 мин., слишком велика и её, видимо, стали снижать дальше. Во время этого снижения при переходе с одной системы автоматического регулирования (ЛАР) на другую (АР) в 00 ч. 28 мин. оператор реактора Л. Ф. Топтунов по оплошности допустил провал мощности реактора практически до нуля. По выходе из провала была установлена мощность реактора 200 МВт.

После выхода из провала началась работа (в 00 ч. 41 мин) по измерению вибраций турбины, которая закончилась в 01 ч.16 мин, и только после этого можно было приступить к испытанию выбега. Работа реактора на малом уровне мощности при малом ОЗР сопровождалась неустойчивостью теплогидравлических параметров и возможно неустойчивостью нейтронного поля. Об этом свидетельствуют многократные аварийные сигналы по уровню в барабане сепараторе (БС), срабатывания БРУ-К (Быстродействующая Редукционная Установка, отводящая пар в Конденсатор, минуя турбину), перерегулирования в расходе питательной воды, и выходы из строя автоматических регуляторов нейтронной мощности АР1 и АР2. Именно поэтому, видимо, в период с 00:35 по 00:45, чтобы сохранить реактор на мощности, были заблокированы аварийные сигналы по теплогидравлическим параметрам.



Рис. 3. Мощность реактора, аварийные сигналы и действия операторов

Мощность в реакторе РБМК-1000 измеряется двумя различными независимыми способами: интегрированием показаний более сотни датчиков системы внутриреакторного контроля (СФКРЭ) и по показаниям 4-х внешних (Боковых) Ионизационных Камер (БИК). Автоматические Регуляторы (АР) и оператор, управляя реактором вручную, поддерживали мощность по показаниям БИК. Эти датчики безынерционны и мгновенно отслеживают все изменения интегральной мощности, но они не дают представления о распределении тепловыделения в активной зоне, от которого зависит абсолютный уровень мощности реактора. При нормальной работе реактора, когда распределение энерговыделения по активной зоне устойчиво и мощность реактора постоянна и достаточно велика, обе системы контроля показывают одно и то же. Но в переходных режимах мощность, измеренная по СФКРЭ, недостоверна и отличается от показаний ИК.

Мощность реактора по показаниям БИК (на рис. 3) не менялась вплоть до нажатия кнопки АЗ-5, мощность же по СФКРЭ немного возросла за последние 5-10 минут. Это означает, что распределение нейтронного потока по активной зоне существенно менялось, но система регулирования с этим в целом справлялась. На рис. 3 также изображена работа автоматических регуляторов. Сигналы неисправности АР означают, что соответствующий регулятор извлёк свои 4 стержня до предела и отключился. Чтобы этого не происходило, оператор должен вовремя отслеживать такие ситуации и проводить перекомпенсацию реактивности с помощью стержней ручного регулирования (РР). Сигналы ПК вверх-вниз это и есть предупреждения об этом. На протяжении всего времени вплоть до начала эксперимента стержни РР в основном только извлекались из реактора. Временные выключения ДРЕГ из работы не представляют ничего серьёзного, и связаны с какими-либо рутинными работами на вычислительном комплексе СКАЛы. Во всяком случае, последний перерыв в работе, это перезагрузка программы ДРЕГ с новыми установочными данными перед началом эксперимента.

Не меньше, а может быть даже и больше сложностей в управлении энергоблоком, чем описано выше для реактора, создавала нестабильность тепло-гидравлических параметров в КМПЦ. Тем не менее, работы по программе испытаний выбега решено было продолжить. В 01:00 была установлена в ДРЕГ регистрация основных наиболее существенных параметров с интервалом 2 с и были включены в работу ещё два дополнительных ГЦН (в 01:02 и в 01:06 соответственно). При этом суммарный расход через активную зону более чем на 20% превысил регламентное значение. Состояние опасное с точки зрения вскипания теплоносителя на входе в активную зону, а также возможности кавитации на ГЦН и срыва циркуляции.

Но никакой опасности ядерной аварии эксплуатационный персонал не чувствовал и предполагать не мог. Все твёрдо знали, что быстрый мощностной коэффициент реактивности у реактора отрицателен, и вообще реактор находится под надёжной защитой «SCRAM» от любых случайностей. Эксперимент начался в 01:23:04, закрылись стопорные клапаны турбины, и начался совместный выбег турбогенератора ТГ-8 с четырьмя ГЦН. Включение в работу дизель-генератора и ступенчатый набор нагрузки закончилось к 01:23:44 и в течение этого времени электроснабжение собственных нужд осуществлялось за счёт выбега турбогенератора.

Поведение параметров энергоблока за время выбега в целом не отличается от предыдущего и даже выглядит внешне более стабильным. Давление в барабанах-сепараторах растёт, уровень восстанавливается, расход через активную зону убывает, расход питательной воды удерживается с точностью ±50 т/час. Опасность кавитации и закипания на входе в активную зону уменьшается. Как показали расчёты максимальной она была за 2 мин до начала выбега.

Не остановка реактора с началом выбега являлось серьёзным нарушением программы эксперимента и в корне меняло его статус. Этим он превращался из работы, касающейся только различных переключений в электрических цепях энергоблока на остановленном реакторе, в ядерно-опасную работу при работающем реакторе. Так как аварийная защита по отключению 2-х ТГ была ранее заблокирована, то заглушить реактор должны были кнопкой АЗ-5 одновременно с прекращением подачи пара на турбину. Однако этого не произошло, кнопка АЗ-5 была нажата спустя 35 с после закрытия СРК, в 01:23:40, что уже практически в конце, а не в начале выбега.

Далее в реакторной установке начался аварийный процесс, закончившийся полным разрушением реактора и значительной части здания энергоблока с выбросом раскалённых фрагментов активной зоны, последующими пожарами на крышах примыкающих зданий, в машинном зале и пожаром в шахте реактора. Практически все свидетели, находившиеся как в здании, так и за его пределами, говоря о своих ощущениях, описывают это, как два последовательных взрыва с интервалом в несколько секунд.

Аварийный процесс от момента нажатия кнопки АЗ-5 до разрушения реактора протекал так быстро, что для его полноценного наблюдения оказалось недостаточным разрешение по времени, даваемое программой ДРЕГ, не говоря уже о самопишущих приборах БЩУ, настроенных на регистрацию со скоростью протяжки ленты 60 мм/час. Единственным документом регистрации с разрешением оказалась осциллограмма выбега.

Причины

Можно ли считать причиной чернобыльской аварии нарушение в 07:00 25.04.86 эксплуатационным персоналом регламента эксплуатации, требовавшего срочно остановить энергоблок, а персонал продолжал работать, как ни в чём не бывало? Конечно можно. Если бы реактор остановили, никакой аварии не было бы. А можно ли считать это исходным событием аварии? Конечно, нет. Реактор продолжал после этого нормально работать ещё почти сутки, и работал бы дальше, если бы не произошли другие события. То же самое можно сказать и о провале мощности в 00:28 26.04.86. Если бы позволили реактору заглохнуть, и не стали его снова выводить на мощность, то не было бы аварии. Но исходным событием аварии это точно не было, реактор после этого ещё проработал почти час и при желании в любой момент мог бы быть остановлен без всякой аварии. И даже закрытие СРК турбины не является таким исходным событием. Если бы персонал знал, что реактор находится во взрывоопасном состоянии, чего не было видно ни по каким приборам или сигналам БЩУ, то он мог бы спокойно не спеша остановить реактор, не взрывая его. Для выбега работающий реактор был не нужен.

А можно ли считать исходным событием аварии нажатие кнопки аварийной защиты в 01:23:40? Оказывается, не только можно, но и нужно. Действительно, до момента нажатия кнопки АЗ-5 никаких признаков катастрофического возрастания мощности реактора не наблюдается, а через три секунды после этого момента мощность зашкаливает по всем приборам и на самописце даёт вертикальную линию (рис. 3). Как такое может быть? Оказывается, может.

Особенности конструкции и физики реактора РБМК-1000

Всё дело в особенностях конструкции стержней регулирования и аварийной защиты. Стержни состоят из двух секций: секция поглотителя нейтронов из карбида бора, имеющая длину практически равную высоте активной зоны (7 м) и секция вытеснителя из графита (≈ 4,5 м), секции соединены между собой телескопической тягой. Стержни перемещаются в каналах СУЗ и охлаждаются водой.



Рис. 4. Перемещение стержней регулирования и аварийной защиты

Когда стержень находится в крайнем верхнем положении рис. 4a, в активной зоне размещается его графитовая часть. Графит, это замедлитель, почти не поглощающий нейтроны, в отличие от воды, которая тоже замедлитель, но нейтроны поглощает значительно сильнее. Если стержень находится в крайнем нижнем положении рис. 4d, то в активной зоне реактора расположен сильный поглотитель карбид бора. Тем самым перемещение стержня из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение вносит в реактор большую отрицательную реактивность, способную заглушить реактор при любой аварийной ситуации.

Однако, посмотрим, как вносится эта отрицательная реактивность во времени. При перемещении стержня (рис. 4b), в верхней части активной зоны вносится отрицательная реактивность, за счёт погружения в зону сильного поглотителя. В это же время в нижней части активной зоны вода в канале СУЗ вытесняется графитом и это вносит положительную реактивность, так как графит значительно слабее поглощает нейтроны, чем вода. Это продолжается до тех пор, пока не будет вытеснен весь столб воды в нижней части активной зоны, после чего вносится только отрицательная реактивность (рис. 4b, с). Если отрицательная реактивность, вносимая в верхней части активной зоны, окажется меньше положительной, вносимой в нижней части, то получится, что стержень на каком-то этапе, погружаясь в активную зону, разгоняет реактор вместо того, чтобы его заглушать.

Величина реактивности, которую, перемещаясь, вносит стержень, зависит от величины потока нейтронов в том месте, где эта реактивность вносится (квадратично пропорциональна). Если распределение нейтронного потока равномерно по высоте активной зоны (как на рис. 4a), т.е. одинаково вверху и внизу, то, конечно, вверху вносится гораздо большая (примерно в 2 раза) отрицательная реактивность, чем внизу положительная, и общая вносимая реактивность отрицательна. Если же поток нейтронов внизу гораздо больше чем вверху, то ситуация противоположная, и общая вносимая реактивность положительна. Величина нейтронного потока в данном локальном месте в свою очередь зависит от наличия или отсутствия в этом месте поглотителя. Т.е. пространственное распределение нейтронного потока (нейтронное поле) меняется при перемещении стержней, в одном месте заваливается, зато в другом выпячивается.

Если стержни в активной зоне находятся в произвольных случайных положениях, то при одновременном движении всех стержней вниз (что и происходит при сбросе аварийной защиты) эти изменения нейтронного потока локальны и также случайны, так что в целом (в распределении нейтронов) по реактору как бы ничего не меняется. Происходит нормальный ввод отрицательной реактивности с постоянной скоростью движения стержней. Если же почти все стержни находятся в крайнем верхнем положении, то при их одновременном движении, распределение нейтронов будет сильно деформироваться по высоте активной зоны. Так как это показано на рис. a), b) и c), и так как это было тогда в Чернобыльской аварии. И в реактор несколько секунд, пока вытеснялся столб воды, по сигналу АЗ-5 от кнопки вводилась стержнями положительная реактивность.

Ничего бы подобного не происходило, будь графитовые вытеснители стержней на 1,3 метра длиннее, так что это большая ошибка проекта и конструкции реактора. Конечно, удлинение вытеснителей потребовало бы для их размещения в крайнем нижнем положении соответственно большей высоты подреакторного пространства (со всеми вытекающими последствиями для реакторного здания). Но нельзя же, ведь, оставлять реактор без аварийной защиты, а тем более превращать её в свою противоположность.

Другая роковая ошибка, сделавшая масштаб аварии катастрофическим, это ошибка в расчёте парового (пустотного) эффекта реактивности и неправильный первоначальный выбор физических характеристик реактора при его создании. Знак и величина парового эффекта зависят от соотношения количеств замедлителя (графита) и поглотителя в активной зоне. Если поглотителя относительно много, то вода (теплоноситель) на его фоне мало что добавляет к общему поглощению нейтронов (в процессе замедления), а замедляет нейтроны гораздо лучше, чем графит. Паровой эффект в этом случае отрицателен (чем больше пара, т.е. меньше воды, тем хуже замедление нейтронов). Если поглотителя относительно мало, то поглощающие свойства воды выступают на первый план по сравнению с её замедляющей способностью. В этом случае чем больше пара и меньше воды, тем меньше вредное поглощение, и эффект положительный.

Основной поглотитель нейтронов в реакторе, как вредный (уран-238), так и полезный (уран-335), это ядерное топливо. Реактор РБМК-1000 задумывался как очень экономичный (в смысле использования ядерного топлива) реактор, и именно из этих соображений в нём выбиралось соотношение количества ядер углерода (графита) и урана-235. Конструктивно это вылилось в решётку каналов в графитовой кладке, с шагом 250 мм, содержащих внутри себя твэлы с обогащением 2% по урану-235 (в реакторах первой очереди это было даже 1,8%). Паровой эффект в таком реакторе оказался положительным и большим. Здесь необходимо сделать несколько замечаний.

1. Помимо конфигурации и состава активной зоны, заданных проектом реактора, характер поглощения и замедления нейтронов зависит ещё от многих факторов, меняющихся в процессе его работы. Извлекаются дополнительные поглотители (ДП), размещённые в активной зоне при первоначальной загрузке для компенсации избыточной реактивности. Накапливается плутоний, тоже ядерное горючее, но с совершенно другим характером взаимодействия между замедлением и поглощением. Очень сложно расчётным и экспериментальным путём на физических стендах определить влияние всех этих факторов на величину парового эффекта. Конструкторское проектирование реактора в этой части значительно опережало его расчётно-экспериментальное обоснование.

2. До чернобыльской аварии проектирование, строительство и эксплуатация реакторов РБМК исходили из ошибочного расчёта зависимости реактивности от плотности теплоносителя ([8], стр. 556, рис. 13.1).

3. Для ядерной безопасности важен не столько сам по себе паровой эффект реактивности, сколько его вклад в быстрый мощностной коэффициент. Эксперименты, выполнявшиеся периодически, в том числе и на блоке №4 ЧАЭС показали, что быстрый мощностной коэффициент за время эксплуатации реактора изменялся от большого отрицательного значения –8,8·10^–4 β/МВт до положительной величины +0,6·10^–4 β/МВт ([5], стр. 282). Такого не должно быть, с точки зрения ядерной безопасности, даже при наличии надёжной аварийной защиты.

Заключение

Непосредственной причиной чернобыльской аварии были ошибки, допущенные в конструкции реактора и в исследовании его физических характеристик, а также неправильные действия эксплуатационного персонала, позволившие этим ошибкам проявиться в полной мере. Всё это стало возможным из-за отсутствия должного государственного и общественного контроля безопасности в атомной энергетике.

Не может разработчик ядерных реакторов при всём своём желании осуществлять этот контроль сам над собой. Его деятельность по созданию экономичных и совершенных, с точки зрения научного творчества и инженерной мысли, объектов атомной энергетики находится в жёстком противоречии с ограничениями, возникающими из требований по их безопасной эксплуатации. И, тем не менее, так было, формально существовавший надзорный орган Госатомнадзор, на самом деле был всего лишь одним из подразделений ведомства, ответственного за разработку реакторов. Даже тогда, когда Госатомнадзор в 1984 г. был преобразован в самостоятельный «Государственный комитет СССР по надзору за безопасным ведением работ в атомной энергетике» (Госатомэнергонадзор), он сохранил неформальную, но полную зависимость от ведомства разработчика, Минсредмаша.

Иначе и не могло быть в той командно-административной системе управления промышленностью (и наукой), которая была в СССР. Минсредмаш это могучее ведомство, обеспечивавшее ядерную оборонную мощь страны, где были сосредоточены все научно-инженерные кадры и материально-технические ресурсы для проведения исследований и разработок в области ядерной физики и техники. Там и только там могли приниматься решения о том, что и как надо делать в области атомной энергетики. «Межведомственный научно-технический совет» по атомной энергетике состоял при НТУ (научно-техническое управление) министерства и возглавлялся директором института, подведомственного Минсредмашу (академиком А.П. Александровым). Ситуация начала меняться только в 1990 г.

Сразу после аварии были разработаны организационные и технические мероприятия на действующих реакторах РБМК-1000, сначала по устранению опасности от имеющихся ошибок в конструкции и физике реактора, а затем по исправлению самих этих ошибок. Повышение обогащения топлива с 2% до 2,4%, уменьшило соотношение ядер замедлителя и топлива и существенно снизило положительный паровой коэффициент реактивности.