Точка невозврата

Специалисты констатируют: на АЭС «Фукусима-1» идет плавление тепловыделяющих сборок — и загруженных в аварийные реакторы, и отработавших, — хранящихся в приреакторных бассейнах выдержки. Но чем бы ни закончилась эта тяжелая ядерная авария, очевидно, что строительство новых АЭС в мире и даже в самой Японии не остановится

В дни чернобыльской катастрофы, видимо, для того, чтобы, поддерживая дух конфронтации с капиталистами, отвлечь советских людей от мрачных мыслей, наши газеты перепечатывали, а может, и сами сочиняли злорадные заголовки статей из зарубежных СМИ. Запомнилось название статьи из какого-то японского издания, звучавшее примерно так: «Чернобыльская авария в Японии принципиально невозможна». Теперь, после 11 марта, в этом приходится сомневаться, но очень хочется верить, что Чернобыль здесь все же не повторится.

Становится все очевиднее, что главное в происходящем сейчас в Японии бедствии — его техногенная, технологическая составляющая, связанная прежде всего с чередой тяжелых аварий на атомной станции «Фукусима-1» (Fukushima-Daiichi). Многие ожидания и прогнозы, в том числе макроэкономические, ставят глобальные условия развития в будущем в прямую зависимость от того, удастся ли избежать полновесной ядерной катастрофы в этом регионе. Другой вопрос — стоит ли ожидать преждевременного заката так и не начавшегося толком ренессанса ядерной энергетики, на два десятилетия затормозившей в своем развитии после чернобыльской беды.

Немного ликбеза вместо новостного повода

Японская атомная энергетика — третья в мире и по установленной мощности ядерных реакторов, и по числу работающих энергоблоков. Япония уступает по этим показателям только США и Франции. До землетрясения в стране работало 54 ядерных блока с общей установленной мощностью около 47 тыс. МВт. (Россия — четвертая: 32 блока и 23 тыс. МВт.) В прошлом году на них пришлось 29,1% всей произведенной в Японии электроэнергии, причем были планы увеличить этот показатель до 41% к 2018 году (на той же «Фукусиме-1» планировалось со временем ввести два замещающих блока по 1380 МВт). Едва ли Япония захочет лишиться трети электроэнергии в условиях восстановления страны, поэтому можно предположить, что все неаварийные станции продолжат работу.

Масштабное, намного более грандиозное, чем в СССР, строительство АЭС развернулось здесь в конце 1960-х. Оно происходит в рамках «Долгосрочной программы развития и использования ядерной энергии», принятой всего через два года после пуска Обнинской АЭС в 1956 году с целью укрепления энергетической безопасности бедной ресурсами страны. По данным МАГАТЭ, пик пусков АЭС — 20 реакторов (три из них уже выведены из эксплуатации) — пришелся на 1970-е годы. Но в отличие от других стран японцы много строили и потом, после аварий в Тримайл-Айленде и Чернобыле: в 1980-е было подсоединено к сетям 17 блоков, в 1990-е и начале 2000-х — остальные 20 реакторов. Сейчас идет возведение еще двух блоков по 1325 МВт, один из которых предполагается пустить в промышленную эксплуатацию в марте будущего года.

С точки зрения выбора технологии японцы по понятным причинам пошли за США и строили корпусные реакторы двух типов: BWR — кипящий водный реактор и PWR — водный реактор под давлением (в России его аналог ВВЭР — водо-водяной энергетический реактор). Проще говоря, в обеих технологиях нагрев теплоносителя, воды, происходит в активной зоне внутри герметичного котла — корпуса реактора. Но на этом сходство обеих технологий и заканчивается.

В реакторах под давлением, например в наших ВВЭР-1200, температура воды достигает 330 градусов, но она не закипает, потому что давление в этой скороварке составляет 162 атмосферы. Пар для турбины вырабатывается во втором контуре энергоблока в парогенераторе-теплообменнике. Вода и образовавшийся пар, циркулирующие внутри второго контура, не соприкасаются с водой первого контура, омывающей активную зону реактора. В частности, именно по этой причине PWR, по словам директора программ госкорпорации «Росатом» Сергея Бояркина, представляются принципиально более безопасной технологией, и ее адепты сейчас уж точно не упустят случая подчеркнуть это преимущество.

Кипящий реактор так и называется потому, что вода в нем кипит, нагреваясь под давлением около 75 атмосфер примерно до 280 градусов. Пар сепарируется непосредственно в реакторе и сразу подается на турбину. По физическим свойствам чистый водяной пар не несет в себе радиоактивности, но на границе взаимодействия водопаровой смеси с тепловыделяющими сборками все же происходит какое-то ее насыщение радионуклидами, поэтому пар хоть немного, но все равно «фонит». Из-за этого нужно принимать дополнительные меры предосторожности: турбина во избежание утечек упаковывается в герметичный кожух, а перед ее ремонтом нужно проводить дезактивационные работы. Сейчас нередко говорят, что в России реакторов такого типа нет. Это не совсем так — у нас нет кипящих корпусных реакторов, но есть 15 кипящих канальных: одиннадцать РБМК-1000 и четыре ЭГП-6. Они тоже работают по одноконтурной схеме, и на них приходится добрая половина генерируемой в отрасли электроэнергии. Сразу оговоримся, что риск беды такого масштаба, как на «Фукусиме-1», на этих реакторных установках ничтожен. Связано это с огромной работой в области безопасности и многократного дублирования систем — тех же систем охлаждения, проделанной на станциях с реакторами РБМК после Чернобыльской аварии (подробнее см. «Все-таки не так срочно» в «Эксперте» № 6 за 2011 г.).

Большая часть энергоблоков (30) в Японии построена на базе кипящих реакторов; в частности BWR установлены на всех шести блоках «Фукусимы-1». Отсутствие второго контура как раз и определило выбор японцев — BWR означал выигрыш в ресурсах и времени строительства: нет необходимости строить дополнительные здания и устанавливать сложное в монтаже оборудование весом тысячи тонн. Конечно, у BWR есть и ряд других технико-экономических преимуществ, та же одноконтурность тепловой схемы, в частности, дает приличный выигрыш по сравнению с PWR в электрическом КПД всего энергоблока. Не случайно из восьми реакторов, построенных в Японии с 1996 года, шесть — кипящие. Если говорить о будущем (а автор этих строк будущее без ядерной энергетики не представляет), то, судя по всему, крест на таких реакторах ставить рано. General Electric — основной идеолог кипящих корпусных реакторов — улучшила системы безопасности в продвинутой версии BWR — ABWR и работает вместе с Hitachi над новым реактором — ESBWR (Economic & Simplified BWR, экономичный и упрощенный кипящий реактор). В свое время обладателями лицензии на производство BWR стали Siemens, Hitachi и Toshiba. По словам Джона Райса, заместителя председателя совета директоров GE, эти реакторы занимают 20% рынка и доказали свою конкурентоспособность (см. «Эксперт» № 16 за 2008 г.). Хотя, конечно, удар по репутации компании и ее технологии нанесен сейчас колоссальный — реакторные установки для «Фукусимы-1» были спроектированы именно General Electric, пусть и почти 45 лет назад.

Китайский синдром

Кажется фантастикой, но станция «Фукусима-1» устояла во время девятибалльного землетрясения, все строения и механизмы остались невредимы, что вызывает неподдельное уважение к ее строителям. И что бы сейчас ни говорили об изначально неудачном проекте станции, о ее существенных недостатках, не стоит забывать, что первый блок станции отработал до аварии 40 лет, а самой молодой из поврежденных реакторных установок 36 лет; масштабный удар стихии пришелся на одну из самых старых японских АЭС. Первый энергоблок мощностью 460 МВт здесь начали строить еще в 1967 году, в марте 1971-го он уже дал промышленный ток. В 1970-х на АЭС «Фукусима» были пущены еще пять блоков — последний в 1979 году, и ее общая мощность составила 4,7 тыс. МВт.

Возвращаясь к событиям 11 марта, отметим, что, как только началось землетрясение, штатно сработали системы автоматического отключения всех трех работавших тогда на станции реакторных установок, останавливающие ядерную реакцию при опасном превышении сейсмической активности. Но сразу после отключения реактора остаточное тепловыделение топливных сборок (в них продолжается самопроизвольная реакция деления радиоактивных изотопов с выделением энергии) составляет не менее 6,5% от рабочего уровня мощности. Это означает, что в первом блоке мощность остаточного тепловыделения достигала 30 МВт, а во втором и третьем — по 50 МВт. Чтобы представить, какую мощность необходимо было «снять» из реакторов в первые часы после их заглушки — а иначе тепловыделяющие сборки (ТВС) расплавят сами себя, — достаточно сказать, что ее хватило бы для энергоснабжения современного города с населением 30 тыс. человек. Поэтому необходимость охлаждения остановленных реакторов особенно критична в первые сутки.

Вот этих суток в распоряжении персонала станции как раз не оказалось. Толчки разрушили внешнее энергоснабжение АЭС, а своевременно включившиеся резервные системы — дизельные генераторы, в течение часа дававшие электроэнергию в насосные установки, прокачивающие охлаждающую воду в реакторах и в так называемых бассейнах выдержки, — были затоплены нахлынувшим цунами. Станция была защищена 2,5-метровой дамбой, но против семиметровой волны эта защита оказалась бессильна. Энергоблоки самой станции опять-таки устояли, но вода затопила дизельные генераторы, и подача охлаждающей воды в реакторные установки прекратилась. Какое-то время перегрева удавалось не допустить, но потом давление в реакторах стало быстро повышаться. Сначала избыточное давление стравливалось в гермобъем — пространство, окружающее реактор, закрытое герметичным металлическим контайментом. Но когда давление внутри этой защитной оболочки выросло вдвое по сравнению с нормативными значениями, пар пришлось сбрасывать в пространство реакторного зала, все еще локализуя высокую радиоактивность внутри самих блоков. Этот пар уже в больших количествах содержит радионуклиды различных веществ и водород. Дело в том, рассказывает директор Института безопасного развития атомной энергии РАН, член-корреспондент РАН Леонид Большов, что, когда вода перестает покрывать тепловыделяющую сборку по всей длине, запускается пароциркониевая реакция с окислением циркониевой оболочки и образованием водорода и начинается разрушение ТВС. Как раз этот водород, смешавшись с воздухом в реакторном отделении, стал причиной нескольких последовательных взрывов, разрушивших здания реакторных залов, но не повредивших сами реакторные установки. Тем не менее взрыв и разрушения стали причиной радиоактивных выбросов, попавших в атмосферу, резко ухудшивших радиационное состояние на станции и сильно затруднивших последующие восстановительные работы. И хотя власти срочно повысили нормативную дозу облучения персонала в два с половиной раза (она намного ниже доз, при которых могут начаться вредные для здоровья человека последствия), в условиях «Фукусимы» к значительному увеличению объема восстановительных работ это не привело. Так, по сообщению Atominfo.ru, у третьего блока, где уровень радиации равен 400 мЗв/ч (20 фоновых значений), персонал может находиться в общей сложности не более 40 минут.

После того как было сброшено давление в реакторах, говорит Леонид Большов, стало возможно закачать в них воду из пожарных машин, и, хотя, по расчетам, разрушение ТВС на том же первом блоке достигло 70%, ситуацию удалось стабилизировать, значительно уменьшив риск того, что днище корпуса реактора проплавится. По словам Сергея Бояркина, GE после аварии на Тримайл-Айленде в 1979 году проводила расчеты поведения расплава внутри реактора, где произошел расплав активной зоны (именно тогда, кстати, у американских инженеров появилось шутливое выражение «китайский синдром» — страх того, что раскаленная радиоактивная масса, выйдя за пределы реактора, проплавит земной шар до Китая). По результатам моделирования расплав не должен выйти за пределы корпуса реактора, и шансы на то, что радиоактивную массу удастся удержать внутри корпусов реакторов, в сложившихся условиях достаточно велики.

Отсутствие воды в бассейне для временного хранения отработанного ядерного топлива — это своеобразная «точка невозврата», означающая, что проблему радиоактивного загрязнения локализовать на территории станции не удалось

Сырье для взрывов

Опасность заключается теперь не столько в аварийных реакторах, говорит Леонид Большов, бóльшую угрозу представляют приреакторные бассейны выдержки третьего и четвертого блоков, «если верна информация о том, что они оставались без воды». Еще в прошлую среду, 16 марта, председатель комиссии по ядерному регулированию США Грегори Яцко заявил, что в бассейне выдержки, расположенном в верхней части четвертого реактора, где хранится около 600 ТВС, практически не осталось воды. Это сообщение, затем подтвержденное японским агентством по ядерной и промышленной безопасности, вызвало у экспертов настоящий шок. По словам Леонида Большова, отсутствие воды в бассейне — это своеобразная «точка невозврата», означающая, что проблему радиоактивного загрязнения в результате ядерной аварии локализовать на территории станции не удалось и она грозит уже не только близлежащим к АЭС территориям.

Бассейны выдержки используют для временного хранения отработанного ядерного топлива — использованных ТВС, вынутых из реактора, — до их перевозки на постоянное место хранения (в России это Красноярский горно-химический комбинат). Дело осложняется тем, что Япония до сих пор не решила проблему постоянного хранения ОЯТ, и все отработавшие ТВС содержатся в приреакторных и пристанционных бассейнах выдержки. На той же «Фукусиме», по данным Tokyo Electric Power, хранится 11 195 сборок топливных стержней (по некоторым данным, их вес превышает 1700 тонн). Для сравнения: в каждом из реакторов японской станции находится от 400 до 600 ТВС. Похоже, как раз про эти бассейны, хотя, казалось бы, их проще всего и было сразу же начать заливать водой, японские спасатели забыли.

Несмотря на то что плотность остаточного тепловыделения отработанного топлива не столь высока, выделяемого им тепла вполне достаточно, чтобы без постоянной прокачки свежей воды бассейны могли выкипеть, а оставшиеся сухими сборки начали плавиться.

Иначе как полным или частичным выкипанием воды, говорят специалисты, а может, и разрушением конструкции бассейна глубиной 13 метров (притом что высота самих ТВС меньше пяти метров) высокий уровень радиации над бассейнами не объяснить. При высыхании ТВС идет та же пароциркониевая реакция, что и в реакторах, оставшихся без охлаждения, добавляет Большов, конструкции сборок становятся хрупкими, теряют прочность, плавятся, та же участь ожидает и находящиеся в них топливные таблетки. Речи об образовании критической массы нет, утверждает Леонид Большов, имеющий опыт ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС. Но летучие вещества: сначала благородные газы, потом изотопы йода-129, йода-131, цезий-137, то есть все те, у которых химическая энергия связи небольшая, — покидают разрушенные ТВС, а потом и расплав, как углекислый газ из бутылки с шампанским, и попадают в атмосферу. Главное, чтобы в ближайшую неделю ветер дул на восток, в сторону Тихого океана, тогда большой беды можно будет избежать. Важно и то, чтобы расплав удалось охладить в самих бассейнах до того, как он проплавит железобетонное дно, обеспечивая выбросы новых порций радиоактивного газа и того же водорода — сырья для очередных взрывов, и затем дойдет до водоносных слоев почвы. Потом территорию станции все равно придется укатывать в бетон и строить над ней саркофаг — чтобы «не светила». Сергей Бояркин настроен более оптимистично. По его прогнозу, без сильного взрыва или мощного пожара, то есть без сильных восходящих потоков, эти вещества не смогут разнестись сколько-нибудь далеко, и основная масса радиоактивных материалов локализуется на площадке.

Наши специалисты, делая даже скидку на то, что стихийное бедствие накрыло большую территорию острова, на котором находится АЭС «Фукусима», не перестают удивляться действиям своих японских коллег, называя их хаотичными. Эксплуатирующая компания неверно оценила ситуацию и не запросила помощи у внешних служб, пытаясь бороться с тяжелой аварией собственными силами. Усугубил эту проблему недостаток среди управленцев инженеров с широким профессиональным кругозором. Японские специалисты, привыкшие работать очень профессионально «от сих до сих», теряются при решении проблем, хотя бы на шаг отходящих от их компетенции. И начинают действовать слишком сложно, как в случае с заклинившим клапаном второго блока, из-за которого реактор мог просто взлететь на воздух, а проблему можно было решить, грубо говоря, послав туда «мужика с кувалдой».

Во многом авария приобрела такой тяжелый характер, говорит Сергей Бояркин, из-за того, что концепция безопасности на японских станциях предусматривает средства для предотвращения аварии, но не управление борьбой с уже случившейся аварией. У японцев на АЭС не предусмотрены собственные силы и средства обеспечения гражданской обороны и пожарной безопасности, и в случае серьезных инцидентов ставка делается на государственную помощь. По обязательному же требованию российских нормативов на всех наших станциях есть свои службы ГО и ЧС, пожарные и санитарные части, убежища — все это находится на территории АЭС в режиме постоянного дежурства. Кроме того, все наши реакторы оснащены системами, которые делают похожий сценарий развития событий просто невозможным. По словам Бояркина, ни одна страна, которая строит станции, не заявила и не заявит о прекращении программ дальнейшего строительства, говорят об этом лишь те, кто и так не строит. Будут строить и в Японии.

Ирик Имамутдинов

Источник: ЭКСПЕРТ ONLINE

Клуб любителей японской культуры

Немного ликбеза вместо новостного повода

Китайский синдром

Сырье для взрывов

Похожие записи:

Добавить комментарийОтменить ответ

Подписаться: