К-19. Рождающая мифы - Владимир Ильич Бондарчук
Комбинация таких параметров как давление, температура и расход теплоносителя, мощность реактора определяет критическую тепловую нагрузку на твэл. Минимальное значение критической тепловой нагрузки не намного превышает максимальную теплонапряженность твэлов. Уменьшение значения этой нагрузки приводит к пережогу твэлов.
Вторая стадия развития теплотехнической аварии начинается с момента достижения в активной зоне температуры плавления ядерного топлива.
Расплавление активной зоны ядерного реактора — неофициальный термин, обозначающий тяжелую аварию, в результате которой ядерное топливо в реакторе расплавилось. С расплавлением ядерного топлива связано еще одно извращенное понятие о природе ядерных реакций.
Теперь уже не выяснить, кто первым и когда сделал паническое предположение, что при расплавлении ядерного топлива в реакторе есть возможность образования вторичной критической массы, и произойдет ядерный взрыв. Рисуется леденящая душу картина: тепловыделяющие сборки оплывают, подобно восковым свечам, расплавленный металл с ядерным топливом стекает вниз реактора. И вот без всплеска к расплавленному массиву присоединяется последняя капля расплавленного топлива и… на месте реактора вырастает атомный «гриб» взрыва.
С понятием расплавления активной зоны реактора связано еще одно паническое предположение развития ядерной аварии, именуемое «китайским синдромом». Появился он после аварии на американской АЭС «Три Майл Айленд», на которой в 1979 году произошла ядерная авария с частичным расплавлением ядерного топлива. Событиям, произошедшим на этой станции, посвящен американский фильм «Китайский синдром».
Существует теоретическая, хотя и маловероятная возможность того, что при расплавлении ядерного топлива температура расплава будет настолько высокой, что он прожжет корпус реактора и фундамент. Крайне малая вероятность такого события насмешливо подчеркивается названием «китайский синдром», произошедшим от шутки, что при тяжелой аварии на американской АЭС расплавленное топливо способно прожечь всю Землю и достать до Китая, находящегося на противоположной от США стороне земного шара.
Но, как говорится, в каждой шутке есть доля правды. И академик Евгений Павлович Велихов отнесся к этому синдрому весьма серьезно.
Прибыв в Чернобыль, он перед физиками-ядерщиками Института атомной энергии им. И.В. Курчатова поставил вопрос: может ли расплавленное топливо в разрушенном реакторе проплавить все конструкции и уйти в землю?
Физики подумали, посчитали и дали уклончивый ответ — потенциально возможно, хотя маловероятно. Чернобыльская авария тоже считалась явлением маловероятным и, тем не менее… Судьбу не стали испытывать, и под 4-м энергоблоком шахтеры установили плиту-ловушку.
Если при расплавлении ядерного топлива ядерный взрыв невозможен, проплавление корпуса реактора маловероятно, то расплавление ядерного топлива в энергетических реакторах однозначно приводит к пароциркониевой реакции. Как уже отмечалось, в таких реакторах оболочки твэлов изготовлены из циркония или его сплавов. При высоких температурах происходит термохимическое взаимодействие водяного пара с цирконием. Пароциркониевая реакция сопровождается в основном следующими эффектами: интенсивным выделением тепла при высоких температурах, выделением водорода, изменением физических свойств материала оболочки твэл, ее охрупчиванием и разрушением. Выделение тепла при пароциркониевой реакции становится доминирующим фактором, определяющим разогрев активной зоны.
Но самую большую опасность для реакторной установки представляет водород, который вместе с кислородом воздуха образует «гремучую смесь», отличающуюся повышенной взрывоопасностью.
Взрывом «гремучей смеси» был разрушен корпус реактора и часть здания 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС. Результаты пароциркониевой реакции ярко проявились в аварии на японской АЭС Фукусима-1 в марте 2011 года. После остановки реакторов прекратилось охлаждение их активных зон. В результате пароциркониевой реакции образовавшийся водород вместе с паром скопился в гермовыгородках реакторов. При стравливании пара из гермовыгородок произошли взрывы водорода, разрушившие часть сооружений. Сами реакторы от взрывов не пострадали. Хотя такая оценка весьма условная. Даже если и удается предотвратить взрыв водорода, как это сумели сделать на американской АЭС «Три Майл Айленд», что практически предотвратило выход радиоактивных материалов за пределы блока, то главную опасность для ликвидаторов аварии представляет реактор с расплавленным внутри топливом.
Предварительная оценка затрат на очистку корпуса реактора вызывает встречный вопрос — целесообразно ли восстановление реактора и возвращение его в эксплуатацию или лучше захоронить, что тоже связано с большими затруднениями.
Для реакторов атомных подводных лодок расплавление активной зоны не являлось столь катастрофическим явлением, как для энергетических реакторов большой мощности. При невозможности выгрузки из реактора поврежденных ТВС выгружалась вся выемная часть активной зоны и захоранивалась в береговых хранилищах. При очень неблагоприятной радиационной обстановке — выгружался аварийный реактор и топился в море. В иных случаях вырезали весь реакторный отсек и хоронили на дне моря. При необходимости затопили и аварийную лодку К-27. Как говорится, можно было спрятать концы в воду. Но аварийных реакторов у нас оказалось столько много, что стало уже невозможным все их упрятать в море. Мировая общественность зароптала.
На атомном подводном флоте Советского Союза произошло 18 ядерных аварий: 6 аварий реактивностного типа и 12 теплотехнических.
Реактивностные аварии произошли на лодках:
Авария реактора левого борта на К-19 в 1960 году отнесена к аварии реактивностного типа, хотя фактически на ней произошла рективностная авария «наоборот» — реактор невозможно было вывести в надкритическое состояние. КР закусило на твэлах, и ее перемещение в активной зоне привело бы к их механическому повреждению. Дальнейшая эксплуатация этой активной зоны была невозможной, и ее пришлось выгрузить. При этом пришлось заменить и всю внутренность реактора с деформированной компенсирующей решеткой.
Авария на К-222, собственно говоря, получилась не совсем ядерной. Началась она по признаку реактивностной — произошел несанкционированный пуск реактора, однако активная зона не пострадала. Завершилась авария как радиационная, с нарушением целостности 1-го контура, что, однако, не вызвало развития теплотехнической аварии.
Теплотехнические аварии произошли на лодках:
Последние две аварии произошли на подводном флоте Российской Федерации.
Рассказ о ядерных авариях, произошедших на атомных подводных лодках, не является темой данного повествования. Заинтересованный, неравнодушный читатель, ознакомившись с весьма обширным перечнем ядерных аварий на подводном флоте, не может не задаться вопросом — по какой причине происходило такое массовое истребление активных зон? Кто виноват — обслуживающий персонал или конструкторы реакторов? И какие были последствия произошедших аварий?
Реактивностные аварии могут произойти и происходили по вине обслуживающего персонала из-за случайных ошибок, связанных с низкой профессиональной подготовкой, неправильной оценкой ситуации или преднамеренных нарушений технологии работ с активными зонами без анализа возможных последствий.
Теплотехнические аварии происходят из-за нарушения теплообмена в активной зоне. Причиной нарушения теплообмена может быть: ошибка в теплотехническом расчете активной зоны, ошибка при проведении теплофизических измерений в процессе эксплуатации активной зоны или, что чаще всего случается, невозможность организации циркуляции теплоносителя штатными средствами по причине
