Предшественикът


АЕЦ Чернобил в добрите си години

Реакторът

Авариралият в Чернобил реактор е тип РБМК-1000, т.е. канален, модериран от графит – охлаждан с вода, кипящ (BWR), едноконтурен. Активната зона представлява графитен цилиндър (около 2000 тона графит) с височина 7 метра и диаметър 11.8 метра.


Ядрените реактори съдържат няколко задължителни компонента:

  • Гориво – в съвременните реактори това са керамични таблетки от UO2.
  • Модератор – среда, която забавя неутрони и така прави възможно протичането на ядрените реакции.
  • Управляващи елементи – изработени са от материал, който поглъща неутрони и съответно гаси ядрените реакции (най-често от легирана с бор стомана).

РБМК произхожда от малък реактор от 50-те години за производство на оръжеен плутоний (239Pu) и е по-старият дизайн съветски реактори лицензирани за гражданска употреба. Към момента на аварията при планиране на нови мощности твърдата тенденция е към заместването му с другия тип (ВВЕР) – модерирани от вода реактори.

Особености на дизайна:

  • РБМК е канален реактор. При каналните реактори контейнер за урана и охлаждащата вода представлява сбор от много, но малки тръби (в случая на РБМК-1000: ~1600 от 10 цола, свързани в много сложна тръбопроводна система, изискваща трудоемка и квалифицирана поддръжка).
    При модерираните от вода реактори контейнер както за урана, така и за водата е един голям и скъп корпус.
    Каналната конструкция предлага уникалната възможност за извършване на профилактика и замяна на отработеното гориво без спиране на реактора (благодарение на независимостта на каналите). Реализацията на тази възможност при РБМК води до доста противоречиво решение за управляващите пръти. Вместо да са изцяло изработени от поглъщащ материал, първите метър и нещо от всеки прът са от графит. Ефектът е много неприятен – ако напълно извадени пръти започнат да се спускат в активната зона, първоначално те само избутват заелата каналите вода (която модерира и поглъща неутрони), замествайки я с графит (чист модератор). Противно на интуицията, при определено състояние на реактора (форма на неутронното поле) през това време реакторът допълнително се развърта.
  • РБМК е модериран от графит. Реакторите от този тип проявяват склонност към положителна реактивност (void coefficient, коефициент на размножение на неутроните) по отношение температурата на охладителя. Модерираните от вода реактори имат естествена отрицателна реактивност – с увеличаване на температурата вътре в реактора, водата се изпарява, забавянето на неутрони рязко намалява и съответно реактора се самозагася. При модерираните от графит реактори зависимостта е обратната (с повишаване на температурата реакторът увеличава мощността си). В работната област това може да се избегне, чрез подходяща стъпка на решетката на каналите. Чернобилския тип реактор, обаче е с положителна реактивност в зоната на работните режими при определени конфигурации от вкарани управляващи пръти и това не е било известно.
  • РБМК има ниска енергийна плътност и съответно висока топлинна инертност. За модерираните от графит реактори охлаждането е критично по принцип, но РБМК има уникалната способност да издържа при blackout след SCRAM до един час без охлаждане и без опасност от увреждане на горивото (meltdown).
  • РБМК е проектиран с много добър неутронен баланс, използва като гориво нискообогатен – 1.8% уран и има много нисък разход на природен уран.

Инцидентът


В продължение на няколко години чернобилското ръководство се опитва да прокара една рационализация, но към момента всички експерименти, които би трябвало да потвърдят желания ефект са се проваляли.
Проблемът според рационализаторите е, че поемащите собствените нужди на реактора резервни дизелови генератори, включващи се при липса на външно захранване (blackout) и спрян реактор, имат сравнително голямо време за развъртане – пълноценното включване на резерва отнема около една минута. Целта на заводското ТНТМ е намаляването на този празен период (напълно безсмислено от гледна точка на безопасността поради топлинната инертност на дизайна, но промоутирано точно като рационализация за повишаване на безопасността). Експериментът не е съгласуван нито с конструктора на реактора, нито с представителите на държавния ядрен регулатор (които имат постоянни предствители на територията на централата) под претекст, че е чисто електротехническо дело, без връзка с ядрената беопасност.
Физически експериментът може да се проведе само при спиране на реактора, събитие, което се случва веднъж годишно – оттам е натискът да бъде проведен на всяка цена при текущото планово спиране.

Едно денонощие преди спирането започва плавно намаляване на изходната мощност до 50% от номиналната, но понататъшното снижаване е отложено с няколко часа по нареждане на диспечер от електроразпределителното дружество и така специално подготвеният за действието персонал напуска централата. Междувременно рационализаторите са разчистили терена за неотвратимо провеждане на експеримента, което включва и пълното умъртвяване на системата за аварийно охлаждане на реактора (включително и физическо разделяне на двигателите от задвижките). На работа застъпва нощната смяна, която има само бегла представа за текущото състояние на блока.

Следва комедията. Според заданието реакторът трябва да се удържи на около 30% от номиналната мощност, но операторите го изпускат и той угасва до 2-3%. Експериментът следва да бъде прекратен при тези условия, защото реакторът вече се намира в зона на силна отрицателна реактивност – т.нар. йодна яма (натрупване на кратко живеещ изотоп на ксеон, който силно поглъща неутрони, т.е. реакторът се намира в състояние на ксеоново отравяне и не може да бъде развъртян). В този режим системата за автоматично управление (СКАЛА) не разрешава друго, освен окончателно спиране на реактора. Операторите натискат едно голямо червено копче (изключват СКАЛА) и изваждат всички контролни пръти извън активната зона в надежда да преодолеят отравянето и да развъртят отново реактора (N.B.: за осигуряване на минимален коефициент на реактивност регламентът предписва в работен режим наличието на поне петнадесет контролни пръта вътре в активната зона). Реакторът си трае известно време, след което рязко се отпушва и мощността му започва експоненциално да расте. В опит да го стабилизират операторите започват вкарване на всички контролни пръти обратно, но както казахме това има противоположен ефект първите няколко секунди – така за кратко време реакторът развива около 100 пъти по-висока от номиналната си топлинна мощност и се взривява.

Advertisements