Суть и причины Чернобыльской катастрофы

С 1975 г. и по 1986 г. я жил в городе Припять и работал на Чернобыльской АЭС. Городок наш был небольшой, но очень красивый и опрятный. В 1986 году в нашем городе проживало 51000 жителей, средний возраст жителей - 26 лет. Я и сейчас люблю этот город, иногда он мне снится.
      Сначала я работал инженером-физиком, потом начальником смены службы радиационной безопасности на второй очереди (3-й, 4-й блоки), в пятой вахте. Незадолго до аварии мне пришлось перейти в цех ТАИ, так как было принято решение о сокращении моей должности, было решено оставить одного начальника смены ООТ и ТБ на две очереди. Меня назначили в пятую вахту стажироваться на СДИВТа на втором блоке. Здесь я и находился в момент аварии. Когда произошла авария хлопков слышно не было, но полы под ногами заходили как при сильном землетрясении. Потом к нам, в помещение вычислительного комплекса "Скала-2" зашли ребята со "Скалы-4" так как у них в помещении упали подвесные потолки и находиться там было невозможно. Из их разговоров: что, как, и почему - у меня сложилась картина произошедшего. После того дня прошло уже более 20-и лет, но каждую годовщину Чернобыльской катастрофы по телевидению говорят, что неизвестно почему произошла авария и что взорвалось. Поэтому я решил изложить свое мнение по этому поводу. Только давайте все по порядку.

На Чернобыльской АЭС смонтированы ядерные реакторы типа РБМК - 1000. Это значит - реактор большой мощности канальный, электрическая мощность 1000 МВт. Полная тепловая мощность реактора - 3200 МВт. Диаметр активной зоны реактора - 11 м, высота - 7 м. Вся конструкция расположена в шахте реактора, которая выполняет роль биологической защиты. Стены шахты толщиной в три метра выполнены из тяжелого бетона (наполнитель - стружка из бористой стали). Потом идет двухметровый слой серпетенита (что-то вроде гальки с песком) и далее идет конструкция реактора - схема L. Это водяная рубашка метровой толщины. Все протранство внутри этой схемы заполнено графитовой кладкой через которую проходит 2088 каналов. Из них 1692 - это технологические (каналы с топливом). В остальных каналах располагается система управления мощностью реактора. Имеется несколько горячих камер для выполнения научно-исследовательских работ. Топливом служит U²³⁸ обогащенный U²³⁵. Степень обогащения - 1,8%. Управляемая ядерная реакция идет на U²³⁵. Полная загрузка реактора - 214 тонн топлива. Две тепловыделяющие сборки (ТВС), длина каждой 3,5 м, соединяются вместе. Получается длина 7 м, приваривается подвеска и ТВС загружается в канал реактора. ТВС состоит из тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). ТВЭЛ представляет собой циркониевую трубку заполненную таблетками урана. Внутри ТВЭЛа развивается температура до 3000° C.
Через реактор проходит 35000 тонн воды в час. Паропроизводительность реактора - 5000 тонн пара в час. Температура воды на входе в реактор + 265° C, на выходе из реактора - + 285° C. Давление воды достигает 60 - 70 атм. Поэтому вода не кипит.
Температура графитовой кладки реактора доходит до + 600° C. Чтобы графитовая кладка не горела как уголь, пространство реактора продувается азотом. Для этого существует газовый контур. Азот получают на местной азотно - кислородной станции. Назначение газового контура - не допустить попадание кислорода в реакторное пространство. При работе реактора на мощности более 80% начинается продувка азотно-гелиевой смесью. Гелий используется привозной.
      К моменту аварии четвертый блок отработал 3 года и его останавливали на капитальный ремонт. Необходимо было снизить мощность реактора до 200 МВт. Выполняя операции по снижению мощности, операвтивный персонал допустил ошибку и заглушил реактор полностью. В этом случае регамент требует выдержать реактор в течении 36 часов и только после этого разрешается начать новый подъем мощности. Это требование регламента было нарушено. Персонал решил подхватить реактор и тут же начал операции по увеличению его мощности. Мощность все увеличивали и увеличивали, а она не росла. В конце - концов удалось стабилизировать мощность реактора на уровне 200 МВт. Сколько времени реактор работал в этом состоянии не могу сказать. При желании это можно определить по записям приборов. 26 апреля 1986 года, время - приблизительно 1 час 25 минут, начался неуправляемый рост мощности реактора. За считанные секунды, буквально 3 - 5 сек, мощность реактора выросла с 200 МВт до 2000 МВт. Была нажата кнопка АЗ - 5, это значит заглушить реактор полностью, и тут же произошел хлопок, за ним - второй.
      Чтобы объяснить физическую суть аварии, давайте вернемся к заре создания атомной энергетики. В средине прошлого века американцами впервые был построен атомный реактор в научно - исследовательских целях. В работе реактора наблюдалась странная цикличность - поработав некоторое время на полной мощности, реактор внезапно терял мощность и стоял некоторое время в заглушенном состоянии. Потом снова набирал мощность и все опять повторялось. Когда стали разбираться в причинах такой цикличности, то выяснилось что среди прочих продуктов деления U²³⁵ образуется целый ряд изотопов ксенона (Хе). Среди них Xe¹³⁵ и Xe¹³⁸, которые имеют большое сечение захвата нейтронов. Когда происходит накопление этих изотопов в активной зоне реактора, то они поглощают нейтроны и реакция деления в реакторе прекращается. Период полураспада (время в течение которого количество изотопов уменьшается в два раза) у этих изотопов небольшой:
Xe^{135 m}       T_½ = 15,3 мин
Xe¹³⁵       T_½ = 9,1 час
Xe¹³⁸       T_½ = 17 мин
(Справочник под редакцией А. А. Грешилов, В. М. Колобашкин, С. И. Дементьев. Атомиздат. Москва. 1969 г.)
Поэтому, проходит некоторое время, изотопы Хе распадаются, нейтроны ничем не поглощаются и опять идет реакция деления. Это явление лежит в основе аварии на четвертом блоке ЧАЭС.

Очевидно что причиной аварии стало нарушение обслуживающим персоналом технических инструкций по эксплуатации реактора.

Теперь давайте обсудим, что же взорвалось на четвертом блоке ЧАЭС в ту ночь. Не думаю что это был тепловой взрыв. Во - первых, мощность взрыва была такова, что уламки графитовой кладки находили на расстояниях более километра от станции. Во - вторых, мне известен такой факт: оперативный персонал химцеха располагается в помещениях примыкающих непосредственно к блоку А (реакторный блок). В момент взрыва женщину, находившуюся в помещении химцеха, сорвало со стула и потащило в сторону взрыва. Ее поймали за одежду и посадили на место. Такое происходит при вакуумном взрыве, когда взрывается газ.
      Практически мгновенное увеличение плотности нейтронного потока в миллионы раз сопровождалось резким повышением температуры. Эти два фактора привели к тому, что вода в каналах реактора разложилась на водород и кислород. Образовавшаяся гремучая смесь тут же взорвалась. Вероятно это произошло в два этапа, так как было два хлопка.

Таким образом я утверждаю, что 26 апреля 1986 года на четвертом реакторе Чернобыльской АЭС взорвался водород.

Приведу выдержку из студенческого реферата, который попался мне на глаза совершенно случайно: "Радиационная нестойкость материалов меньше сказывается при высоких температурах. Подвижность атомов становится настолько большой, что вероятность возвращения выбитых из кристаллической решетки атомов на свое место или рекомбинация водорода и кислорода в молекулу воды заметно увеличивается."

Читал в Интернете многие материалы по Чернобыльской аварии. Среди них мне попадались сведения, что мощность реактора при остановке не упала до нуля, оставалось 30 МВт мощности. Думаю, что это дела не меняет. Оперативный персонал не обратил внимание на процесс отравления активной зоны реактора ксеноном. Когда начали подъем мощности, а она не росла необходимо было остановиться и разобраться, что же происходит. Вместо этого мощность реактора все увеличивали и увеличивали. Думаю, подняли ее до 80% от полной тепловой мощности реактора. А вместо этого получили всего 200 МВт так как основная часть нейтронного потока поглощалась ксеноном. Но прошло какое-то время, ксенон распался и мощность реактора тут же устремилась к заданному уровню.
      Уместным будет вопрос: почему при нормальной работе реактора ксенон не накапливается? Чтобы дать точный ответ на этот вопрос необходимы серьезные исследования. Мне кажется правдоподобным предположение, из тех же таки материалов по аварии, где говорится, что при обычной работе реактора происходит выгорание ксенона. Действительно, как я уже отмечал выше, температура внутри ТВЭЛа достигает трех тысяч градусов по Цельсию. Когда же начинается снижение мощности - температура падает, а реакция деления продолжается хотя и менее интенсивно. Поэтому идет накопление ксенона.

Главная                А. П. Баркар, e-mail: filosof51@yandex.ru
г. Симферополь, апрель 2009 г.