"Мирный" атом
После того, как была осуществлена неконтролируемая цепная реакция, позволившая получить гигантское количество энергии, ученые поставили задачу осуществления контролируемой цепной реакции. Суть контролируемой цепной реакции заключается в умении управлять нейтронами. Этот принцип и был успешно применен в атомных электростанциях (АЭС).
Как работает АЭС
Энергия деления ядер урана используется в атомных электростанциях (АЭС). Процесс деления урана очень опасен. Поэтому ядерные реакторы окружают плотные защитные оболочки. Распространен тип реактора с водой под давлением.
Теплоносителем является вода. Холодная вода поступает в реактор под очень высоким давлением, которое препятствует ее закипанию.
Холодная вода, проходя через активную зону реактора, действует также как замедлитель - замедляет быстрые нейтроны, чтобы они ударялись о ядра урана и вызывали цепную реакцию.
Ядерное топливо (уран) находится в активной зоне в виде стержней тепловыделяющей сборки. Топливные стержни в сборке чередуются с управляющими стержнями, которые регулируют скорость деления ядер, поглощая быстрые нейтроны.
При делении высвобождается большое количество тепла. Нагретая вода покидает активную зону под давлением с температурой 300?С и поступает в энергетическую установку, в которой распложены генераторы и турбины.
Горячая вода из реактора нагревает воду второго контура до кипения. Пар направляется к лопастям турбины и вращает ее. Вращающийся вал передает энергию генератору. В генераторе механическая энергия вращения преобразуется в электрическую. Пар охлаждается и вода возвращается обратно в реактор.
В результате этих сложных процессов атомная электростанция вырабатывает электрический ток.
Как видите, расщепляемый изотоп находится в топливных стержнях, расположенных в активной зоне реактора, образуя критическую массу. Управляют ядерной реакцией при помощи управляющих стержней, изготовленных из бора или кадмия. Управляющие стержни, как и топливные, располагаются в активной зоне реактора и, подобно губке, поглощающей воду, действуют на нейтроны, поглощая их. Оператор АЭС, регулируя количество управляющих стержней в активной зоне реактора, управляет скоростью ядерного процесса: замедляет его, опуская управляющие стержни в активную зону реактора; либо ускоряет - поднимая стержни.
Казалось бы, все замечательно - атомная энергетика является неиссякаемым высокотехнологичным источником электроэнергии и за ней будущее. Так люди думали до 26 августа 1986 года. Авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС все перевернула с "ног на голову" - "мирный" атом оказался не таким уж и мирным, если обращаться с ним пренебрежительно.
Почему взорвалась ЧАЭС?
Об этом написано достаточно много материала. Здесь будет приведена квинтэссенция (сжатая суть) катастрофы.
Основные причины аварии 4-го энергоблока ЧАЭС:
- Недостаточно хорошо продуманная программа технологического эксперимента по выбегу турбогенератора;
- Просчеты разработчиков ядерного реактора РБМК, где немалую роль сыграла нехватка в системе управления оперативной информации о запасе реактивности в активной зоне;
- "Вольности" персонала АЭС, проводившего эксперимент, и допустившего отклонения от регламента проводимых работ.
Все это вкупе привело к катастрофе. Среди специалистов, расследовавших события в Чернобыле, ходила примерно такая формула: "операторы умудрились взорвать блок, а реактор позволил им сделать это". Часть чернобыльской вины лежит почти на каждом - и на физиках, проводящих расчеты по упрощенным моделям, и на монтажниках, небрежно заваривающих швы, и на операторах, позволяющих себе не считаться с регламентом работ.
Анатомия чернобыльской аварии в "двух словах"
1. Было допущено снижение мощности реактора до очень малого значения (примерно 1% от номинала). Это "плохо" для реактора, т.к., тот попадает в "йодную яму" и начинается ксеноновое отравление реактора. По "нормальному" - надо было глушить реактор, но в этом случае эксперимент по выбегу турбины не был бы произведен, со всеми вытекающими отсюда административными последствиями. В итоге, персонал ЧАЭС решил поднять мощность реактора и продолжить эксперимент.
2. Из изложенного выше материала видно, что оператор АЭС может управлять скоростью ядерной реакции (мощностью реактора) путем перемещения управляющих стержней в активную зону реактора. Для поднятия мощности реактора (чтобы завершить эксперимент) из активной зоны реактора были выведены практически все управляющие стержни.
Чтобы читателю, не знакомому с "ядерными тонкостями", было понятнее - можно привести следующую аналогию с грузом, подвешенным на пружине:
- Груз (вернее его положение) - это мощность реактора;
- Пружина - это средство управления грузом (мощностью реактора).
- В нормальном положении груз и пружина находятся в равновесии - груз на определенной высоте, а пружина растянута на некоторое значение.
- При провале мощности реактора ("йодная яма") - груз пошел вниз к земле (и очень сильно пошел).
- Чтобы "вытянуть" реактор, оператор "потянул за пружину" (вывел управляющие стержни; а надо было как раз наоборот - ввести все стержни и заглушить реактор, т.е., отпустить пружину, чтобы груз упал на землю). Но, система груз-пружина обладает некоторой инерцией, и некоторое время после того, как оператор стал тянуть вверх пружину, груз по-прежнему движется еще вниз. А оператор продолжает тянуть вверх.
- Наконец, груз достигает нижней точки, и под действием (уже приличных) сил пружины начинает двигаться вверх - мощность реактора начинает резко возрастать. Груз все быстрее летит вверх (неконтролируемая цепная реакция с выделением огромного количества тепла), а оператор уже ничего сделать не может, чтобы погасить инерцию движения груза вверх. В результате груз бьет оператора в лоб.
Да, операторы ЧАЭС, допустившие взрыв энергоблока, заплатили самую высокую цену за свою ошибку - свою жизнь.
Почему же персонал ЧАЭС действовал именно таким образом? Одной из причин послужил тот факт, что система контроля ядерного реактора не предоставила оператору оперативной информации об опасных процессах, протекающих в реакторе.
Вот как А.С.Дятлов начинает свою книгу "Чернобыль. Как это было":
26 апреля 1986 г. в один час двадцать три минуты сорок секунд начальник смены блока No 4 ЧАЭС Александр Акимов приказал заглушить реактор по окончании работ, проводимых перед остановом энергоблока на запланированный ремонт. Команда отдана в спокойной рабочей обстановке, система централизованного контроля не фиксирует ни одного аварийного или предупредительного сигнала об отклонении параметров реактора или обслуживающих систем. Оператор реактора Леонид Топтунов снял с кнопки АЗ колпачок, предохраняющий от случайного ошибочного нажатия, и нажал кнопку. По этому сигналу 187 стержней СУЗ реактора начали движение вниз, в активную зону. На мнемотабло загорелись лампочки подсветки, и пришли в движение стрелки указателей положения стержней. Александр Акимов, стоя вполоборота к пульту управления реактором, наблюдал это, увидел также, что "зайчики" индикаторов разбаланса АР "метнулись влево" (его выражение), как это и должно быть, что означало снижение мощности реактора, повернулся к панели безопасности, за которой наблюдал по проводимому эксперименту.
Но дальше произошло то, чего не могла предсказать и самая безудержная фантазия. После небольшого снижения мощность реактора вдруг стала увеличиваться со всё возрастающей скоростью, появились аварийные сигналы. Л. Топтунов крикнул об аварийном увеличении мощности. Но сделать что-либо было не в его силах. Всё, что он мог, сделал - удерживал кнопку АЗ, стержни СУЗ шли в активную зону. Никаких других средств в его распоряжении нет. Да и у всех других тоже. А. Акимов резко крикнул: "Глуши реактор!". Подскочил к пульту и обесточил электромагнитные муфты приводов стержней СУЗ. Действие верное, но бесполезное. Ведь логика СУЗ, то есть все её элементы логических схем, сработала правильно, стержни шли в зону. Теперь ясно - после нажатия кнопки АЗ верных действий не было, средств спасения не было. Другая логика отказала!
С коротким промежутком последовало два мощных взрыва. Стержни АЗ прекратили движение, не пройдя и половины пути. Идти им было больше некуда.
В один час двадцать три минуты сорок семь секунд реактор разрушился разгоном мощности на мгновенных нейтронах. Это крах, предельная катастрофа, которая может быть на энергетическом реакторе. Её не осмысливали, к ней не готовились, никаких технических мероприятий по локализации на блоке и станции не предусмотрено…
Т.е., за несколько секунд до катастрофы персонал даже не подозревал о приближающейся опасности! Финишем всей этой абсурдной ситуации стало нажатие аварийной кнопки, после которого и произошел взрыв - вы мчитесь на автомобиле и перед препятствием жмете на тормоз, но автомобиль еще больше ускоряется и врезается в препятствие. Справедливости ради следует сказать, что нажатие аварийной кнопки уже никак не могло повлиять на ситуацию - оно лишь на несколько мгновений ускорило неминуемый взрыв реактора, но факт остается фактом - аварийная защита взорвала реактор!
Воздействие радиации на человека
Чем же так опасны техногенные ядерные катастрофы (не говоря уже о ядерном оружии)?
Помимо высвобождения колоссального количества энергии, что приводит к большим разрушениям, ядерные реакции сопровождаются радиационным излучением и, как следствие - радиационным заражением местности.
Чем же так вредна радиация для живого организма? Не приноси она такого вреда всему живому, то об аварии на ЧАЭС все бы уже давно забыли, а атомными бомбами швырялись бы налево и направо.
Радиация разрушает клетки живого организма двумя способами:
- вследствие нагрева (радиационный ожог);
- вследствие ионизации клеток (лучевая болезнь).
Радиоактивные частицы и сама радиация обладают высокой кинетической энергией. Радиация порождает теплоту. Эта теплота по аналогии с солнечным ожогом вызывает радиационный ожог, разрушая ткани организма.
Ионизация клеток живого организма происходит вследствие столкновения с высококинетическими радиоактивными частицами, в результате чего из "нормальной" клетки "выбиваются" электроны, что приводит к разрушению клеток - они превращается в ионы. Ионизация ослабляет связи и приводит к повреждению или мутации клеток живого организма. Ничего не поделать - все мы состоим из атомов :)
