Второй чернобыль мог произойти и раньше, от страшной беды уберегло чудо

«Значит, бетонные плиты рухнули и накрыли наших ребят»

21 декабря 1979 года тогдашний руководитель нашей страны Леонид Брежнев подписал Указ Президиума Верховного Совета СССР «О награждении граждан, отличившихся при ликвидации последствий аварии на Белоярской атомной электростанции имени И.В. Курчатова»… Уже тот факт, что в списке награждённых орденами и медалями – более сорока фамилий, говорит о серьёзности происшествия, последствия которого они ликвидировали.

О том, что тогда произошло, корреспонденту «ОГ» рассказал Иван Ватрич, ныне подполковник внутренней службы в отставке, а в декабре 1978 года – капитан, исполнявший обязанности начальника 35-й военизированной пожарной части в Заречном.

Иван Ватрич за самоотверженные действия при ликвидации пожара на БАЭС был награждён орденом Трудового Красного Знамени. Фото: Леонид Поздеев

– В ночь с 30 на 31 декабря 1978 года (где-то в час сорок минут ночи) мне позвонил командир дежурного расчёта и доложил о пожаре в машинном зале второго энергоблока АЭС, – вспоминает ветеран. – Я сразу позвонил диспетчеру автоколонны, чтобы за мной прислали машину, оделся и выбежал на улицу. Мороз в ту ночь стоял небывалый даже для Урала – минус 47 градусов! Через несколько минут автомобиль помчал нас вместе с заместителем главного инженера БАЭС по эксплуатации на техническую территорию. Когда я вбежал в здание второго энергоблока и поднял глаза к потолку, то просто оторопел: надо мной вместо потолка было звёздное небо. «Значит, бетонные плиты перекрытия рухнули и накрыли наших ребят», – с ужасом подумал я, но, к счастью, ошибся. Пожарные внизу, в машинном зале, где и произошло возгорание, разматывали рукава, подсоединяли стволы…

Горело разлитое по всему полу турбинное масло. Самое ужасное, что оно уже начало протекать и в кабельные каналы, по которым проходили электрокабели, находившиеся под напряжением в 6 тысяч вольт. Оценив обстановку, мы организовали работу по борьбе с огнём. Тушили пятью стволами. На каждом – звено из трёх человек. Там ведь настоящий ад был – помещение закрытое, без окон, дышать просто невозможно было. Один отработает минуты две и выбегает наружу подышать. Другой сменяет его и поднимает ствол. Тушили ведь методом прерывистой струи. Бросит пожарный порцию воды на огонь и сразу отбрасывает в сторону ствол, чтобы по струе удар электротока высокого напряжения не получить. Общее руководство операцией взял на себя прибывший на станцию начальник пожарной охраны УВД по Свердловской области полковник внутренней службы Геннадий Алексеевич Гуляев.

Насколько всё это было серьёзно, можно судить по тому, что около 15.00 из Москвы позвонил Председатель Совета Министров СССР Алексей Николаевич Косыгин. Он потребовал пригласить к телефону человека, который руководит тушением пожара. Разговаривал с ним Гуляев. Косыгин спросил, нужна ли помощь из других регионов для ликвидации пожара, но Гуляев заверил, что мы справимся сами. Людей и техники у нас было достаточно: кроме штатных сотрудников нашей 35-й ВПЧ, на борьбу с огнём прибыли коллеги из других частей, курсанты Свердловского пожарно-технического училища, а также более 50 единиц техники. Так что к вечеру 31 декабря, после 20 часов непрерывной работы пожар был ликвидирован.

Замечу, что оперативный персонал БАЭС на протяжении всех 20 часов делал всё возможное, чтобы не допустить радиационной аварии. Но всё же одновременно проводились мероприятия по подготовке к эвакуации населения Заречного и близлежащих посёлков. Уже были готовы и автобусы, и грузовые машины… К счастью, этого не понадобилось. Радиационную аварию предотвратили своими самоотверженными действиями пожарные.

Интересные факты о Белоярской АЭС

Белоярская атомная станция стала второй промышленной АЭС Советского Союза, первой была Сибирская атомная станция, но генерация электроэнергии была только побочной ее задачей. Основное предназначение Сибирской АЭС – наработка плутония для оружейной промышленности. Можно сказать, что АЭС Белоярская стала первой полноценной промышленной станцией СССР.

По первым проектам Белоярская АЭС планировалась как ТЭЦ – тепловая электростанция. Для охлаждения реакторов и технического водоснабжения станции было построено Белоярское водохранилище. Поскольку никаких опасных отходов АЭС Белоярская в водоем не выбрасывает, там развели рыб и ежегодно проводят соревнования по рыбной ловле, а также по парусному спорту и гонкам по льду.

Белоярская АЭС носит имя «отца» советской ядерной бомбы и атомной электроэнергетики Игоря Васильевича Курчатова.

Атомная электростанция была названа именем Игоря Васильевича Курчатова, известного физика — ядерщика, одного из основоположников использования ядерной энергии в мирных целях, была построена в 1958 году.

Она состоит из 4 энергоблоков, состоящих из реакторов АМБ – 100 (102МВт), АМБ – 200 (146МВт), БН – 600 (560МВт), БН – 800 (820МВт). Последние – это реакторы на быстрых нейронах.

Справка:

• АМБ – атом мирный большой,
• БН – быстрые нейроны.

Первое происшествие произошло в 1967 году. Произошло разрушение тепловыделяющих сборок на первом блоке АЭС. Произошло это из – за продолжительной цепной реакции на высокой мощности. Второе происшествие было уже в 1977 году, произошло расплавление 50% тепловыделяющих сборок на втором блоке АЭС. Но это были самые безобидные аварии на БАЭС за все 52 года её существования. Специалисты выявили 6 аварий, которые поставили на грань жизни и смерти людей, проживающих в городе Белоярске и Свердловской области.

Случай первый, в канун нового года весь Урал превратился в Арктику, холодный северный воздух обрушился на Свердловскую область, понизив столбики термометров до рекордных  — 47 — 50. Коммунальные службы не смогли справиться с мощным объёмом работы и в результате прорвало трубы, а улицы города заволокло паром. Дороги покрылись толстой коркой льда, машины не заводились и лопались провода ЛЭП. Чтобы выбежать из дома люди кутались в тёплую одежду с головы до ног, а чтобы не замёрзнуть ночью ложились спать в кофтах и шубах.

И в это время произошел парадокс, на Белоярской АЭС случился пожар,  Чернобыль мог случиться и раньше, от страшной беды уберегло чудо. Огромные железобетонные конструкции машинного зала не выдержали перепада температур (снаружи -50, внутри + 50) и рухнули.

Дыра в ночное небо была размером в 500 м2 . Тяжёлые балки рухнули на работающий генератор первого энергоблока. Был пробит паропровод, загорелся маслобак. Пожар распространялся с огромной скоростью по кабельным тоннелям. Разрушения были огромные. Рядом с турбинами были установлены баллоны водородного охлаждения, если бы они взорвались, то об этом страшно было и подумать. Последствия были бы катастрофическими. Обошлось без человеческих жертв.

Через 9 лет, зимой 1987 года (спустя год после катастрофы на ЧАЭС), на Белоярской АЭС произошла крупная авария. По неизвестным причинам температура в активной зоне привела к разрушению 12 ячеек с ядерным топливом (примерно тоже самое произошло в ночь с 25 на 26 Апреля в Чернобыле!). На Урале всё обошлось пожаром и вытеканием и реактора около тонны радиоактивного натрия. Специалисты назвали одной из самых ужасных аварий на Белоярской АЭС и присвоили ей 4 степень опасности по международной шкале ядерных событий, при том что катастрофе на ЧАЭС присвоили 7 степень!

Спустя пять лет, в 1992 году на БАЭС настигла большая череда тревожных событий, готовых в любой момент обернуться трагедией. С начала при перегрузке топлива из–за халатности персонала был затоплен насосный отсек, 15 кубометров радиоактивных отходов вытекло в Белоярское водохранилище. Этому инциденту была присвоена 3 степень опасности по международной шкале.

В 1993 году, в третьем энергоблоке БАЭС произошла авария, которая привела к автоматической остановке реактора, возник пожар и утечка теплоносителя во вспомогательную систему. В 1994 на Белоярской АЭС произошла утечка и самовозгорание радиоактивного натрия из второго контура реактора. Начался пожар, который удалось потушить. Реактор был заглушен и долго ремонтировался.

Последний опасный случай на БАЭС произошёл спустя 6 лет, днём 9 Сентября 2000 года. Жители города Заречного, находившегося в непосредственной близости от Белоярской АЭС были напуганы ужасающими звуками со стороны АЭС. Над зданием АЭС поднялось светлое облако, отключилось электричество, а в кранах пропала вода. Произошедшее было вызвано сбоем в работе энергосистемы. То, что тогда произошло можно назвать системной аварией. В атмосферу в течении 3 часов выбрасывался радиоактивный пар.

Что за уран работает в классическом реакторе?

Двигаемся дальше. У природного урана есть три стабильных изотопа (238, 235 и 234). Атомы изотопов одного и того же вещества отличаются друг от друга количеством нейтронов в ядре и, как следствие, разным атомным весом. Изотопы помечают массовыми числами (суммарным количеством нейтронов и протонов в ядре).

Больше всего в природе изотопа урана-238 — 99,2742%. Изотопа 235 всего 0,7204%, а об изотопе 234 и говорить нечего, его вообще 0,0054%.

Так вот, изотоп урана-238 практически не делится в классических реакторах на медленных (т.н. тепловых) нейтронах. Но в таких реакторах особенно хорошо делится и поддерживает цепную реакцию деления уран-235 (из 0,7204% которого после процесса разделения изотопов по факту остаётся вообще только около 0,5% от всего переработанного урана, оставшиеся проценты уходит в отвал). То есть, полезного изотопа урана очень мало среди всего урана.

Уран-235 делится и быстрыми нейтронами, но наиболее эффективно он это делает именно под воздействием «медленных» нейтронов, для чего их в реакторах специально замедляют водой.

Так как цепная реакция урана-235 слишком интенсивная (фактически взрывная), в реакторах сжигают не чистый уран-235, а смесь урана-235 с ураном-238 (т.н. обогащённый уран, то есть уран, в котором доля изотопа 235 выше, чем у природного). В такой смеси часть нейтронов, выделяющихся при делении ядер изотопа 235, уходит не на деление следующих ядер, а тихо поглощается небольшой частью ядер изотопа 238, что снижает интенсивность реакции.

При поглощении нейтрона изотоп урана-238 не делится, а превращается в β-радиоактивный изотоп урана-239, затем в изотоп нептуния-239, а затем и в плутоний-239.

Таким образом, в реакторах из некоторой части изотопа урана-238 нарабатывается небольшое количество плутнония-239. Примечательно, что плутоний-239 тоже может делиться и поддерживать цепную реакцию, как и уран-235. Пока просто запомним это.

Замечу, что обогащённый уран содержится в таблетках тепловыделяющих элементов не в чистом виде, а в виде диоксида, обладающего некоторыми дополнительными удобными для использования характеристиками.

После сжигания в реакторе отработанное ядерное топливо (большая доля которого приходится на уран-238), более неспособно эффективно поддерживать цепную реакцию, но, в отличие от свежего, имеет повышенную радиоактивность за счёт содержания большого количества продуктов деления и его, как правило, захоранивают, а при наличии у страны соответствующих технологий, перерабатывают. Напомню, что Россия такими технологиями обладает.

Аварии на Белоярской АЭС

За 52 года работы, на АЭС Белоярская произошло несколько относительно крупных аварий.

• В 1977 году 50% ТВС станции (пучки трубок с урановым топливом, которые закладываются в ядерный реактор) в активной зоне энергоблока №2 были расплавлены. Авария была относительно «безболезненной» для станции и окружающей среды.
• В самом конце 1978 года, в ночь на 31 декабря на станции разгорелся пожар почти на 1км. территории, в результате обрушилась крыша машинного зала. Пожар тушили почти 300 человек 10 часов.
• В 1994 году станцию ремонтировали, из-за утечки натрия начался пожар. Натрий был нерадиоактивным.

Как ядерная реакция вырабатывает электричество

Ядерное топливо — это материал, который наподобие обычных дров может поддерживать собственное «горение», только это не горение, а самоподдерживающееся, самовоспроизводящееся расщепление ядер, цепная ядерная реакция с выделением тепла.

Фрагмент цепной реакции, а именно, деление ядра урана, можно визуально представить следующим образом.

Ядро урана, поглотившее нейтрон, находится в возбужденном нестабильном состоянии и подобно капле ртути при толчке начинает колебаться, изменяя свою форму. Если энергия возбуждения оказывается больше энергии связи, то за счет кулоновских сил ядро разрывается на две части (например, криптон и барий, или другие элементы из набора 300 изотопов, в основном с атомными весами, варьирующими вокруг 95 и 139), которые разлетятся в противоположные стороны, и это сопровождается ещё высвобождением из разорванного ядра двух, а иногда и трёх нейтронов, которые также разлетаются, в свою очередь поглощаясь соседними ядрами, и цикл повторяется.

Надо сказать, что при делении ядер вылетающие нейтроны обладают слишком высокими энергиями (т.н. «быстрые» нейтроны), что препятствует их максимально эффективному поглощению ядрами урана-235, использующемуся в классических реакторах, поэтому для устойчивого воспроизводства цепной реакции их специально замедляют, пропуская сквозь воду, превращая в медленные «тепловые» нейтроны, энергия которых близка к энергии теплового состояния с окружающей среды. Такие нейтроны уже довольно эффективно взаимодействуют с ядрами урана-235.

А откуда же в цепной реакции берётся электричество? А оно берётся не в цепной реакции, а после.

Цепная реакция сопровождается выделением огромной энергии в виде кинетической энергии осколков ядер, энергии гамма-квантов и энергии вторичных нейтронов. При торможении осколков кинетическая энергия превращается в тепло, которое и используется для превращения циркулирующего возле реактора теплоносителя в пар, который в свою очередь и раскручивает турбину генератора.

Да, именно так. И когда я в детстве впервые об этом узнал, я был сильно разочарован… Я-то думал, что цепная реакция как-то сама рождает поток электронов… ну и т.д. Но нет, суровая правда жизни — атомная станция это всего лишь большая паровая машина! )))

Зачем нужны быстрые нейтроны?

Незамедленные специально, то есть «быстрые» нейтроны высоких энергий могут поддерживать ядерную реакцию в изотопе урана-238, которого в природе намного больше урана-235 (цепная реакция которого поддерживается только медленными нейтронами). Также быстрые нейтроны эффективно работают в цепной реакции деления изотопа плутония-239.

Чтобы описать вероятность деления изотопа, в ядерной физике используют понятие «сечение деления». На графике ниже видно, как вероятность деления того или иного изотопа зависит от энергии нейтрона. Видно, что уран-238 действительно делится только при высоких энергиях, уран-235 эффективнее делится при низких энергиях, а плутоний-239 более-менее одинаково делится в любых случаях:

Главная же особенность быстрых нейтронов состоит в том, что они разбивают также изотопы тяжёлых элементов, с которыми не справляются тепловые (низкоэнергетичные) нейтроны, а таких элементов достаточно в отработанном ядерном топливе.

Исходя из этого, можно построить реактор на быстрых нейтронах, в котором использовать и плутоний-239, нарабатывающийся в классических реакторах, и уран-238, тоже остающийся после работы классических реакторов в виде основной составной массы отработанного ядерного топлива.

Так и сделано в российском реакторе на быстрых нейтронах БН-800. Он использует в активной зоне в качестве МОКС-топлива смесь из диоксида плутония-239 и диоксида урана-238. При этом активная зона окружена зоной воспроизведения (бланкетом). В бланкете расположены сборки из обедненного диоксида урана-238.

Под действием нейтронов, вылетающих из активной зоны и замедляющихся, уран-238 в бланкете превращается в плутоний-239, который снова станет составной частью МОКС-топлива. Что касается урана-238, являющегося частью МОКС-топлива, то под бомбёжкой быстрых нейтронов он наряду с плутонием-239 тоже частично принимает участие в основной цепной реакции, а частично превращается в тот-же плутоний-239.

Примечательно, что при течении в активной зоне цепной реакции деления плутония-239, образующихся нейтронов хватает для наработки из урана-238 бо́льшего количества плутония, чем его сжигается в активной зоне. Таким образом, для функционирования реактора нам достаточно урана-238, которого полно как в природе, так и в имеющимся отработанном ядерном топливе, из которого и воспроизводится плутоний-239. Таким образом БН-800 вполне может работать на отработанном уране-238, превращая его для этого в плутоний-239.