К-19. Рождающая мифы - Владимир Ильич Бондарчук
А вскоре на том же комбинате произошло новое происшествие. 21 апреля 1953 г. произошла самопроизвольная цепная ядерная реакция в… вентиляционном трубопроводе. В промышленной системе вентиляции за длительное время работы происходило неконтролируемое накопление урана-235. При случайном попадании воды в систему произошла самопроизвольная ядерная реакция. Пострадало 6 человек. Одна женщина получила 3000 рад и умерла через 12 дней.
Чаще всего самопроизвольные ядерные реакции в виде ядерной вспышки происходят на предприятиях ядерно-химического цикла по переработке ядерных материалов. Последняя произошла 30 сентября 1999 г. в японском ядерном центре Токаи Мура при изготовлении топлива из обогащенного урана. В результате нарушений правил произошла серия самопроизвольных ядерных реакций, продолжавшихся в течение 20 часов. Пострадало 3 человека. Два получили дозу в 10 и 20 Гр, третий — 4,5 Гр. Первые умерли через 82 дня, третий через 210 дней.
Условия для возникновения СЦЯРД могут возникнуть в хранилищах отработанного топлива. Военно-морской флот располагал двумя хранилищами для выдержки ОТВС: на Северном и Тихоокеанском флотах. Известны они как «хранилище № 5». Хранились ОТВС в бассейне в чехлах. В чехле находилось 7 ОТВС. Первые чехлы изготавливались из обыкновенной стали и за длительное время нахождения в воде сильно подверглись коррозии. В связи с аварией хранилища № 5 Северного флота, находившегося в бухте Андреева, потребовалось полностью разгрузить хранилище. В ходе этих работ выяснилось, что на дне бассейна образовался завал из сорвавшихся с подвесок чехлов. При разборке этого завала личный состав, работавший в хранилище, наблюдал в толще воды на дне бассейна вспышки зеленовато-грязного цвета. По-видимому, от длительного нахождения в воде разрушились оболочки некоторых ОТВС, и топливо осыпалось. При кантовании чехлов из рассыпавшегося топлива формировалась критическая масса, и происходили ядерные вспышки.
Управляемые цепные ядерные реакции деления осуществляются в реакторах в целях получения тепла. Ядерный реактор является основной частью установки паросилового типа, тепло которого передается рабочему телу для преобразовании тепловой энергии в механическую.
В принципе, ядерный реактор — это такой водогрейный котел жаротрубного типа, в котором отсутствует собственно топка, а источник тепла находится внутри трубок. Нормальная безаварийная работа котельной установки зависит от щадящего взаимодействия трех сред: огня, воды и металла. Залог устойчивой работы котельной установки — соблюдение теплового баланса между количеством тепла и количеством теплоносителя. Ядерному реактору присущи все пороки теплогенерирующего агрегата. Но у ядерного реактора есть специфическая особенность.
Ядерный реактор — такой теплогенерирующий агрегат, который при вполне нормальной работе является источником ионизирующего излучения и радиоактивных веществ. Такова его природа. Как любой тепловой агрегат, он имеет тепловую защиту, а как источник вредного для здоровья обслуживающего персонала излучения, окружен биологической защитой, снижающей величину этого излучения до безопасных пределов, и ограничивающей выход радиоактивных веществ.
Как любое техническое устройство, ядерная энергетическая установка «имеет право» на поломку и выход из строя отдельных агрегатов и систем. Но эти поломки отличаются тем, что с выходом их из строя нарушается безопасная связь обслуживающего персонала и ядерной энергоустановки. Нарушение этой безопасной связи определяется такими понятиями, как радиационная авария или ядерная авария. Радиационная авария — это нарушение пределов безопасной эксплуатации ядерной энергетической установки, при которых происходит выход радиоактивных материалов за предусмотренные границы в количествах, превышающих установленные для нормальной эксплуатации значения.
Ядерная авария — это авария, связанная с повреждением твэлов ядерного реактора и (или) облучением персонала, превышающим допустимые для нормальной эксплуатации значения.
Аварии с ядерными энергетическими установками (ЯЭУ), в зависимости от степени тяжести происходящих событий и последствий, бывают двух видов:
— аварии с атомными установками, в которых участвует оборудование, обеспечивающее работу ядерного реактора;
— ядерные аварии, влияющие на целостность активной зоны.
Ядерные аварии в свою очередь делятся:
— на реактивностные, связанные с несанкционированным развитием цепной ядерной реакции деления;
— теплотехнические, связанные с нарушением отвода тепла от активной зоны.
ЯЭУ — сложное инженерное сооружение, в котором работа всего оборудования настолько взаимосвязана, что отказ любого из них при определенных условиях может привести к ядерной аварии или усугубить ее.
Самая тяжелая, самая значимая, самая показательная авария, давшая ответы на ряд вопросов, которые невозможно получить экспериментальным путем, произошла 28 марта 1979 года на водо-водяном реакторе энергоблока электрической мощностью 961 МВт на АЭС «Три Майл Айленд» (г. Гарисбург, штат Пенсильвания, США). Начавшаяся с остановки конденсатного насоса во втором контуре, аварийная ситуация закончилась тяжелой ядерной аварией с расплавлением активной зоны. И это при наличии всех систем, предусмотренных для безопасной эксплуатации энергоблока.
В марте 2011 года весь мир был поражен аварией на японской АЭС Фукусима-1. Даже аккуратные и предусмотрительные во всем японцы не предусмотрели всех факторов, в том числе и природных, влияющих на безопасность реакторов. Проектировалась АЭС в 60-х годах, когда еще не стояла остро необходимость обеспечения безопасности реакторов системами пассивного типа, способными выполнить свои функции только за счет естественных, природных сил и явлений. На Фукусиме-1 все системы, обеспечивающие безопасность реакторов, строились на использовании электричества. Волна цунами разрушила всю электрическую систему станции, в том числе и аварийную дизель-генераторную установку. Реакторы были заглушены, но подавать воду для их расхолаживания было нечем.
При какой начальной ситуации не началась бы авария ЯЭУ — в итоге она завершится кризисом теплопередачи в ядерном реакторе. У теплогенерирующих аппаратов есть две беды: или много тепла, или мало воды. Для ядерных энергетических установок: много тепла — это реактивностная ядерная авария, мало воды — теплотехническая.
Ядерные аварии реактивностного типа проявляются в двух видах:
1. Разгон реактора — неконтролируемое развитие мощности реактора из-за грубой ошибки оператора, при этом возможно проявление недостатков в конструкции компенсирующих органов реактивности, которые влияют на физиконейтронные характеристики реактора.
2. Несанкционированный пуск реактора по причинам:
— сбой в системе управления реактором, находящимся в подкритическом состоянии;
— непреднамеренное принудительное извлечение из реактора компенсирующих органов управления.
Само определение ядерной реакции как реактивностная объясняет суть самой аварии — нарушение управления цепной ядерной реакции деления.
Чтобы управлять цепной ядерной реакцией, нужно иметь систему управления, способную среагировать на происходящие в реакторе изменения за время, сравнимое со временем жизни одного поколения нейтронов.
Более 99 % нейтронов испускаются непосредственно осколками деления в течение 1015… 1014 с после акта деления. Называются они мгновенными. Время жизни поколения нейтронов, рожденных мгновенно, составляет миллисекунды. Пока что невозможно создать такую систему управления ядерной реакцией, способной отреагировать за такое время.
Но существует группа нейтронов,
