4. Что произошло на 4-м энергоблоке

Если поглощающий стержень извлекается вверх из активной зоны, то на его место втягивается снизу т. н. вытеснитель — своего рода габаритный макет поглощающего стержня, имеющий алюминиевую оболочку и графитовое наполнение. Этот вытеснитель занимает собой объем канала, не давая охлаждающей воде заполнить канал и оставляя ей только тонкий зазор по стенкам. Применение вытеснителя было вызвано желанием улучшить размножающие свойства активной зоны, разместив в освободившемся канале графит и вытеснив воду, которая рассматривалась как поглотитель. В принципе, разумное решение, но характерной особенностью подобного вытеснителя являлось то, что он был короче поглощающего стержня, не перекрывал полную высоту активной зоны, – и выше и ниже вытеснителя оставались участки воды высотой по 1.25 м и больше. Когда поглощающий стержень начинает движение вниз из крайнего верхнего положения, то вытеснитель, идя вниз, в верхней части активной зоны освобождает место для поглощающего стержня, а в нижней части – сам занимает место водяного столба. Замена в нижней части активной зоны воды на графит, т. е. поглотителя нейтронов на замедлитель, улучшала размножающие свойства в нижней части реактора, что вызывало всплеск мощности. (По-видимому, существование наполненных графитом вытеснителей и породило у ряда авторов и у публики представление о том, что реактор управляется с помощью неких «графитовых стержней». Нет, реактор управляется с помощью стальных боросодержащих стержней.)

Вытеснитель в активной зоне при полностью извлеченном поглощающем стержне. Из открытых источников

Это явление – кратковременное увеличение реактивности и мощности в нижней части реактора при начале движения полностью извлеченных управляющих стержней – получило название «концевого эффекта».

Подобный всплеск мощности неоднократно наблюдался на разных энергоблоках РБМК. Особенно тяжелые последствия он вызвал на Ленинградской АЭС 30 ноября 1975 года.

Концевой эффект на Чернобыльской АЭС, проявившийся в первые секунды хода стержней аварийной защиты, и вызванный им всплеск мощности в нижней части реактора вызвали заполнение паром технологических каналов по всей высоте активной зоны, увеличение коэффициента размножения и объемный рост мощности, с которым опускаемые стержни уже не справлялись.

5. Дочернобыльская авария и решения проблемы всплеска мощности

Положительный паровой эффект реактивности и его частное проявление – концевой эффект, всплеск мощности при начале работы аварийной защиты – выявились вскоре после пуска первого энергоблока с реактором РБМК-1000, состоявшегося 22 декабря 1973 года на Ленинградской АЭС.

Без малого через два года, 30 ноября 1975 года, на ЛАЭС произошла авария с разгерметизацией одного технологического канала и выходом активности в окружающую среду – в результате всплеска мощности при глушении реактора аварийной защитой. В ходе подъема мощности после кратковременной остановки реактор дважды пытался превысить допустимую скорость набора мощности, но останавливался действием защиты. По достижении 800 МВт тепловой мощности, т. е. трети от номинальной, последовал наброс мощности – в течение 10÷20 с реактор сам набрал дополнительно 100 МВт. После чего было принято решение глушить его – были опущены стержни автоматического регулирования и нажата кнопка «Аварийная защита-5». При начале хода стержней аварийной защиты последовал новый всплеск мощности, в результате которого оказались разгерметизированы несколько топливных сборок и один технологический канал.

Это был первый звонок. Последовавшая за ним попытка конструкторов укротить положительный всплеск реактивности была с физической точки зрения вполне обоснованной, но – не доведенной до конца.

Поскольку при выбранном шаге решетки вода выполняет роль поглотителя нейтронов, и поскольку броски реактивности и мощности вызваны колебаниями количества этого подвижного поглотителя, то нейтрализовать или хотя бы снизить этот эффект можно введением в активную зону поглотителя постоянно присутствующего. В качестве такового решено было использовать часть управляющих стержней. В регламенте записали: в зоне должно находиться не менее 15 стержней. Увеличение количества железа и бора в активной зоне компенсировали увеличением обогащения ядерного топлива.

Но! Нигде, ни в каком документе не объяснили, чем подобное положение регламента вызвано, нигде не объяснили, что при полном извлечении стержней паровой эффект проявляется во всей красе, и реактор становится способным к разгону и взрыву.

В ночь на 30 ноября 1975 года реактор на ЛАЭС не взорвался только потому, что старший инженер управления реактором (СИУР), Михаил Павлович Карраск, перед тем как нажать кнопку аварийной защиты, поочередно опустил в активную зону 12 стержней автоматического регулирования. Такого количества введенного железа хватило, чтобы уберечь реактор от взрыва, но оно оказалось недостаточным для полного подавления концевого эффекта.

В ночь на 26 апреля 1986 года СИУР 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС Леонид Федорович Топтунов нажал кнопку аварийной защиты, не имея в активной зоне ни 15, ни даже 12 стержней.

Нарушил ли он регламент, извлекая стержни? Однозначного ответа на этот вопрос нет до сих пор. Но пусть нарушил, пусть реактор находился в нерегламентном состоянии. Почему это нерегламентное состояние было названо крайне маловероятным, – таким, что и представить себе невозможно? Точно в таком же состоянии и почти на таком же уровне мощности находился реактор Ленинградской АЭС 30 ноября 1975 года.

Фактом остается то, что выходу из этого нерегламентного, но известного и однажды уже имевшего место состояния персонал на ЧАЭС не учили. Тому, что перед вводом аварийной защиты необходимо поочередно ввести в активную зону стержни и автоматического, и ручного регулирования, а с учетом опыта – не 12, как это сделал Михаил Карраск, а все, какие есть в наличии, – этому на ЧАЭС не учили ни 26-летнего СИУРа Топтунова, ни директора Виктора Петровича Брюханова, который и сообщил об этом на заседании Политбюро 3 июля 1986 года.

Об аварии на ЛАЭС ни им, ни кому бы то ни было ни на одной атомной станции Советского Союза, никто никогда не рассказывал.

Обмен информацией об опыте эксплуатации между Минсредмашем, в ведении которого находилась Ленинградская АЭС, и Минэнерго, в ведении которого находились остальные станции, был заблокирован по инициативе руководства НИКИЭТ – предприятия-главного конструктора реактора РБМК. Но бывший директор, ныне научный руководитель НИКИЭТ Евгений Олегович Адамов уголовниками до сих пор считает работников ЧАЭС.

Вторым звонком был всплеск положительной реактивности при останове реактора на Игналинской АЭС в Литве в 1983 году.

После Чернобыля в качестве постоянно присутствующего поглотителя, нейтрализующего колебания количества воды, используют втулки из стали с борными добавками, размещенные в части технологических каналов, из которых извлечено ядерное топливо. Нажатием кнопки с пульта СИУРа они, в отличие от стержней СУЗ, не извлекаются.

В реакторе 5-го энергоблока Курской АЭС, однотипной с Ленинградской и с Чернобыльской, количество графита было уменьшено за счет того, что у графитовых блоков, по прежнему имеющих шаг 25 см, обрезали углы и высверлили в блоках сквозные вертикальные отверстия.

Графитовая блок и кладка реактора РБМК-1000 5-го энергоблока Курской АЭС с уменьшенным количеством графита. Канальный ядерный энергетический реактор РБМК. Под общ. редакцией Ю. М. Черкашова. М.: ГУП НИКИЭТ, 2006.

Во вновь разработанных проектах водо-графитовых реакторов типа МКЭР – модульный канальный энергетический реактор – шаг графитовой решетки уменьшен до 23 см.