Экспериментальное изучение разрушенного реактора.(Часть 1)

Авария. Первые впечатления. Первые задачи.


26.04.86 первых пострадавших в аварии на ЧАЭС доставили в Москву в больницу № 6. Из аэропорта их везли в автобусах, реанимобилях, машинах скорой помощи – и весь этот транспорт (сиденья, подлокотники, спинки кресел – можно сказать, целиком) оказался загрязнен радиоактивной пылью в такой степени, как внутренняя поверхность горячей камеры после разделки активного образца. Машины загнали на территорию нашего отделения исследовательских реакторов и реакторных технологий для проведения дезактивации – дело в том, что наш отдел радиационного материаловедения по характеру своих исследований реакторных материалов более других работал с высокоактивными образцами- свидетелями, облученным графитом, твэлами, аварийными конструкционными элементами и был в Институте производителем основного количества радиоактивных отходов (примерно, процентов 80).

Поэтому у нас был наибольший опыт работы с открытыми источниками, наибольшее число профессионально подготовленных специалистов. Сразу же ночью наши дозиметристы были вызваны на работу и приступили к дезактивации транспорта. Они первыми в нашем отделении (не считая руководства) узнали, что на ЧАЭС произошла авария, и утром в понедельник 28.04.86 от них об этом, естественно, узнали остальные сотрудники. Официальных сообщений не было до 30 апреля – Оперативная группа Политбюро ЦК КПСС утвердила текст первого правительственного сообщения для опубликования в печати только 29 апреля, а наши сотрудники, сменяя друг друга, уже фактически включились в ликвидацию последствий аварии.

День за днем из больницы № 6 к нам поступали радиоактивные личные вещи пострадавших, белье, обувь – для упаковки и отправки на захоронение в качестве не производственных, но, тем не менее, радиоактивных отходов. В этой благородной грязной работе участвовали все, без исключений, сотрудники отделения. Были составлены сменные графики, но работы было столько, что и в праздничные, и в выходные дни работа не прерывалась. Объем отправляемых через нас на захоронение вещей, говорил о беспрецедентном масштабе производственной аварии.

Возникало ощущение из ряда вон выходящих трудностей на блоке, и из чувства человеческой и профессиональной солидарности хотелось быть максимально полезным. Белую зависть вызывали сотрудники нашего отдела Ф.Ф. Жердев, Б.А. Гурович и Б.М. Внуков, которые уже работали на крыше 3-го блока, собирая для материаловедческих исследований высокоактивные фрагменты разрушенной активной зоны, хранящие в себе результаты происшедших аварийных процессов: диспергирования ядерного топлива, сублимации оболочек твэлов, разрушений циркониевых труб технологических каналов (ТК), диффузии продуктов деления в графите кладки.

В начале мая я обратился к В.А. Легасову , в то время первому заместителю директора ИАЭ по научной работе, с просьбой командировать меня на ЧАЭС. Когда я сказал об этом моему отцу, следившему за сообщениями в газетах и по телевидению, он удивился: зачем? ведь там уже все в порядке! Что бы он сказал, читая газеты двенадцать лет спустя о предстоящем ядерном взрыве 4-го блока в сто раз более мощном, чем в 1986 году?

По поручению В.А. Легасова мне был предоставлен американский шпионский прибор (так он назывался: HEAT SPY PHOTO-SCAN INFRARED THERMOMETER PS-1000), с которым я должен был зависать на вертолете над аварийным блоком на высоте 150-200 метров и попытаться дистанционно измерить температуру в районе шахты реактора и развала. Какая реальная радиационная обстановка на этой высоте над блоком достоверно не знал никто, предполагалось, что примерно 240-260 Р/ч и что работу можно выполнить минут за 15-20. Внутренне я ориентировался как бы на военную аварийную дозу и никакого беспокойства не испытывал. Однако не было известно, как прибор сможет работать в условиях реальных радиационных полей над блоком. Необходимо было провести радиационные испытания прибора в горячей камере нашего отдела радиационного материаловедения.

Это были напряженные дни: дезактивация медицинского транспорта и упаковка радиоактивных вещей из шестой больницы – это святая обязанность всех, плановые работы никто не отменял, а то, что кому-то нужно провести испытания прибора – это было очевидно личное дело, но возражений не было. Со всего здания надо было стаскивать свинцовые кирпичи, мастерить свинцовый домик, договариваться об источнике ( испытания проводили с кобальтовым источником). Термометр PS-1000 был предназначен для работы с фотоаппаратом POLAROID и с плечевой видеокамерой, что позволяло наглядно установить величину мощности дозы, еще не искажающей кривую распределения температуры в плоскости сканирования как без свинцовой защиты, так и при различной ее толщине.

Когда испытания были закончены, надо было решить, с каким аппаратурным комплексом и каким образом удобнее работать на борту вертолета. Примерка на вертолетном поле в Жуковском показала: никаких опасений, что может что-то не получиться в воздухе, не возникает. Однако желающих работать с вертолета было больше, чем мест в нем. Лететь в Киев пришлось самолетом Минэнерго, дальше на "Ракете” по Днепру и Припяти. Смешно вспоминать, но я из Москвы тащил в руках приборы в свинцовой защите, а, оказавшись в Чернобыле, увидел повсюду рулоны листового свинца – выбирай, какой тебе нужен. Но дело уже было сделано – в Чернобыль я притащился со своим свинцом.

Конечно, уговорить вертолетчиков остановиться, зависнуть над блоком было невозможно: пролететь сорок раз рядом – пожалуйста, а остановиться над – избави бог. И все-таки провести измерения удалось. Но результат был неожиданным: в районе шахты реактора в центральном зале (ЦЗ) температура была не выше 24 градусов Цельсия, а внешняя поверхность строительных конструкций имела температуру примерно градусов 35, как и температура воздуха. Если внутри что-то плавится или горит, должны же быть хотя бы горячие конвективные потоки воздуха? Были выполнены десятки облетов блока – может быть, хоть под каким-нибудь углом удастся наткнуться на что-нибудь теплее человеческого тела. Все безрезультатно. Была надежда, что, может быть, ночью, когда поверхность здания остынет, проявятся температурные контрасты и удастся обнаружить более горячие пятна, горячие восходящие потоки.

Действительно, ночью температура поверхности строительных конструкций опустилась до 14-15 градусов Цельсия, но шахта реактора, как и днем, имела температуру всего 24 градуса. Конечно, по-прежнему, было невозможно уговорить вертолетчиков зависнуть непосредственно над блоком, и мы ходили кругами, проводя сканирование под всевозможными углами. Результат был один и тот же. Очень хотелось обнаружить хоть какой-нибудь высокотемпературный очаг – для чего же летел в командировку? Тщетно. Может, это не шпионский прибор, а американский прибор-дезинформатор? Проверка проста: достаточно навести прибор на лицо человека – примерно 36,6 градусов, как и должно быть, на месте. Навожу на блок – опять двадцать пять, точнее, 24 градуса. Видимо, надо попробовать поработать с прибором внутри блока и в развале у стены блока – может быть, там удастся обнаружить что-то горячее?


Гипотезы.


До начала каких-либо исследований на блоке, было сделано предположение, что, если даже активная зона непоправимо разрушена, но она все же на своем месте, в шахте реактора, и, по меньшей мере, 95% ядерного топлива, соответственно, там же, допускалась мысль, что до 1% топлива может быть в помещениях главных циркуляционных насосов (ГЦН) и блока В, до 1% – в завале у баллонов системы аварийного охлаждения реактора (САОР), до 1% – рассеяно по поверхностям кровли машзала, блоков В и Д, а также ЦЗ.

Согласно этой экспериментально не обоснованной гипотезе считалось, что в остальных помещениях (в том числе, в подаппаратном помещении, парораспределительном коридоре (ПРК), бассейне-барботере, 304/3, 301/5, 301/6) топливо отсутствует. И примерно 3% вылетело на промплощадку и за ее пределы. В то время господствовала гипотеза "китайского синдрома” (по названию американского кинофильма), согласно которой предполагалось, что активная зона разрушенного реактора за счет остаточного тепловыделения ядерного топлива может расплавиться, образовав, как тогда говорили, "раскаленный кристалл” массой в несколько сотен тонн, способный прожечь межэтажные перекрытия здания блока и опуститься в воду бассейна-барботера системы локализации штатных аварий.

Считалось, что в таком случае должно произойти взрывообразное парообразование, в результате которого уж точно разнесет все здание. Никакие расчеты, конечно, этого показать не могли, это противоречило и наблюдениям погружения раскаленной вулканической лавы в океан, когда не образуется даже пара. Но это было авторитетное мнение, из-за которого Правительственная Комиссия требовала как можно быстрей спустить воду из бассейна-барботера, и 7-8-го мая вода была спущена.

После чего ожидалось, что без воды "раскаленный кристалл” проплавит фундамент, и тогда ядерное топливо с высокоактивными продуктами деления достигнет грунтовых вод. В качестве превентивной меры было принято решение соорудить под фундаментом охлаждаемую приемную железобетонную плиту. С другой стороны, чтобы охладить "кристалл” в зародыше, с 27 апреля по решению Правительственной Комиссии сбрасывались с вертолетов материалы (в частности, свинец), предназначенные при их расплавлении обеспечить охлаждение активной зоны отводом теплоты фазового перехода, а заодно стать и защитой от излучений продуктов деления ядерного топлива.

Была создана теория фильтрующего слоя, которая, по мнению авторов, "полностью объясняет все явления, которые происходили в реакторе после аварии”. Работы под и над 4-м блоком шли полным ходом, значит, считалось, что расплав еще не достиг фундамента, и был шанс обнаружить где-нибудь повышенную температуру. Конечно, не могло быть и речи, чтобы забраться в шахту реактора или подаппаратное помещение, хотя сейчас ясно, что это можно было сделать.

Но тогда все-таки удалось облазить помещения двигателей ГЦН 402/3 и 402/4, соединяющий их коридор 406/2, заглянуть с северо-востока в коридоры обслуживания на 9-й отметке 301/7 и 301/6, и хотя до подаппаратного помещения и шахты реактора оставалось метров 10-15, шпионский прибор не показывал повышения теплового фона – температура здания внутри была 17-20 градусов.

С вертолета в шахте реактора было экспериментально определено 24 градуса – значит, там было все-таки теплее, но считать это "раскаленным кристаллом” не было оснований. Хотелось удостовериться, что ядерное топливо горячее, и для этого с американским инфракрасным термометром я облазил завалы у западной и северной стен – радиационный фон был высокий, а ожидаемой высокой температуры не было. Не было повышенной температуры и в завале в транспортном коридоре 061/2. В бассейне-барботере на нижнем этаже между паросбросными трубами лежала краснокоричневая куча чего-то вроде глины – что это такое и откуда взялось в барботере было не понятно, но потолки были целы и невредимы, температура – как везде. Можно было подумать, что "раскаленный кристалл” до барботера еще, видимо, не опустился.

Годы спустя мы осознали, что эти "кучи глины”, как мы назвали их в первых картограммах и как это вошло в последующие публикации, являются расплавленными и застывшими топливосодержащими массами, но уже тогда они были холодными, и, как стало ясно позже, расплав попал в барботер до спуска из него воды, и ни к каким разрушительным последствиям это на самом деле не привело. На самом деле, и не могло привести, и лихорадка со спуском воды из барботера была актом перестраховки от незнания и непонимания, а вовсе не вынужденной мерой.


Результаты изучения разрушенного реактора.


Многолетние исследования внутри 4-го блока заставили пересмотреть многие гипотезы, возникшие a priori, подвергнуть сомнению физическую обоснованность гипотетических опасностей (возможность ядерного взрыва после аварии, возможность проплавления перекрытий, пожара в шахте реактора и т.д.) и, соответственно, целесообразность многих инженерно-технических решений.

Тепловые измерения прибором PS-1000 не приносили положительных результатов, и я с радостью воспользовался предложением включиться в радиационную разведку и визуальное обследование помещений. Тем более, что этим занимались опытнейшие прибористы, специалисты по радиационной безопасности и радиационной защите Михаил Сергеевич Костяков и Владимир Иванович Кабанов. Спокойное мужество, профессионализм, надежность – их характерные черты, которые создают комфортные условия для ведомых. Мне было очень приятно работать с ними. Позже мне довелось самостоятельно работать почти во всех помещениях блока, но вторым быть в сто раз легче, а первыми (для меня) были они. Думаю, мне здорово повезло, что меня учили и вели такие замечательные люди.

Мы верили, что сможем найти ядерное топливо внутри 4-го блока, и методично, последовательно, ежедневно обследовали помещение за помещением, приближаясь к шахте реактора, но в явном виде топлива все не находили.

Вертолетчики провели операцию "Игла” – согласно заданию в шахту реактора необходимо было опустить 18-метровую трубу с температурными и гамма-датчиками. Об этом писали газеты летом 1986 года. Провели измерения температуры и мощности дозы прямо на борту вертолета. Протоколы измерений можно увидеть и сегодня, и, как сказано в "Проекте захоронения 4-го блока ЧАЭС”, "по результатам измерений "иглой” радиационных полей внутри активной зоны были произведены оценки, показавшие, что в шахте реактора находится наибольшее количество топлива, оставшегося в энергоблоке и оно составляет от 10 до 30% от полной загрузки топлива”. Однако обследование центрального зала два года спустя показало, что "Игла” не попала в шахту реактора, а была опущена в пустой северный бассейн выдержки, в котором ни до, ни после аварии не было топлива вообще.

Визуальным обследованием шахты реактора было установлено, что она практически пуста. Т.е. кое-что в ней, конечно, есть: фрагменты монолитных железобетонных стен центрального зала (одна плита размером примерно 5х8х1,2м, другие чуть поменьше) – но активной зоны нет. Нет и вертолетной засыпки – крыша машзала "разбомблена”, перекрытия помещений барабан-сепараторов завалены свинцовыми чушками, есть они даже на венттрубе между третьим и четвертым блоками, более того, крышу центрального зала 3-го блока удалось проломить вертолетной засыпкой, а шахта реактора 4-го блока пуста и фильтрующего слоя никакого нет – желающие могут и сегодня подойти и убедиться в этом воочию.

Была создана замечательная математическая модель фильтрующего слоя, которая по мнению авторов и рецензентов, правильно предсказала "все нюансы дальнейшего поведения запертого в саркофаге чудовища”, а самого фильтрующего слоя нет и фильтровать, как оказалось в действительности, нечего. В заключении "О достоверности предсказаний математического моделирования” теоретики отметили, что "доверять авторитетам в данном случае нельзя”. Это в полной мере подтвердилось при экспериментальном изучении 4-го блока.

В результате очень трудных многолетних исследований внутри 4-го блока были установлены факты, характеризующие процессы разрушения реактора и здания более конкретно и непредвиденно :

- бак боковой биологической (схема Л) почти полностью сохранил воду, внутренняя обечайка повреждена в очень малой степени;
- выплавлена или выжжена четверть (юго-восточный квадрант) опорной плиты (схема ОР), которая во время аварии опустилась почти на 4 метра от штатного положения;
- ниже штатного положения схемы ОР наблюдаются следы воздействия высокотемпературного (газового или плазменного) потока на элементы конструкций: расплавлена на высоте примерно три-четыре метра от пола вертикальная часть металлоконструкции южной опоры (марка С-4), выплавлена ниша в бетонной стене подаппаратного помещения, аблированы и вбиты между трубопроводов нижних водяных коммуникаций (НВК) графитовые блоки кладки активной зоны, как бы обрезаны и оплавлены газовым резаком трубопроводы НВК и стальная облицовка стен, хотя на расстоянии 10-15 см от оплавленного места краска цела,- по-видимому, процессы расплавления, перегрева были кратковременны и локальны;
- расплавленные массы (в т.ч. металл) растеклись по подреакторным помещениям и через паросбросные клапаны и трубы , не прожигая, не проплавляя перекрытий, попали в ПРК и бассейн-барботер;
- южная железобетонная стена подаппаратного помещения проломлена, и через пролом расплавы попали в технологические помещения на отметке 9,0 м (304/3, 303/3, 301/5, 301/6), и далее на отметку 6,0 м (помещение 217/2);
- железобетонные плиты, попавшие в шахту реактора пока схема Е (верхняя крышка реактора) находилась в воздухе и оказавшиеся на целой тепловой защите схемы ОР вместе со стальной облицовкой, сохранили прочность и окраску,- это значит, что испытать температуру более 250 градусов в шахте реактора им не пришлось;
- металлоконструкция поддержки гравийной засыпки между внешней обечайкой схемы Л и бетонной шахтой цела, т.е. сырьем для расплава была, главным образом, проектная засыпка (щебень и галь) схемы ОР и, в незначительной части, бетон строительных конструкций подаппаратного помещения;
- стеновые блоки сепараторных боксов (нижний ряд) выброшены в ЦЗ, стеновые блоки верхнего ряда отклонены наружу от ЦЗ вплоть до горизонтального положения;
- часть графита (около 10%) была выброшена на кровли 3-го блока, блока В и промплощадку;
- зафиксирована дальность разлета фрагментов активной зоны до 1,2-1,6 км от оси реактора;
- часть разорванной обечайки кожуха активной зоны приземлилась в ЦЗ;
- сохранившиеся у восточной стены ЦЗ стальные опорные фермы кровли изогнуты в горизонтальной плоскости, максимум прогиба смещен к северной стене ЦЗ.

На основании анализа экспериментально установленных после аварии фактов, сопоставления их с хронологией процессов проводившегося в роковую ночь эксперимента на выбегающем турбогенераторе, была предложена внутренне непротиворечивая модель процессов развития аварии.



22.09.2017 Гость 0 1075