Чернобыльская катастрофа причины и последствия

Профессор Е. Ковалёв
Чернобыльская катастрофа: причины и последствия

Доклад на Семинаре «Философские проблемы современной физики».               
Вюрцбург, 22 октября 2006 г.
Видеозапись доклада на сайте семинара.

Введение

Двадцать лет спустя после Чернобыльской катастрофы  всё еще продолжаются ожесточённые споры о её причинах и последствиях. На сегодня существует более 110 различных версий причин, породивших эту катастрофу, хотя всего лишь три из них заслуживают внимательного  рассмотрения.

1.  Первая из них и в течение долгого времени основная версия заключается в том, что во всём виноват обслуживающий персонал 4-го  блока ЧАЭС,  который совершил много грубых ошибок и нарушений правил эксплуатации и безопасности РБМК–1000, пытаясь провести электротехнический эксперимент «любой ценой», отключил исправные системы защиты и, в конце концов, довел реактор до неуправляемого состояния и взрыва.
2.  Вторая версия сводится к тому, что во всём виновата наука, придумавшая и сконструировавшая опасный в эксплуатации ядерный реактор очень большой мощности.
3. Третья, наиболее правдоподобная и современная версия основывается на том, что в конструкции реактора имеется много опасных недостатков, система управления не предоставляла операторам необходимой информации, персонал был плохо обучен, не был достаточно проинформирован об опасностях, допустил ряд ошибок, и неумышленно нарушил инструкции.
4. Спустя двадцать лет после катастрофы по-прежнему актуальна потребность в продолжении изучения её масштабов и серьезных долгосрочных последствий. Диапазон оценок масштабов этой катастрофы чрезвычайно широк: от незначительного ядерного технического инцидента (Адамов Е.О., бывший министр Минатома в 1998–2001гг.) до самой крупной техногенной катастрофы в истории человечества по людским и территориальным масштабам (член-корр. РАН Яблоков А.В., бывший председатель Совета по безопасности при Президенте РФ). 

2. Причины Чернобыльской катастрофы

2.1 Общие причины Чернобыльской катастрофы

2.1.1 «Ретроспективный анализ необходимости создания ядерной энергетики, ядерного оружия в нашей стране в условиях послевоенной разрухи народного хозяйства и нищенского положения значительной части населения неопровержимо показывает правильность выбранных стратегических решений в развитии обороноспособности страны и обеспечении народного хозяйства электроэнергией» (Официальный отчет, 2006г.).
2.1.2 Анализ причин катастрофы на ЧАЭС необходимо начинать не с действий персонала 26 апреля 1986 года. Корни катастрофы находятся значительно глубже. Их первые ростки возникли одновременно с зарождением ядерной энергетики в нашей стране.
2.1.3 Решение сложных технических проблем ядерной энергетики сопровождалось значительными нарушениями безопасности, особенно на первом этапе. Дозиметрия была несовершенной. Радиационные отходы сбрасывались в открытые водоёмы. Персонал предприятий ядерной энергетики не имел права связывать заболевания с радиацией и др.
2.1.4 Ускоренное экстенсивное развитие ЯЭ не могло быть гладким, без чрезвычайных ситуаций на объектах атомной промышленности. На АЭС страны возникали пожары и ядерные инциденты. Все аварии на АЭС, в основном, остались вне гласности. Они скрывались и от работников АЭС.
2.1.5 Однако происходящие инциденты и крупные пожары на АЭС были известны высшим звеньям управления (СМ СССР, ЦК КПСС). 
2.1.6 Основные причины катастрофы определяются не только уровнем подготовленности персонала АЭС и конструктивными недостатками реактора.  В этом повинны многие звенья многоуровневой системы разработки, производства и эксплуатации АЭС, в том числе и подготовки специалистов. Анализируя причины катастрофы, необходимо сразу же исключить выдвигаемые отдельными учеными претензии к системе социализма, господствовавшей в стране более семи десятилетий. К сожалению, система не смогла  достойно противодействовать карьеристам, проходимцам и другим «специалистам». 
2.1.7 Возникновение в начале 50-х годов гражданской ЯЭ как ответвления военной тематики в создании и развитии ядерного оружия не сопровождалось интенсивными НИОКР в вопросах обеспечения безопасности персонала, населения и окружающей среды. 
2.1.8  Сравнительный анализ эффективности различных типов реакторов (ВВЭР, РБМК, БН и др.), тем более с иными энергоисточниками, фактически не проводился. Не полностью учитывалось размещение АЭС, как с учетом военно-стратегических факторов, так и геологического строения земли (размещение АЭС на разломах или водоразделах).   2.1.9 Глубинные причины Чернобыльской катастрофы лежат и в сфере порочной стратегии и политики социально-экономического  и научно-технического развития СССР, которые вырабатывались её партийно-государственным руководством во главе с Политбюро ЦК КПСС на протяжении 50-80-х годов. Являясь составной частью энергетического комплекса и ВПК, ядерная энергетика в процессе своего формирования и развития испытала на себе все перекосы упомянутых стратегии и политики, которые проявляются в данной отрасли особенно остро. 
2.1.10 В ходе проведенных судебных разбирательств вопрос об уголовно-правовой ответственности за катастрофу на Чернобыльской АЭС был сведен к осуждению «стрелочников». Но фактически вину за случившееся должны были разделить и высокопоставленные партийные, государственные и хозяйственные работники, так как имевшие место недостатки в управлении страной в то время в определенной мере способствовали катастрофе на ЧАЭС.   

2.2. Общие недостатки ПЗ  и  ТП  ЧАЭС 
2.2.1. К компетенции заказывающего министерства относится определение назначения АЭС и её мощности, а также выбор её  месторасположения. Минэнергетики с учетом интересов  Минобороны определило двухцелевое назначение ЧАЭС: производство электроэнергии для Киевского региона и наработка ружейного плутония. В соответствии с этим ЧАЭС контролировалась по выполнению плана как со стороны  Киевэнерго, так и Минобороны.
2.2.2. В компетенцию научного руководителя (академик Александров А.П.) входило определение типа ядерного реактора для АЭС.  Был выбран реактор типа РБМК,  разработкой которого руководил академик Александров. Проект РБМК анализировался на Ученом совете (председатель – академик Александров) Института АЭ (директор - академик Александров), а затем был утвержден АН СССР (президент - академик Александров). Проект был  также одобрен  на  Секции ядерных реакторов МСМ (председатель – академик Александров), а затем на Межведомственном научно-техническом совете по АЭС (председатель – академик Александров). Несмотря на значительные недоработки, проект был принят для широкого  применения на вновь строящихся АЭС. Совмещение многочисленных обязанностей (до нескольких десятков) на уровне академиков было типичной чертой той эпохи. 
2.2.3 Научного руководителя проекта ЧАЭС академика Александрова следовало бы обвинить в принятии безответственного решения о применении реакторов типа РБМК на ЧАЭС, запланированной для густонаселенного региона, без применения защитного купола над одноконтурным реактором наземного размещения. При этом реактор имел положительный паровой коэффициент реактивности, что приводило к положительной обратной связи на малой мощности. Исследования особенностей поведения реактора при различных режимах не были завершены. Научный руководитель не позаботился также о создании полномасштабных тренажёров для обучения персонала реакторов РБМК. 
2.2.4  Главный конструктор РБМК академик Доллежаль Н.А. допустил очень грубую и опасную ошибку в конструкции управляющих стержней системы управления и защиты (СУЗ), приводившую к росту реактивности в первые секунды опускания стержня в активную зону реактора («концевой эффект»).
Кроме этого, не были предусмотрены специальные системы блокировок неправильных действий персонала, а также система индикации оперативного запаса реактивности (ОЗР).   

2.3 Электротехнический эксперимент (сценарий аварии) 
2.3.1. Исходное событие. В 00 часов 28 мин 26.04.86 г., переходя в режим электротехнических испытаний, персонал 4-го блока допустил ошибку при переключении управления с системы локального автоматического регулирования на систему автоматического регулирования мощности основного диапазона. Из-за этого тепловая мощность реактора упала ниже 30 МВт, а нейтронная мощность упала до нуля и оставалась таковой в течение 5 минут. В реакторе автоматически начался процесс самоотравления короткоживущими продуктами деления (так называемая «йодная яма»). На реакторах АЭС эта процедура восстановления работоспособности реактора весьма хлопотная и занимает много времени. А в этом случае она ещё срывала выполнение программы электротехнических испытаний со всеми вытекающими неприятностями. И тогда, стремясь «быстрее закончить испытания», как потом объяснялся персонал, они стали постепенно выводить из активной зоны реактора управляющие стержни. Такой вывод должен был компенсировать снижение мощности реактора из-за процессов самоотравления. Эта процедура на реакторах АЭС тоже обычная и ядерную угрозу представляет только в том случае, если вывести их слишком много для данного состояния реактора. Когда количество оставшихся стержней достигло 15, оперативный персонал должен был реактор заглушить. Это было его прямой служебной обязанностью. По какой-то причине персонал не стал глушить реактор, а продолжал выводить стержни. В результате в 01 ч 22 мин 30 с. в активной зоне оставалось 6-8 управляющих стержней из общего числа 179. Но и это персонал не остановило, и он приступил к электротехническим испытаниям. 
2.3.2. Первый взрыв. Неуправляемая цепная реакция в реакторе 4-го блока началась в некоторой, не очень большой, части активной зоны и вызвала местный перегрев охлаждающей воды. Когда давление пароводяной смеси превысило пределы прочности циркониевых труб технологических каналов, они разорвались. Сильно перегретая вода почти мгновенно превратилась в пар очень высокого давления. Этот пар, расширяясь, подтолкнул массивную 2500-тонную верхнюю плиту реактора вверх. Двигаясь вверх, верхняя плита последовательно разорвала остальные технологические каналы. Многие тонны перегретой воды почти мгновенно превратились в пар, и сила его давления уже довольно легко подкинула верхнюю плиту на высоту 10-14 метров. В образовавшееся жерло ринулась смесь пара, обломков графитовой кладки, ядерного топлива, технологических каналов и других конструкционных элементов активной зоны реактора. Верхняя плита реактора развернулась в воздухе и упала обратно ребром, раздавив верхнюю часть активной зоны и вызвав дополнительный выброс радиоактивных веществ в атмосферу. Ударом от этого падения можно объяснить двойной характер первого взрыва. Таким образом, с точки зрения физики первый взрыв собственно не был взрывом, как физическим явлением, а представлял собой процесс разрушения активной зоны реактора перегретым паром. Именно поэтому сейсмические приборы на трёх сверхчувствительных сейсмостанциях с расстояния 100-180 км смогли зарегистрировать только второй взрыв. 
2.3.3. Второй взрыв. Параллельно с этими механическими процессами в активной зоне реактора начались различные химические реакции, в том числе экзотермическая пароциркониевая реакция. Она начинается при 900°C и бурно проходит уже при 1100°C. В условиях аварии в активной зоне реактора 4-го блока только за счёт этой реакции в течение 3 секунд могло образоваться до 5000 м3 водорода. Когда верхняя плита реактора взлетела вверх, в центральный зал из шахты реактора вырвалась эта масса водорода. Перемешавшись с воздухом центрального зала, водород образовал детонационную воздушноводородную смесь, которая затем взорвалась, скорее всего, от случайной искры или раскалённого графита. Сам взрыв, судя по характеру разрушений центрального зала, носил объёмный характер. Именно он полностью разрушил здание реакторного отделения 4-го блока.   

3. Масштабы  чернобыльской  катастрофы 

3.1. Стационарная загрузка ядерного топлива в реактор РБМК составляет 190 тонн слабообогащенной по
урану-235  двуокиси  урана. В каждой тонне двуокиси содержится 20 кг урана-235. Таким образом, общее количество U-235 составляет 3 800 кг. 3.2. Общая радиоактивность к моменту катастрофы приближалась к предельной величине, и составляла  1 500 Мегакюри. 3.3. Среди радиоактивных веществ, накопленных в реакторе, были как  короткоживущие ( нептуний-239 с периодом полураспада 2,35 суток,), так и очень долгоживущие ( плутоний-239 с периодом полураспада 27 000 лет). 3.4. Выброс этих радиоактивных веществ в атмосферу  во время катастрофы и последующего пожара  составил около 8 - 10 % от общего количества радиоактивных веществ, т.е. достигал 150 Мегакюри (по оптимистической оценке Минатома 3–4 %). 3.5. Примерно 60 % радиоактивных осадков выпало на территорию Белоруссии, остальные 40 % выпали на территории Украины, России и 14 стран восточной, северной и западной Европы. 3.6. В составе этих радиоактивных  осадков: изотопы урана, плутония, йода (йод-131, период полураспада 8 дней), цезия (цезий-134 -  2 года; цезий-137 -  30 лет), стронция (стронций-90 -  28 лет). 3.7. Радиоактивному загрязнению свыше 1 Кюри/кв.км по данным МЧС РФ подверглось около 60 000 кв.км территории бывшего СССР,  на которой проживало  около 3 миллионов человек. 3.8. По другим оценкам, выполненным по проекту Европейского сообщества по созданию атласа загрязнения Европы цезием после Чернобыльской катастрофы, территории 17 стран Европы общей площадью 207 500 кв.км оказались загрязненными радиоактивным цезием-137  с плотностью загрязнения свыше  1 Кюри/кв.км, в том числе: Россия – 59 300 кв. км,  Белоруссия  - 43 500 кв. км  и  Украина – 37 600 кв. км. 3.9. Двадцать лет спустя несколько миллионов человек (по разным   данным, от  5 до  8 миллионов)  вынуждены проживать на территориях, которые еще в течение многих лет будут радиоактивно загрязнены в результате этой катастрофы, а радиологические последствия для здоровья будут продолжать проявляться на протяжении нескольких столетий.   

4. Последствия Чернобыльской катастрофы. 

4.1. Сводная  таблица  последствий   
Группы пострадавшего населения* 
Предполагаемый период (годы)**
Проявляемые болезни Превышенный. уровень смертности
I , V           - Все Макс. 145
I, III, IV          - Солидные раки, лейкемия 4 000 (1)
I, III, IV, V 95/10  (2) Солидные раки, лейкемия 9 335
VI        95 Все виды рака (кроме рака щитовидной железы) 9 335
VIII        50 Все заболевания 17 400
VIII          - Раковые и нераковые заболевания 32 000
VIII        70 (3) Рак щитовидной железы, другие тяжелые раковые заболевания и лейкоз 46 000-
150 000
V       15 Все 210 000 (4)
VIII  Все виды рака 475 368 (5)
VIII         - Все виды рака (за искл. рака щитовидной железы) От  905 016  до 1 809 768
 VIII       70   Все виды  рака До  6 000 000 (6) 
*Здесь пострадавшие группы населения:
I     – ликвидаторы 1986-1987 гг. II    – другие ликвидаторы III   – эвакуированные лица IV   – жители чрезвычайно загрязнённых территорий V    – жители других загрязнённых территорий  VI   – население Украины, Беларуси и России VII  – население других стран, кроме Украины, Беларуси и России VIII – всё население планеты
**Примечания к таблице:
(1) 95 лет для всех солидных раков, 10 лет для лейкемии (2) Для всех смертей цифра должна быть удвоена, но погрешность составляет до 100% (3) Не может быть применено ко всему региону.  Для России –55,000 – 65,000 (95 %) (4) Для группы 6 –212 150,  для группы 7- 244 786 (5) Беларусь – до 25 000  в год 

4.2. Основные причины катастрофы.
 4.2.1. Конструкторские
- недостаточное внимание к разработке более безопасных реакторов; - недоработка конструкции атомного реактора и системы его защиты; - стремление сделать реактор менее дорогим; - недостаточное использование мирового опыта;   - отсутствие  надзора за деятельностью Научного руководителя, Главного конструктора и Генерального    проектировщика, недостаточная квалификация разработчиков; - "слепая" вера в безопасность АЭС; - недостаточная эффективность сравнительного анализа различных типов реакторов и разнотипных   энергоисточников.   
4.2.2.  Организационно-экономические
- несовершенство партийно-государственной системы управления экономикой и научно-техническим   прогрессом страны; - передача АЭС из Минсредмаша СССР в Минэнерго СССР; - несовершенство системы управления ЧАЭС (совмещение органов управления эксплуатацией АЭС и    строительством новых энергоблоков); - превышение инвестиций в добывающие энергоотрасли по отношению к машиностроению; - снижение инвестиций в научный сектор; - недооценка экономических методов управления народным хозяйством;
- начало перестройки, вседозволенности; отсутствие эффективных методов смены руководителей; - недостаточное качество строительно-монтажных работ при возведении  объектов; - недостаточное внимание к анализу ядерных инцидентов и доведению до широкого круга специалистов   рекомендаций по их предупреждению.
4.2.3. Эксплуатационные
- несовершенство системы подготовки специалистов; - непрофессиональное руководство подведомственными объектами атомной энергетики; - неэффективная модернизация АЭС; - отсутствие эффективной  учебно-материальной базы; - недостатки в подборе кадров; - погоня за высокими показателями в эксплуатации АЭС; - завышенные требования режима секретности; - проектные испытания СОБ реактора не были проведены при вводе 4 ЭБ в эксплуатацию.
6. Заключение 1. Чернобыльская  катастрофа по своим масштабам и уже известным  к настоящему времени последствиям – самая крупная техногенная катастрофа в истории человечества. Однако, следует  учитывать,  что,  к  сожалению,  известные  сегодня последствия составляют только малую долю  всех ожидаемых последствий. В частности,  только  сейчас, двадцать  лет  спустя,  начнется  настоящий чернобыльский рак, ожидается всплеск раковых заболеваний, так как латентный период их развития составляет более 20 лет  после облучения. Генетические последствия этой катастрофы на протяжении  многих поколений и в течение многих лет затронут миллионы людей, включая многие страны Западной Европы. 2. Кто виноват в этом чудовищном преступлении? Основная доля вины  за  Чернобыльскую  катастрофу  лежит  на  советской административно-командной системе  так называемой  плановой экономики  с её извращенной системой  подбора и расстановки руководящих кадров, необузданным волюнтаризмом в  принятии государственных решений, неумеренными ядерно-ракетно-космическими  амбициями  и т.п. 3. Довольно часто говорилось о том, что значительная доля вины за Чернобыльскую катастрофу ложится на науку. Это, конечно,  совершенно  неверно. Значительная доля вины за эту катастрофу ложится на научного руководителя проекта РБМК академика Александрова А.П., а также на главного конструктора этого проекта академика Доллежаля Н.А. 4. Персонал 4-го блока ЧАЭС, который все комиссии, расследовавшие  причины катастрофы, признавали виновником и даже главным виновником этой катастрофы, с нашей точки зрения,  вообще следует относить не к преступникам, устроившим эту катастрофу, а  к  жертвам этой катастрофы,  ибо  они  не  ведали,  что  творят.   


Коротко об авторе:
Профессор, доктор технических наук, заслуженный деятель науки РСФСР, лауреат Государственной премии СССР Е. Е. Ковалёв  (1929 – 2012) был учёным с мировым именем, одним из крупнейших специалистов в области радиационной безопасности орбитальных пилотируемых космических комплексов. Он сотрудничал с академиком С. П. Королёвым, возглавлял научно-исследовательский испытательный центр радиационной безопасности космических объектов (НИИЦ РБКО). В последнее десятилетие своей жизни возглавлял созданный им научный философский Семинар в г. Вюрцбурге (Германия). Видеозаписи докладов профессора Ковалёва можно увидеть на сайте www.kruginteresow.com и на канале Youtube:  https://www.youtube.com/channel/UCjb_mTlcGYn61hDWK7T365A