Физика чернобыльского взрыва

С нормальными, красочными текстовыми выделениями статью можно прочесть тут: http://bolshoyforum.com/forum/index.php?page=1917

https://youtu.be/NeZScDZA_uY
(Чернобыльская АЭС_ причины взрываПеревод на русский)
https://disk.yandex.ru/i/HB-BwFSfr_rqNQ


Данная статья является пояснительной к статье "Чернобыльская катастрофа" специалиста по безопасности атомных реакторов, инженера-физика, советника РФ 3к. И.Ф. Поливанова, написанной для узкого круга читателей. Ролик подробно воспроизводит развитие событий за исключением некоторых неточностей, о которых ниже. В комментируемой статье было показано, что персонал дежурной смены 4 энергоблока ЧАЭС ни своими действиями, ни бездействием приведшими к катастрофе не нарушали регламента, а причиной взрыва стала ошибка проектирования о которой проектировщики были осведомлены, но отказались принимать меры. Допущенные дежурной сменой нарушения регламента не имели никаких последствий, а комиссия от СССР в МАГАТЭ использовала их для того, чтобы запутать несведущую публику и списать на эксплуатантов вину проектировщиков. 

Волков В.П., начальник группы по надежности и безопасности АЭС с РБМК в ИАЭ им. И. В. Курчатова в докладной записке на имя своего директора и Президента Академии Наук СССР Анатолия Петровича Александрова 1 МАЯ 1986 г. <...> уточняет виновных в Чернобыльской катастрофе: "В случившемся виноваты: Научное Руководство (ИАЭ), Главный Конструктор (НИКИЭТ), а также Минэнерго, принявшее в эксплуатацию реактор без защиты даже от разгона на запаздывающих нейтронах". Научным руководителем проектов реакторов для АЭС с РБМК в ИАЭ являлся его директор, член ЦК КПСС, Президент Академии Наук СССР, академик Александров А. П., его заместители по научному руководству проектов - начальник лаборатории Крамеров А. Я. по инженерным вопросам РБМК, начальник отдела Калугин А. К. по вопросам физики РБМК. Главным конструктором РБМК в НИКИЭТ был его директор, академик АН СССР Доллежаль Н. А., его заместитель Емельянов.
<...>
Делать подобного рода заявления у Волкова В. П. были веские основания. Он задолго до трагедии докладывал, настаивал, писал докладные записки своему непосредственному начальнику и по очереди всем должностным лицам ИАЭ, включая Александрова А. П., о необходимости разработки, изготовлении и испытании ТВС из 36 твэлов (см. выше предложение под п.3) и замены ими штатных ТВС во всех работающих и проектируемых реакторах типа РБМК с целью ликвидации опасного порока этих реакторов. Однако Волков, к сожалению, не был вовремя услышан.
<...>
В 1976 г. в Минсредмаше состоялось совещание по проблемам строительства и безопасности АЭС с участием: от ИАЭ А. П. Александров, Крамеров, Волков; от НИКИЭТ Доллежаль, Емельянов, начальники лабораторий Василевский и Кузнецов; от ВНИПИЭТ академик Седов и 3 его сотрудника. По вопросам безопасности РБМК от ИАЭ выступил Владимир Волков. Он обосновал недопустимость обезвоживания активных зон этих реакторов и предложил внедрить ряд технических решений для предотвращения опасных последствий. От НИКИЭТ выступил "начлаб" Василевский и опроверг доводы Волкова. Он заявил, что безопасность РБМК обеспечена в проектном виде. Усовершенствований не требуется. Второй "начлаб" Кузнецов привел свои доводы и во всем поддержал коллегу Василевского. Александров был весьма удивлен и раздосадован столь различными оценками безопасности РБМК, к правоте той или иной стороны тоже не склонился, но поскольку он отвечал за безопасность АЭС в стране, то и требовал (скорее формально) от НИКИЭТ исполнения всех предложений ИАЭ. Однако все остались при своем мнении и мало что изменилось.
И.Ф. Поливанов

Поскольку директор ИАЭ, член ЦК КПСС, Президент Академии Наук СССР, академик Александров А. П. "памятник", а наказать кого-то было нужно, выбрали самых незащищенных.

Последовательность развития событий

Активная зона РБМК состоит из сплошной графитовой кладки с просверленными в ней через правильные интервалы (шаг) отверстиями (технологическими каналами), в которых находятся ТВС (тепловыделяющие сборки) с ядерным топливом, перемежаемые Стержнями Управления Защиты (СУЗ) с поглотителем. Графит замедляет рождающиеся в процессе самопроизвольного распада ядерного топлива нейтроны до обретения ими способности выбивать в соседних ТВС вторичные нейтроны, а СУЗ, поглощая их избыток держит процесс в рамках постепенного энерговыделения не давая скатываться к взрывному характеру и заглушая цепную реакцию при необходимости остановки реактора. Рождающиеся при распаде ядерного топлива нейтроны тормозясь сообщают заполняющему реактор теплоносителю воде запасённую в нём когда-то в звёздах гравитационную (теперь кинетическую) энергию, превращающуюся в тепловую, и через турбогенератор в электрическую. (Массивные ядра при своём распаде образуют осколки, в которых масса нуклонов становится меньше согласно формуле о дефекте массы, отдавая эту массу по знаменитой формуле Эйнштейна о тождестве массы и энергии, в виде кинетической энергии вылетающих из ядер нейтронов.) В процессе работы реактора топливо выгорает, что тоже требует регулировки СУЗами, путём введения и удаления их из активной зоны.   

Ядерный реактор отличается от, например, двигателя внутреннего сгорания, сохраняющего свои характеристики при любом режиме работы. Пониженная мощность его меняет. Работа РБМК на 50% мощности в течение 6 часов приводит к ксеноновому отравлению, - выделению газа ксенона, поглощающего нейтроны и глушащего цепную реакцию. 

Стержни СУЗ в РБМК находятся в каналах, охлаждаемых своим, независимым контуром охлаждения. Основная часть стержня, содержащая поглотитель нейтронов из карбида бора, имеет длину 7 метров (высота активной зоны реактора). Под поглотителем располагается графитовый вытеснитель, соединённый с ним телескопической штангой. Длина вытеснителя около 5 метров. При извлечении (перемещении в верхнее положение) стержня из зоны, графитовый вытеснитель замещает воду канала СУЗ, что позволяет избежать ненужного поглощения нейтронов водой (графит обладает существенно меньшей способностью поглощать нейтроны по сравнению с лёгкой водой) и, таким образом, «экономить» нейтроны, что, в свою очередь, повышает экономичность реактора.

<...> работа на пониженной мощности привела к изменению распределения энерговыделения по высоте активной зоны. Оно стало двугорбным, с минимумом в центральном сечении (обычно там максимум). Активная зона как бы разделилась на две части - верхнюю и нижнюю, в которых процессы стали развиваться почти независимо друг от друга (см. выше описание процесса Волковым). В результате реактор оказался за пределами Регламента (внерегламентном состоянии) без нарушения самого Регламента, а активная зона приобрела свойства, при которых остановка реактора аварийной системой (АЗ) неизбежно ведет к разгону на мгновенных нейтронах и тепловому взрыву реактора, причем неважно включается АЗ от кнопки АЗ или от других сигналов.
И.Ф. Поливанов

Развитие эффекта происходит при движении стержня в активную зону из крайнего верхнего положения, когда графит, слабо поглощающий нейтроны, в первый момент времени замещает воду в нижней области каналов СУЗ, имеющую большую поглощающую способность. В результате в нижней части активной зоны создаются условия для образования положительной реактивности и роста локальной мощности. В то же время поглотитель замещает графит в самой верхней части активной зоны, где плотность потока нейтронов может быть еще ниже, и отрицательная реактивность, вносимая сверху, может не компенсировать положительную реактивность, вносимую снизу. Для появления концевого эффекта нейтронный поток сверху должен быть примерно в 50 раз ниже. При номинальных режимах работы реактора этого практически не происходит, и по этой причине долгое время эффект не обнаруживался. Однако существует еще фактор выгорания топлива (что может изменить профиль нейтронного поля).

Концевой эффект был обнаружен:

В ноябре 1975 г. на ЛАЭС при постоянной общей мощности реактора 20 % от номинальной произошел локальный всплеск мощности в 11-:-15 ТВС по волковскому сценарию (см. описание разгона 4-го блока). В результате в эпицентре всплеска разрушился один ТК (технологический канал), а его ТВС расплавилась (взорвалась). В 10 ТВС, окружавших первую, растрескались оболочки твэлов с выбросом радиоактивных продуктов в контур охлаждения и в трубу. Т.к. разрушился только один ТК, то САОР справилась с аварией.
И.Ф. Поливанов

Итак, перед эксплуатантами 4-го блока стояла задача провести плановое испытание оборудования при работе в нестандартной ситуации внезапного отключения электричества, суть которого к аварии отношения не имеет, для чего требовалось снизить энерговыделение реактора до 22%. При достижении 50% мощности от республиканского правительства поступило распоряжение срочно дать энергию народному хозяйству. Директор АЭС не имел права отказаться от его выполнения, поэтому приказал отложить эксперимент, и на половине своей мощности реактор проработал 9 часов, после чего эксперимент возобновили. Так как в процессе нестандартной работы реактор "отравился", дальнейшее снижение мощности привело почти к полному его глушению. Вытащив почти все СУЗы дежурной смене, удалось поднять мощность с 1% до 6, и успешно провести эксперимент. Оставалось заглушить реактор и приступить к ППР. Кнопка включения Аварийной Защиты привела СУЗы в движение. Располагавшиеся посередине активной зоны на равном расстоянии в 1,25м от низа и верха графитовые вытеснители начали опускаться вниз, заменять собой воду в технологических каналах, порождая тем самым шквал нейтронов, мгновенно поднявших мощность энерговыделения всего реактора как минимум в двадцать раз от его максимального значения, что мгновенно превратило воду в пар, подняло давление до теплового взрыва, и разметало сам реактор и Центральный зал над ним. (В ролике на 7:17 показана картинка расположения поглотителей прямо перед аварией. Но для наглядности вытеснители просто не нарисованы, хотя к ним прикреплены.) Если бы ввод поглотителей начался снизу, а часть их предусмотрена конструкцией, то глушение реактора произошло бы штатно. 

Почему же, кроме отдельных локальных аварий, ничего подобного раньше на таких типах реакторов не происходило?

При остановке реактора на ППР по процедуре Регламента количество РР в зоне постепенно увеличивается, и остановка завершалась в целом благополучно.

Решающую роль сыграла длительная работа на пониженной мощности, изменившая конфигурацию активной зоны. Ни с чем подобным эксплуатанты не сталкивались, так как обстоятельства складывались иначе, вот и не знали. Хотя начальник группы по надежности и безопасности АЭС с РБМК в ИАЭ им. И. В. Курчатова Волков В.П. предупреждал об этом, но не был услышан. 

В докладе, зачитанном академиком Легасовым В.А. и составленным на основе выводов Правительственной комиссии, на совещании с 25 по 29 августа 1986 г. в МАГАТЭ пункт 8 ставит в вину дежурной смене снижение оперативного запаса реактивности ниже допустимого значения. Но так ли это? Снова цитата из статьи И.Ф. Поливанова.

<...>последнее обвинение: "снижение оперативного запаса реактивности ниже допустимого значения" <...> верхнее значение является очень важным для безопасности (но только верхнее!) и его жестко контролирует персонал реактора, а значение, компенсируемое точно 30-ю РР, называют предельно допустимым и оно указано в Регламенте. Именно такой смысл понятию оперативного запаса придан в разделе 1.3. "Основные физические характеристики реактора" доклада для МАГАТЭ. Ограничения же по безопасности на не извлечение, какого-либо числа из этих 30 РР в Регламенте нет и в докладе такое число не указано. Любое уменьшение оперативного запаса ниже 30 РР, т.е. ниже допустимого, безопасно, естественно и оно постоянно происходит в процессе эксплуатации. По этому снижение оперативного запаса реактивности до 6-:-8 стержней нарушением не является, хотя он действительно больше чем в 2 раза ниже допустимого, но не выше же!

Выражение "снижение оперативного запаса реактивности ниже допустимого значения некоторого количества стержней" следует понимать, как снижение оперативного запаса реактивности на компенсацию которого нужно некоторое количество стержней поглощения. Обвинять в "снижении оперативного запаса реактивности ниже допустимого значения" следует ксенон, или диспетчера Киевэнерго распорядившегося немедленно дать энергию во что бы то ни стало, или проектировщиков, но не эксплуатантов.

Директор ИАЭ, член ЦК КПСС, Президент Академии Наук СССР, академик Александров А. П., начальники лабораторий из НИКИЭТ Василевский и Кузнецов, — вот истинные виновники трагедии. Кстати, сознавая свою вину Александров ушёл с поста президента АН СССР через несколько месяцев после взрыва. Смерть академика Легасова двумя годами позже больше походит на спецоперацию КГБ по нейтрализации прозревшего, чем на душевные страдания.

Может, понял, что его химика по образованию и опыту работы, как сейчас выражаются, реакторщики "кинули".
И.Ф. Поливанов

Приводятся какие-то невнятные свидетельства неизвестных будто бы находивших Легасова с пустым пузырьком от снотворного ранее, и уже откачивавших его.

Легасов совершил более решительный шаг. Он дал интервью либеральному литературному журналу «Новый мир», в котором предупреждал – в противоположность всему, что говорил раньше, – что еще одна чернобыльская катастрофа может в любое время случиться на любой из советских станций с реакторами РБМК.
    <...>
    26 апреля 1988 года <...> дочь Легасова Инга, как обычно, забрала сына из детского сада. Подойдя к дому, она обрадовалась, увидев у подъезда отца. Инга предложила ему подняться и поесть, но он сказал, что должен ехать. «Я еду из Академии наук, – сказал Легасов. – Заскочил на минутку посмотреть на тебя». Это был последний раз, когда она видела его живым. На следующий день, в обед, сын Легасова Алексей, придя на Пехотную, 26, обнаружил тело отца висящим в петле в лестничном проеме. Посмертной записки академик Легасов не оставил.
Адам Хиггинботам
Чернобыль: История катастрофы

Вещи и личные записи из рабочего кабинета родственникам не вернули, и сославшись на их радиоактивную загрязнённость уничтожили. Но если бы у Легасова в рабочем кабинете были радиоактивные вещи, они загрязнились бы и у него в квартире, и в любом месте, где он бывал. Предлог прямо говорит о своей несостоятельности. Государственный заказ был обозначен чётко, - ни слова об ошибках проектировщиков, а ликвидаторам Троцкого в Мексике закрыть рот советскому академику - детская работа. И "Горбачёв" тут, "перестройка", "гласность", "демократия" ничего не меняют.
Поливанов О.И.
04.05.2023г