Материал взят с https://geektimes.ru/company/ua-hosting/blog/274182/

«Если вы сможете использовать ядерно-физические открытия в мирных целях, это откроет путь в новый рай» — Альберт Эйнштейн

Атомная энергия позволяет расширить энергетические ресурсы, что способствует сохранению ресурсов органического топлива, снижает стоимость электрической энергии. Это важно для районов, которые удалены от источников топлива. Использование атомной электроэнергии может снизить загрязнение атмосферы. Ведь при работе АЭС не потребляют органическое топливо, а, следовательно, в атмосферу не выбрасываются окислы серы, азота, углекислый газ, что в свою очередь снижает парниковый эффект, который ведет к глобальному изменению климата.

6 апреля — 30 лет со дня аварии на ЧАЭС

26 апреля — известная дата. В этом году исполняется 30 лет с того момента, когда слово «Чернобыль» стало синонимом страшной техногенной катастрофы, экологической беды мирового масштаба. Последствия данной аварии ощутил весь мир.
Сейчас ЧАЭС остановлена, выполняются работы по выводу из эксплуатации, на промышленной площадке возведены обьекты по поведению с радиоактивными отходами, строится укрытие для отработанного ядерного топлива. Активно ведется сооружение нового безопасного конфайнмента для изоляции разрушенного энергоблока ЧАЭС от окружающей среды. Остаточным этапом преодоления последствий аварии должно стать создание инфраструктуры для переработки нестабильных конструкций и их демонтаж, удаление топливоемких материалов с обьекта «Укрытие» и их надежное захоронение.

Из развития советской атомной энергетики

Освоение атомной энергии в СССР началось еще в послевоенные годы, в Совнаркоме СССР было создано Первое главное управление, на него возлагалась обязанность создания атомной промышленности и координация ведущихся в стране научно-технических и инженерных разработок атомного оружия. В 1946 году Курчатов докладывает Сталину о возможности мирного использования атомной энергии. В конце того же года в Институте атомной энергии (изначально в Лаборатории № 2 Академии наук СССР), был осуществлен пуск первого в союзе и Европе атомного реактора Ф-1, через четыре года началось проектирование первой в мире атомной электростанции. Строительство таких станций решало такие проблемы как транспортировка топлива, давало много преимуществ — компактность оборудования, возможность создавать энергетические установки большой электрической единичной мощности, такие станции можно было использовать на подводных лодках, так как не было потребности в кислороде.
 

Все взялись за выполнение «плана». Были быстренько созданы — научная база, проектные конструкторские и строительные организации, промышленные предприятия. Появилась новая отрасль народного хозяйства — среднее машиностроение.

Обнинск. Небольшой зеленый городок неподалеку от Москвы стал столицей мирной ядерной энергетики, Меккой для ученых и журналистов всего мира. Подумать только: уран-235, который вспыхнул яростным, испепеляющим солнцем над Хиросимой, теперь мирно кипятит воду! Кипятит, превращает ее в пар, а тот обрушивается горячим потоком на лопатки турбин. И бежит по проводам ток, давая людям свет и тепло, а машинным мускулам — силу.

Первая атомная электростанция была сооружена в Обнинске (недалеко от Москвы) в 1954 году. Мощность ее была всего 5 МВт. Так началась новая эра — эра атомной энергетики. 

Программа развития атомной энергетики на 1956 год предвидела строительство в СССР атомных электростанций с суммарной мощностью 2175 МВт. 

Темпы развития атомной энергетики были изначально невысоки, так как внимание уделялось развитию гидравлической и тепловой энергетике. С 1948 по 1957 год в эксплуатацию были введены 9 промышленных реакторов, наработчиков оружейного плутония и одна опытно-промышленная АЭС. Активно занимались разработкой двухцелевых реакторов, которые могли бы вырабатывать энергию и нарабатывать плутоний. Были введены в эксплуатацию несколько опытных атомных энергетических установок малой мощности (как пример установка мощностью 750 кВт с реактором «АРБУС» Арктическая блочная установка). 

Арктическая блочная установка

В 1963 году была пущена атомная блочная реакторная установка «АРБУС» мощностью 750 киловатт — оригинальная по конструкции и первая в своем роде. Здесь роль замедлителя и теплоносителя неплохо исполняет газойль — дизельное топливо. Побывав в реакторе, оно в отличие от воды почти не заражается наведенной радиоактивностью.

Советское транзисторное устройство «Бета-1», как пример мелкой атомной установки для питания изолированных потребителей, применялась для радиометеорологической станции. В ней атомную энергию для непосредственного превращения ее в электрическую поставляло не деление урана или плутония, а бета-распад церия, помещенного в маленький контейнер. Преобразователь давал жизнь радиопередатчику мощностью в 150 ватт, которым была оборудована стандартная автоматическая метеостанция.

Начиная с 1957 года началось возведение гражданских атомных электростанций. Сооружались не только канальные промышленные уран-графитовые реакторы, но и водо-водяные реакторы под давлением. 

Следующий «план» развития данной отрасли предполагал строительство атомных электростанций общей мощностью в 11,9 тысяч МВт. До 1980 года планировалось увеличить мощности АЭС до 26,8 тысяч МВт., план развития атомной энергетики периодом на 1990 года подразумевал еще более высокую цифру — 100 тысяч МВт. В 1982 году было утверждено строительство 143 энергоблоков единичной мощностью 440, 500, 1000 и 1500 МВт. С уверенностью можно сказать, что в начале 80 годов в СССР атомная энергетика начала развиваться очень быстрыми темпами, мощность действующих АЭС с 1981 по 1985 год возросла на 125%. Авария на ЧАЭС заставила пересмотреть программу развития атомной энергетики…

АЭС различаются по типу реакторной установки и тепловой схеме. Схема энергоблока любой АЭС состоит из ядерного реактора, где энергия деления ядер урана или плутония передается теплоносителю, охлаждающему реактору, и силовой паротурбинной установке, где происходит превращение энергии пара в электрическую энергию.

В качестве замедлителя ядерного реактора на Первой АЭС был выбран графит, а вода — в качестве теплоносителя. Такой выбор стал результатом изучения различных типов ядерных реакторов: реакторов с водой под давлением (PWR), с кипящей водой (BWR), с газовым и натриевым теплоносителем. 

Уран-графитовые канальные реакторы, которые охлаждались кипящей водой, были экономичны. Такой тип реакторов электрической мощностью по 1000 и больше МВт известен как «советский тип». Другим типом, который лег в основу атомной энергетики СССР — корпусный реактор с водой под давлением ВВЭР (подобен PWR — энергетический реактор, использующий в качестве замедлителя ядерной реакции и теплоносителя обычную воду). Представителем реакторов советского типа является РБМК-1000 электрической мощностью 1000 МВт (например на Ленинградской АЭС им.В.И. Ленина).

ЛАЭС

Ленинградская АЭС расположена в 80 км западнее города Санкт‑Петербурга на побережье Финского залива в городе Сосновый Бор. На строительство ЛАЭС были брошены самые лучшие специалисты Минсредмаша, она должна была стать главной в серии возводящихся АЭС с реакторами РМБК. После утверждения технического проекта реактора РМБК — 1000, началось строительство станции (сентябрь 1967 год). В 1973 году реактор первого энергоблока был готов к запуску. В главном корпусе первой очереди ЛЭАС находятся два энергоблока электрической мощностью 1000 МВт с общим машинным залом и раздельными помещениями для реакторов, систем транспортировки топлива, пультов управления и общим помещением для газоочистки и очистки воды первого контура. В каждом энергетическом блоке — реактор РМБК — 1000 тепловой мощностью 3200 МВт с контуром конденсации и вспомогательными системами, паровой и конденсатно-питательный тракты и два турбогенератора мощностью по 500МВт. ЛАЭС — первая станция, использующая для охлаждения морскую воду. В 1975 году был запущен второй энергоблок и началось строительство второй очереди АЭС. В 1979 году- третий энергоблок, в конце 1980 года был осуществлен запуск реактора в четвертом энергоблоке. Общая электрическая мощность уже к августу 1981 года достигла 4000 МВт, благодаря чему ЛАЭС стала самой крупной АЭС в Европе такого типа.
 

Дорогие товарищи! Центральный Комитет Коммунистической партии Советского Союза поздравляет вас с большой трудовой победой завершением строительства и освоением в сжатые сроки проектной мощности в один миллион киловатт первого энергоблока Ленинградской атомной электростанции имени В. И. Ленина. Вашим героическим трудом созданы крупнейший в мировой практике энергетический атомный реактор, уникальные турбины и другое оборудование, которое воплощает последние достижения науки и техники и передового производственного опыта. Достижению успеха во многом способствовала большая организационная и политическая работа партийных, профсоюзных и комсомольских организаций по развитию социалистического соревнования и мобилизации трудящихся на выполнение заданий девятой пятилетки. Ввод в действие первого блока Ленинградской атомной электростанции им. В. И. Ленина – это большой вклад в дело претворения в жизнь планов развития атомной энергетики нашей страны. Центральный Комитет выражает уверенность, что участники создания Ленинградской атомной электростанции им. В. И Ленина обеспечат успешное строительство и ввод новых мощностей, умножат свой вклад в выполнение директив ХХIV съезда КПСС. Желаем вам, дорогие товарищи, новых успехов в труде на благо нашей социалистической Родины. Москва. Кремль.

На площадках станции было решено хранить ТВС и ОЯТ (тепловыделяющие сборки, отработавшее ядерное топливо) из-за отсутствия централизованных мест для хранения или захоронения отработавших ТВС с энергоблоков. Поэтому на площадках станций с реакторами РБМК были
возведены хранилища для отработавшего ядерного топлива. Такое «хранение» оказалось довольно таки «плачевным»: проектные емкости ХОЯТ (комплекс зданий и сооружений с бассейнами, имеющими автономные системы спецвентиляции, водоочистки и охлаждения), да и проектные емкости приреакторных БВ быстро заполнились.

Долгосрочной программой по увеличению производства электроэнергии было предусмотрено строительство АЭС с реакторами РБМК. В течение 10 лет после запуска первого энергоблока ЛАЭС в СССР было запущено 12 энергоблоков с РБМК-1000 на Курской, Чернобыльской и Смоленской АЭС.
К 1986 году было запущено 14 таких энергоблоков.

Стоит заметить, что при строительстве ЛАЭС был выдан приказ Славского согласно которому "… стоимость киловатта установленной мощности должна была задаваться в размере не более 180 рублей". Поэтому пришлось снизить стоимость проекта за счет отказа от создания систем обеспечения безопасности сверх необходимого минимума. Как результат — АЭС с РБМК-1000 на ЛАЭС (и все последующие проекты АЭС с этим типом реактора) просто — напросто в целях экономии не предусматривали защитной оболочки реакторной установки. Выходит что 200 тонн урана и более 1 тонны радиоактивных продуктов деления «располагались под открытым небом», ведь крыша реакторного отделения была по прочности такой же, как крыша обычного жилого дома.

«Репетиция» чернобыльской аварии в 1975 году

В 1975 году 28 — 30 ноября произошла серьезная радиационная авария на ЛАЭС. Персонал первого блока не справился с трудно регулируемым реактором, мощность в локальной области активной зоны увеличилась в несколько раз, температура выросла к 1600 С. В работе перед этим находился 1 турбогенератор, мощность реактора была на уровне 50% от номинала. Как и на ЧАЭС перед аварией мощность (из-за ошибки оператора) упала до нуля, ее стали сразу после этого поднимать. Аварийный процесс длился до нескольких часов во время подъема мощности с нуля до 1700 МВт, и было разрушено 30 ТВС, был разрушен только один канал. 

В аварии на ЛАЭС существенную роль играли нейтронно-физическая нестабильность в самой активной зоне, значительно меньшую — тепло-гидравлические процессы нестабильности во внешнем контуре охлаждения реактора (КМПЦ). 

«К счастью», были разрушены всего две стенки каналов, несущие давление теплоносителя. Во внешнюю среду было выброшено 1,5 млн Ки радиоактивности. Авария была скрыта, вместо того, чтобы всенародно признать опасность РБМК. Только в 1976 году первый раз об этой аварии было упомянуто на коллегии Министерства иностранных дел СССР, когда было сообщено о запросе правительства Финляндии и Швеции относительно увеличения радиационного фона над их территориями.

ЧАЭС

В 1967 году правительством СССР было принято решение о начале строительства Чернобыльской АЭС. Всего планировалось возвести 6 энергоблоков с уран-графитовым канальными реакторами большой мощности — РБМК. В 1972 году началось строительство первого энергоблока. Площадка в 4 км от села Копачи, на правом берегу реки Припять в 12 км от города Чернобыль была рекомендована Государственной комиссией для размещении АЭС. Для ЧАЭС (мощностью 2000 МВт) было разработано три варианта проекта: первый с применением реактора РБМК-1000, второй с применением газографитового реактора РК-1000, третий с применением реактора ВВЭР-1000. Изначально был выбран вариант с применением газографитового реактора, но позже его заменили на реактор РБМК-1000. После Ленинградской и Курской это была третья станция с такого типа реакторами.

14 декабря 1977 года в эксплуатацию был принят первый энергоблок ЧАЭС. 24 мая 1978 года первый энергоблок был выведен на мощность 1000 МВт. 16 ноября в 1978 году был запущен второй энергоблок, 3 декабря в 1981 году — четвертый энергоблок. В ноябре 1983 на четвертом энергоблоке была загружена первая ТВС.

6 апреля в 1986 году произошла авария на Чернобыльской АЭС. В результате произошло разрушение активной зоны реакторной установки и части здания четвертого блока, а также выброс части накопившихся в активной зоне радиоактивных продуктов в атмосферу. Все произошло во время проведения эксперимента по изучению возможности использовать инерцию ротора турбогенератора для выработки какого-либо количества электроэнергии, в случае, если в будущем реактор аварийно остановится.

Эксперимент планировалось проводиться на мощности реактора в 700 МВт, но перед его началом уровень мощности упал до 30 МВт. Оператор попытался восстановить мощность, эксперимент начался при показателе 200 МВт. В течение несколько секунд мощность реактора начала расти и оператор нажал кнопку аварийной защиты (промедление оператора в несколько десятков секунд изначально стали официальной версией причин аварии). Произошло два взрыва с интервалом в несколько секунд, реактор был полностью разрушен. 

После разрушения технологических каналов и обрыва от них пароводяных и водяных коммуникаций пар поступил в центральный зал, в помещения барабан-сепараторов справа и слева, в подаппаратные помещения прочно-плотного бокса. После обрыва нижних коммуникаций реактор был полностью обезвожен. Взрывы начались в технологических каналах реактора, которые начало разрушать под возросшим давлением. Были разрушены нижние и верхние коммуникации реактора, давление росло молниеносно — 15 атмосфер в секунду (достигло 250-300 атмосфер). Пар попал в реакторное пространство — произошел взрыв металлоконструкции. Помещения барабан-сепараторов были разрушены, сами барабан-сепараторы (весом 130 тонн) были сдвинуты с мертвых опор и оторваны от трубопроводов. Далее последовали взрывы в шахтах опускных трубопроводов. Произошел взрыв в центральном зале, потом (возможно почти одновременно) в самом реакторе, который был откупорен и полон водорода. Взрыв в активной зоне привел к выбросу огромного количества активности и раскаленных кусков ядерного топлива. Начался пожар кровли. Взрывом подбросило и повернуло плиту верхней биозащиты в 500 тонн, она рухнула на аппарат в наклонном положении, активная зона справа и слева остались приоткрыты.

Первые месяцы после аварии основная вина возлагалась на операторов. В 1991 году с персонала АЭС были сняты практически все обвинения. Одной из причин аварии на ЧАЭС было признано низкое качество регламентов и требований безопасности. Да и причины катастрофы были технического характера: взорвавшийся реактор РБМК-1000 имел ряд конструктивных недостатков, которые при определенных условиях оказываются опасными, он просто-напросто не соответствовал многим правилам ядерной безопасности.

Как позже утверждалось( в 1993 году), перед аварией четвертый энергоблок ЧАЭС работал с рядом измененных показателей — отключенной системой аварийного охлаждения реактора и сниженным оперативным запасом реактивности (ОЗР).

Согласно словам экспертов, даже персонал ЧАЭС не был осведомлен об опасности работы в измененных условиях. Перед моментом аварии ОЗР был меньше разрешенного регламентом значения, однако операторы не знали текущего значения ОЗР и, поэтому, не знали, что нарушают регламент.

Когда я услышал о взрыве, никто не сказал нам, что уровень радиации был опасным для жизни. Это были времена бывшего Советского Союза, и власти скрывали от нас информацию об опасности. Уровень радиации там, где я работал, уже был очень опасным. Я был в группе из 20 человек, и только шестеро из нас сейчас еще живы.

По официальным данным во внешнюю среду было выброшено 50 млн Ки. На момент аварии реактор 4 энергоблока был при полной загрузке, внутри реактора находилось около 180 тонн топлива. Взрывом сорвало крышку реактора весом почти в 3 тысячи тонн, полностью разрушило крышу, практически полностью снесло западную и северную стены. По примерным оценкам от 30 до 100 тонн топлива раскидало по “округе”. Уровни радиации вокруг разрушенного блока достигали нескольких тысяч рентген в час (допустимая норма — 5 рентген в год). Для того чтобы реально оценить масштабы радиоактивного выброса: атомная бомба, сброшенная на Хиросиму, весила 4 с половиной тонны, реактор же четвертого энергоблока выкинул в атмосферу 50 тонн испарившегося топлива. Взрыв реактора привел к чудовищному радиационному загрязнению местности (территории Украины, Беларуси и некоторых областей России). 

Вокруг Чернобыльской АЭС была создана 30 километровая «зона отчуждения», в которой практически все населенные пункты были специально уничтожены, а население выселено. Город Припять ( с населением 50 тысяч) пополнил список мертвых городов. Все жители были эвакуированы, но, никому не сообщили истинных причин эвакуации.

«Уважаемые товарищи!.. С целью обеспечения полной безопасности людей, и, в первую очередь, детей, возникает необходимость провести временную эвакуацию жителей города в близлежащие населенные пункты Киевской области. Для этого к каждому жилому дому сегодня, двадцать седьмого апреля, начиная с четырнадцати ноль-ноль часов, будут поданы автобусы в сопровождении работников милиции и представителей горисполкома. Рекомендуется с собой взять документы, крайне необходимые вещи, а также, на первый случай, продукты питания…»

 На момент взрыва на станции погибло 2 человека (тело одного из них так и не было найдено), еще один скончался от полученных ожогов в больнице через несколько часов после аварии. Эти люди в момент взрыва находились недалеко от реактора и их смерть не связана с радиационным поражением. Впоследствии у 134 сотрудников ЧАЭС и членов спасательных команд, находившихся на станции во время взрыва, развилась лучевая болезнь, 28 из них умерли в течение следующих нескольких месяцев.

Обширные территории были загрязнены в Украине (41,75 тысяч квадратных километров), Белоруссии (46,6 тысяч квадратных километров), европейской части России (57,1 тысяч квадратных километров). Произошедшая катастрофа стала роковой для многих тысяч ни в чем не повинных людей…

Все же осенью 1986 года работа на ЧАЭС была возобновлена, 1 октября был запущен первый энергоблок, а 5 ноября — второй. Третий энергоблок был запущен в ноябре в 1987 году. Но после серьезного пожара на втором энергоблоке в 1991 году и безуспешной попытке восстановить его, работа станции была приостановлена к 1997 году.

Как считается основными причинами страшной аварии на ЧАЭС стали конструктивные недостатки атомного реактора РБМК-1000. НО ведь эти реакторы стояли не только на ЧАЭС, но и еще на нескольких станциях (Ленинградской, Смоленской и Курской). 
 

РБМК — 1000 или ВВЭР-1000

Так почему же такой тип реакторов был так популярен в СССР?.. Реакторы двух типов – уран-графитовые большой мощности канальные (РБМК -1000) и водо-водяные (ВВЭР -1000), какой тип ядерного реактора РБМК — 1000 или ВВЭР-1000, чем руководствовались при выборе того или иного типа в нашем отечестве? Можно провести аналогию с часами.

Представим, что атомная электростанция на реакторах РБМК это человек в дорогих механических часах. Такой тип ядерного реактора мог иметь почти неограниченную мощность, а замену отработанного ядерного топлива можно было производить без его остановки, то есть чистить и чинить часы можно не снимая с руки. Удобно. Практично. Использование реакторов типа РБМК всегда выглядело экономически привлекательно. Но за всякое удобство приходится платить каким-нибудь неудобством. Недостатки уран-графитовых реакторов представляют собой целый пакет. Во-первых, это повышенное требования к безопасности, сложность в эксплуатации, во-вторых, исключительные требования к обслуживающему персоналу; и наконец, дисциплинированное выполнение инструкций. А нормативный документ строго предписывает, что если перекрутить завод хоть на пол оборота или отклонить стрелку на лишний градус — часы просто взорвутся и оторвут вам руки. 

Главное качественное преимущество реактора ВВЭР, по сравнению с РБМК — его безопасность. Этот факт стал явен после случившейся аварии на ЧАЭС. Но есть парадокс, почему в энергетике стран бывшего СССР энергоблоки РБМК были более популярны, чем ВВЭР? Под этим фактом, как ни странно, тоже стоит серьезная наука — экономика. Дело в том, что до запуска в конце 70-х годов завода «Атоммаш» (производящего ректоры ВВЭР), СССР мог выпускать только по одному корпусу такого типа реактора в год.

ВВЭР-1000 принципиально не имеет «положительных обратных связей», тех самых, которые и привели к трагедии 26 апреля 1986 года. В случае внештатной потери контроля над ситуацией с теплоносителем или охлаждением активной зоны, цепная реакция горения ядерного топлива идет на спад и тихо затухает подобно перегоревшему костру, а не разгоняется, как в РБМК. В активной зоне реактора ВВЭР нет горючего (графита), которого в РБМК может находиться до двух тысяч тонн. Казалось бы, ВВЭР — идеальный вариант, но наш условный персонаж «человек в кварцевых часах» тоже небезупречен, его часы тяжелее и массивнее, такой себе кирпич на ремешке. Корпус ВВЭР гигантских размеров, а изготовление его весьма трудоемко. Размеры ограничены достижением предельной прочности, так как механические напряжения, разрывающие корпус, напрямую связаны с его диаметром и внутренним давлением. Повышение единичной мощности всегда приводит к снижению стоимости 1 кВт установленной мощности, так как при этом укрупняются такие элементы как ГЦН, парогенераторы (или барабаны-сепараторы), паровая турбина со всем ее сложным хозяйством, удешевляется удельная стоимость системы автоматики, водоснабжения и т.д.

После катастрофы на Чернобыльской АЭС остро стал вопрос о необходимости модернизировать реакторы, были ужесточены требования к ядерной безопасности. На данный момент функционирует еще 11 реакторов РБМК-1000. 

Авария на ЧАЭС существенно затормозила развитие атомной энергетики не только в СССР, но и во всем мире. В СССР отказались от строительства целого ряда АЭС — Татарской, Башкирской, Костромской, Одесской, Минской, Краснодарской и других. Структура отрасли была реорганизована, чтобы соответствовать международным нормам. 

Сейчас Российская атомная отрасль является одной из передовых в мире по уровню научно-технических разработок в области проектирования реакторов, ядерного топлива, опыту эксплуатации атомных станций, квалификации персонала АЭС. Доля выработки электроэнергии атомными станциями в составляет около 18,6% от всего производимого электричества. Ведется активное строительство девяти новых энергоблоков АЭС, строительство Нововоронежской АЭС-2, Ленинградской АЭС-2, Балтийской АЭС, первой в мире плавучей АЭС «Академик Ломоносов», достраивается четвертый энергоблок Белоярской АЭС.

Хочется надеяться, что мирный атом так и останется мирным…