Чтение онлайн

Как и после Чернобыля, основной причиной аварии поначалу провозгласили ошибки операторов, но созданная Джимми Картером президентская комиссия после семимесячного расследования пришла к более прагматичным выводам [71] . В ее докладе было выделено множество слабых мест, нуждающихся в совершенствовании. «Даже если эксплуатацию установки в нормальных условиях преподавали персоналу на должном уровне, действиям в случае серьезных инцидентов уделялось недостаточно внимания». В докладе отмечалось, что «инструкции, применимые в случае данного инцидента, сформулированы по меньшей мере нечетко, и одно из их возможных прочтений предписывает именно те действия, которые операторы и выполнили». Авторы доклада также указали на проблемы с интерфейсом «человек—машина» системы управления энергоблоком: «Щит блока управления имеет множество недостатков. Он огромен, на нем сотни сигнальных индикаторов, причем некоторые из ключевых индикаторов расположены так, что операторам они не видны… В первые минуты инцидента включилось более ста индикаторов при отсутствии устройства, которое могло бы заблокировать несущественные сигналы и дать операторам возможность сосредоточиться на главной информации». Наконец, свою роль сыграло и извечное нежелание учиться на прошлых ошибках: выяснилось, что примерно за год до аварии подобный инцидент уже имел место на одной из американских АЭС, но операторам на других станциях об этом не сообщили [72] .

Если рассматривать вышеописанные аварии вне общего контекста, они вселяют тревогу, поэтому важно помнить, что атомная энергетика остается наименее опасным способом производства энергии. В 2013 году специалисты НАСА подсчитали, что с 1971 по 2009 год ядерные установки предотвратили 1,84 миллиона смертей, связанных с загрязнением воздуха, а также выброс парникового газа, эквивалентный 64 гигатоннам СО2, – именно такие цифры были бы зафиксированы, если бы энергия в тот период вырабатывалась исключительно на органическом топливе [73] . Причем расчеты основаны на данных по европейским и американским станциям, которые в целом экологически чище, чем энергоблоки в других частях мира, – то есть в реальности приведенные цифры были бы еще больше. Согласно оценкам Тэн Фэя, китайского ученого из университета Цинхуа, загрязнение от сжигания угля в Китае за 2012 год привело к 670 тысячам смертей [74] , в то время как средняя «угольная» смертность в мире составляет 170 смертей на 1 тераватт-час выработанной электроэнергии. Для сравнения: данные за 2012 год показывают, что этот показатель в «нефтяной» электрогенерации составил 36 смертей на ТВт-час, в биотопливной – 24 на ТВт-час, в ветряной – 0,15 на ТВт-час, в гидроэнергетике – 1,4 на ТВт-час (если принимать в расчет катастрофу на Баньцяо, а если не принимать, все равно необходимо учитывать, какой общий ущерб она наносит окружающей среде). В ядерной энергетике – даже включая аварии в Чернобыле и на Фукусиме, – мы имеем всего 0,09 смерти на ТВт-час [75] .

Строительство Чернобыльской АЭС, ЧАЭС, или, как ее официально называли в советские времена, Чернобыльской атомной электростанции им. В.И. Ленина, началось в 1970 году в глухой болотистой местности на севере Украины в 15 километрах к северо-востоку от городка Чернобыль. Выбор места был обусловлен сравнительной близостью – но на безопасном расстоянии – от украинской столицы, наличием готового водного ресурса в виде реки Припять, а также железнодорожной линии, соединяющей Овруч на западе с Черниговом на востоке. Это первая украинская АЭС, и она считалась на тот момент лучшей и самой надежной советской атомной станцией [76] . Одновременно в трех километрах от нее возвели девятый советский атомоград – город Припять, куда заселили 50 тысяч человек, занятых в этом масштабном проекте: операторов, строителей, вспомогательный персонал и членов их семей. Припять была одним из самых молодых городов в Советском Союзе – средний возраст жителей составлял всего 26 лет.

Руководить гигантской стройкой поставили тридцатипятилетнего инженера по турбинам, убежденного коммуниста Виктора Брюханова – на пост директора Чернобыльской АЭС его перевели с востока Украины, где он работал заместителем главного инженера Славянской ГРЭС [77] . Судя по всему, на станции его любили и уважали как директора. «Я его считаю выдающимся инженером», – так охарактеризовал Брюханова один из заместителей главного инженера [78] . На новом посту Брюханов отвечал за обе стройки – и станции, и города – и должен был лично организовывать абсолютно все, от найма рабочих до поставок техники и стройматериалов. Он трудился не покладая рук, но, несмотря на все его усилия, проект страдал от множества проблем, типичных для коммунистической системы. Постоянно не хватало тысяч тонн железобетона, спецоборудование было не выбить, а когда его наконец доставляли, оно оказывалось низкокачественным, так что Брюханову приходилось изготавливать комплектующие в импровизированных мастерских здесь же, на стройке [79] . Из-за этих сложностей проект отставал от запланированных сроков, но в конце концов 26 ноября 1976 года после многомесячных испытаний был запущен первый энергоблок ЧАЭС, за которым последовал пуск второго (1978), третьего (1981) и четвертого (1983) блоков.

Все четыре реактора были относительно новой конструкции – из серии РБМК («Реактор большой мощности канальный») по 1000 МВт. В блоке с каждым реактором работало по два паровых турбогенератора по 500 МВт. РБМК – графито-водный реактор кипящего типа. Эта необычная и к тому времени немного устаревшая конструкция разрабатывалась в шестидесятые годы, она считалась мощной, не требующей больших финансовых и временных затрат при строительстве и монтаже, относительно несложной в обслуживании и имеющей долгий срок эксплуатации. Реакторы отличались довольно крупными размерами – 7 метров в высоту и 11,8 метра в ширину [80] . К 1986 году в стране эксплуатировалось четырнадцать реакторов этой серии, еще восемь энергоблоков находилось на стадии строительства, включая два блока на самой ЧАЭС (пятый блок планировали завершить в том же году). Четыре действующих реактора суммарно вырабатывали 10 % всей электроэнергии, потребляемой в то время Украиной. Если бы строительство пятого и шестого блоков было завершено, Чернобыльская АЭС стала бы самой мощной электростанцией в мире, не считая ГЭС [81] . Для справки: крупнейшая в мире китайская ГЭС «Три ущелья» способна генерировать фантастическую мощность – 22 500 МВт [82] .

В основе работы реактора лежит ядерный распад – этот процесс еще называют расщеплением атома, – энергия которого используется для электрогенерации. Материя состоит из атомов, причем основная часть внутреннего пространства атома – пустота; на долю крошечного ядра, состоящего из связанных вместе протонов и нейтронов, приходится почти вся атомная масса. Вокруг ядра вращаются по своим орбитам электроны. Атомы разных элементов отличаются друг от друга числом протонов и нейтронов в ядре. Скажем, в атоме золота, довольно тяжелого элемента, 79 протонов. В атоме меди – всего 29 протонов, медь обладает куда меньшей плотностью. У кислорода – 8 протонов. Число электронов в любом атоме равно числу протонов, а вот число нейтронов в атомах одного и того же элемента может быть разное. Такие вариации элемента называются изотопами. Можно сказать, что изотопы – это как машины одной марки, но разной комплектации и класса оборудования. Компания «Мерседес», например, выпускает множество моделей – элементов, – и машины отличаются друг от друга мощностью двигателя, обивкой сидений, качеством окраски. «Мерседесы» остаются «Мерседесами», но по форме могут быть не совсем одинаковыми. Стабильные изотопы – такие, которые не подвержены самопроизвольному радиоактивному распаду, – называются стабильными нуклидами, а нестабильные изотопы – радионуклидами. Продукты распада, возникающие в процессе деления ядра, большей частью состоят из нестабильных радионуклидов. Это отходы работы реактора, им свойственна высокая температура, и они крайне токсичны.

Как и почти во всех коммерческих ядерных реакторах, в РБМК топливом служит уран – самый тяжелый из встречающихся в природе элементов, в его ядре 92 протона. Природный уран содержит только 0,7 % способного к делению изотопа U-235 (92 протона плюс 143 нейтрона). 190 тонн топлива в реакторе РБМК второго поколения (как на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС) – это дешевый, низкообогащенный уран (там всего 2 % U-235) внутри 1661 вертикального канала. В процессе ядерной реакции в активной зоне происходит столкновение нейтронов с ядрами других атомов U-235, и ядра расщепляются с выделением энергии в виде тепла. При расщеплении высвобождаются еще два-три нейтрона, которые, в свою очередь, сталкиваются с ядрами, высвобождая новые нейтроны, и так далее. Этот процесс называется самоподдерживающейся ядерной реакцией, и именно благодаря ей в реакторе вырабатывается тепловая энергия. Одновременно возникают новые элементы – продукты ядерного распада [83] .

В ядерной энергетике используется та же реакция, что и в атомной бомбе, но контроль над высвобождением нейтронов позволяет генерировать требуемое количество тепла и предотвращает ядерный взрыв. Топливо в реакторе на АЭС содержит низкообогащенный уран или плутоний, и оно распределено на большой площади вокруг регулирующих стержней, которые способны сдерживать реакцию, тогда как конструкция атомной бомбы подразумевает неконтролируемую и гораздо более интенсивную цепную реакцию (ее инициирует детонация взрывчатки, в результате которой одно полушарие с обогащенным ураном вжимается в другое, создавая критическую массу).

Предотвращение радиоактивного выброса – главный приоритет на любом ядерном объекте, именно поэтому строительство и эксплуатация АЭС строятся на идее «глубоко эшелонированной защиты» (ГЭЗ). Она подразумевает наличие определенной культуры безопасности, но при этом допускает, что механические (и человеческие) ошибки неизбежны. По этой причине в конструкцию включено множество дублирующих и запасных вариантов ответа на ту или иную возможную проблему. Это создает многоуровневую (эшелонированную) защитную систему – подобно тому как в матрешке открываешь куклу за куклой, пока не дойдешь до последней фигурки внутри. Первый барьер безопасности – керамическая оболочка топливных таблеток, за ним следует циркониевое покрытие тепловыделяющих элементов. В обычной современной коммерческой ядерной установке активная зона, где протекает реакция, помещается внутри третьего барьера – практически не поддающейся разрушению металлической капсулы, известной как корпус высокого давления. В реакторах РБМК от такого корпуса в целях экономии отказались, заменив его железобетонными конструкциями по бокам и тяжелыми металлическими плитами сверху и снизу. Если бы РБМК снабдили корпусом в соответствии с теми стандартами и уровнем сложности, каких требует такой реактор, его стоимость бы удвоилась. Четвертый и последний барьер – герметичная непробиваемая оболочка. Хорошо известно, что гермооболочка ядерного реактора – это наисерьезнейшим образом укрепленная конструкция, толщина бетонных и/или стальных стен которой может достигать нескольких метров. Гермооболочка рассчитана на то, чтобы выдержать столкновение с авиалайнером, врезающимся в нее на скорости несколько сотен километров в час, но ее устанавливают еще и на случай, если случится невероятное – возникнет пробоина в корпусе высокого давления. Это вопиющий факт, но назвать ограждение РБМК настоящей гермооболочкой никак нельзя – что, вероятно, тоже объяснятся соображениями экономии [84] .

Отсутствие у РБМК самых критически важных радиационных барьеров не укладывается в голове, это конструктивный дефект, который нельзя было допускать даже в мыслях, не говоря о том, чтобы такой проект разрабатывать, утверждать и реализовывать. Еще до того как Совет министров приступил к отбору вариантов, его члены были осведомлены об этих недостатках, но все равно отдали предпочтение РБМК, а не конкурирующему ВВЭР («Водо-водяному энергетическому реактору»), модели более безопасной, но, правда, более дорогой и чуть-чуть менее мощной. В то время все считали, что на РБМК никаких масштабных инцидентов произойти не может, поскольку все принятые в отрасли инструкции будут неукоснительно соблюдаться. В итоге решили, что дополнительные меры безопасности ни к чему [85] .

Реакция деления ядра обеспечивается замедлителем нейтронов, его функции в РБМК выполняют вертикальные графитовые блоки вокруг топливных каналов. В каждом реакторе РБМК – 1850 тонн графита. Графит замедляет скорость движения нейтронов в топливе, значительно увеличивая вероятность их столкновения с ядрами урана U-235. Если мячик при игре в гольф лежит в паре сантиметров от лунки, вы не станете лупить по нему изо всех сил, а лишь слегка подтолкнете. Тот же принцип работает и здесь. Чем чаще в результате столкновения расщепляется ядро, тем лучше самоподдерживается цепная реакция и тем больше выделяется энергии. Иными словами, замедлитель создает нужную среду для цепной реакции. Это как кислород для обычного огня: даже будь у вас все топливо мира, без кислорода оно гореть не будет.