4 блок ЧАЭС перед взрывом: последние роковые шаги, или Почему никто не хотел сказать «стоп»
Напомним кратко, что происходило накануне трагедии. Персонал выбился из графика виброиспытаний перед ППР. Стало известно (по показаниям Дятлова), что виброиспытания ТГ-8 25.04.86 не состоялись сначала из-за неготовности самого ТГ-8, а потом из-за запрета диспетчера перекидывать нагрузку на ТГ-7. Соответственно, в связи с этим пришлось совмещать виброиспытания с выбегом, что роковым образом повлияло на возможность аварии.
Затем запрет диспетчера Киевэнерго 25.04.1986 сорвал график проведения виброиспытаний и самого эксперимента, что также трагически повлияло на всю цепочку событий.
Существует крайне важная (хотя и не доказанная) уже рассмотренная гипотеза о возможности ксенонового отравления реактора, созданного как в результате планового снижения мощности на 50% накануне эксперимента, так и последующей задержки ее снижения из-за запрета «Киевэнерго».
Затем А. Дятлов дает указание о снижении мощности реактора до 200 МВт, хотя это противоречило программе испытаний. Это был роковой шаг, который во многом предопределил возможность возникновения аварии. Такая мощность являлась промежуточной, мало исследованной, и при ней реактор вел себя непредсказуемо (о чем руководство ЧАЭС знало). На низкой мощности реактора температура воды становится близкой к температуре насыщения (кипения), при этом техническая документация не вводила конкретных запретов на работу на этой мощности, хотя по ее фабуле об этом можно было бы догадаться.
Как заметил наш ведущий специалист по безопасности АЭС — В.Асмолов:
Он стабилизировал на мощности 200 мегаватт. То есть меньше 10 процентов... Для нас в проекте это был неисследованный уровень мощности. Потому что реактор на этой мощности живет либо когда пускается, либо когда останавливается.
Согласно показаниям Фомина на суде:
Я считаю нарушения пунктов программы главной причиной аварии. Прежде всего — снижение мощности реактора до 200 МВт.
Прокурор: Кто, по-вашему, главный виновник аварии?
Фомин: Дятлов, Акимов, которые допустили отклонения от программы.
Прокурор: Кто, по-вашему, главный виновник аварии?
Фомин: Дятлов, Акимов, которые допустили отклонения от программы.
Возможно, 200 МВт была нужна, чтобы легально провести (обойти требования основного Регламента о действии этой защиты) отключением защиты на глушение реактора по закрытию СРК обеих турбин в соответствии с «Регламентом переключений ключей и накладок...», которая согласно данному документу отключается на мощности менее 100 МВт электрических. Но данный документ, на который ссылается Дятлов, в открытом доступе отсутствует.
Возможно, как уже указывалось ранее В. Дмитриевым, персонал полагал, что 760 МВт(т) для проведения виброиспытаний ТГ — это много, потому снизились до 200, к тому же и Метленко на суде говорил, что ему нужно было 35–45 МВт(эл), т. е. 200 МВт(т).
INSAG-1 полагает, что выключение защиты также нужно было Дятлову якобы для повторения эксперимента (при неудаче), хотя грамотные эксперты, в т. ч. консультировавшие автора, признали, что в этих условиях его повторение было бы абсолютно невозможно.
И наконец, есть гипотеза, что снижение мощности было необходимо для проведения виброиспытаний. Про эту возможность пишет в т.ч. автор учебника Гурачевский В. Л. (Введение в атомную энергетику, библиотека Росатома):
Совмещение испытаний выбега и виброиспытаний имело два катастрофических следствия: снижение мощности, что повысило риск заглушения реактора; а также вывод защиты реактора по отключению обеих ТГ, что, как мы увидим ниже, также стало одной из причин аварии. Это было сделано для того, чтобы турбина могла продолжать работать на холостом ходу во время испытаний, не останавливаясь из-за срабатывания защиты. Отключение этой защиты, являющейся важной мерой безопасности, привело к потере управляемости реактора, и в конечном итоге, к взрыву. Обе программы несовместимы, противоречат, другу другу. Если бы не виброиспытания, аварии можно было бы избежать и провести выбег по старой схеме, не отключая защиту по обеим ТГ.
После ошибок СИУРа в управлении реактором или и в результате ксенонового отравления, либо уменьшения мощности для проведения виброиспытаний реактор глохнет. Момент, когда произошло заглушение реактора, фактически стал переломным. Судьба давала реальный шанс избежать аварии — если бы персонал заглушил реактор, аварии не было бы!
Однако, по свидетельству Комарова, чиновник из отдела (или сектора) ЦК КПСС, возможно, дал указание А. Дятлову на подъем мощности и обязательное проведение эксперимента, пригрозив ему уходом на пенсию.
Далее Дятлов дает указание на подъем мощности, что было установлено в процессе судебного расследования, хотя он это отрицает. Реактор начинают поднимать из ямы — это было сделано достаточно быстро, с 00:38 мин до 00:42 — за 4 мин мощность подняли до 160 МВт, а чуть позже, к 01:03, до планируемых 200 МВт. Проведение эксперимента на этой мощности было грубейшим нарушением программы испытаний, которая предусматривала выбег на мощности 700 МВт.
Что самое важное — подъем мощности до 200 МВт из-за ксенонового отравления реактора был достигнут за счет выемки максимально возможного числа стержней, при этом их число в зоне стало недопустимо низким, став грубейшим нарушением Регламента. Реактор был отравлен, и его состояние было неоднородным. И это была роковая ошибка персонала. Но здесь есть ряд оговорок, рассмотренных ниже.
Подчеркнем, что сделанные нами предположения и выводы не нашли должного отражения ни в одном официальном документе по расследованию причин аварии, которое надлежит продолжить, – все документы лежат в секретных архивах в Москве.
Далее персонал переходит к подготовке испытаний выбега, совершая последние роковые шаги.
Отключение защиты по блокировке обеих ТГ (по закрытию СРК обеих турбин) и не только
При проведении испытаний 1982–85 гг. пар переставал поступать на турбину (для обеспечения чистой инерции турбины доступ пару закрывался через задвижки — стопорно-регулирующие клапаны (СРК)), но при этом реактор по схеме эксперимента автоматически глушился (!) специальной защитой по закрытию СРК обеих турбин.
Напротив, испытания 1986 г. проводились при блокировке этой защиты в связи с тем, что персонал якобы собирался проводить повторные эксперименты в случае неудачи. Согласно докладу (№1 INSAG-1):
Имеющаяся A3 по закрытию СРК двух ТГ (ТГ № 7 был отключен днем 25 апреля 1986 г.) была заблокирована, чтобы иметь возможность повторить испытание, если первая попытка окажется неудачной. Тем самым было сделано еще одно отступление от программы испытаний…
Согласно докладу НИКИЭТ:
Так как заглушать реактор не предполагалось, то для того, чтобы автоматические защиты не препятствовали проведению испытаний, было отключено формирование режима АЗ-5 по аварийному превышению заданной мощности в малом диапазоне (АЗММ), отключено формирование режима АЗ-5 по аварийному увеличению скорости нарастания мощности в пусковом диапазоне (АЗСП), была введена блокировка на формирование аварийного сигнала по отключению одного из ТГ, отключена система ЛАР, предназначенная для автоматического регулирования мощности в энергетическом диапазоне, — вместо нее была включена резервная система автоматического регулирования мощности реактора, включающая АР1 с автоматической перекомпенсацией его стержней перемещением стержней ЗАР-АР, не была введена защита по снижению уровня воды в БС.
Как метко заметил академик А. Александров: «А там [на блоке] не было только защиты от дурака, задумавшего отключить защиту ради своего эксперимента». Регламент запрещал блокировки защит, кроме описанных в процессах управления. Основные претензии, которые реально можно предъявить к конструкторам реактора, — что такая возможность существовала.
Почему потом не ввели защиту, остаётся невыясненным. Возможно, не посчитали это важным. Дятлов (по его словам) на инструктаже говорил про заглушение в начале эксперимента, проверить нельзя, свидетелей не стало. Отказ от заглушения реактора – роковая ошибка, и зачем Дятлов оставил реактор на мощности, можно теперь только догадываться.
Есть также предположение, что версия об отключении защит по обеим ТГ — это отговорка А. Дятлова с целью оправдания своей ошибки: реально персонал не смог бы провести повторный эксперимент. Данная гипотеза была высказана специалистами, консультировавшими автора при написании данной статьи.
Сами испытания подразумевали отключение части оборудования (турбина, ГЦН, ПЭН), которое пришлось бы запускать. Это длительный процесс, тем более с измененными электрическими схемами. В программе испытаний про повторные испытания сказано не было.
Другой вариант — персонал якобы «забыл» ее включить. Вот что говорил об этом участник расследования аварии В. Жильцов:
Для проведения вибрационных испытаний турбогенератора они сняли одну защиту, а после того как закончили эти испытания, они забыли эту защиту ввести снова… Реактор должен был автоматически глушиться по сигналу «отключение двух турбин». Но одна турбина уже стояла, а на 8-й, на которой проверялся тот злополучный «выбег», была заблокирована защита, так как ее «забыли» разблокировать после окончания вибрационных испытаний. В этом серьезная вина персонала. Поэтому реактор продолжал работать еще почти 30 секунд после отключения турбины, после чего была предпринята попытка заглушить его кнопкой АЗ-5. Сделал это, согласно записи в «Оперативном журнале» СИУР, Л. Топтунов. Он же через несколько секунд повернул ключ «снято питание муфт».
Этих 30 секунд оказалось достаточно, чтобы произошел разгон реактора. Если всё это действительно так, то принятая в официальных документах мотивация действий персонала в части отключения защит может не отражать их реальную логику.
Возможно, персонал блока не оценивал до конца, какие риски несет закрытие СРК на оставшейся турбине, хотя более опытные из них должны были всё понимать. Может, они полагали, что при работе реактора на 200 МВт рост давления был бы медленным. Пар мог быть сброшен в конденсаторы через устройство для стравливания лишнего пара (при повышении давления) БРУ-К.
Основной сток пара на работающем реакторе – через турбину. В случае отключения турбины сток перекрывается, но генерация пара реактором продолжается, что приводит к росту давления. Эта защита была создана с целью предотвратить скачок давления в первом контуре, связанный с остановкой турбин, при которой они перестают потреблять пар.
В результате блокировка защиты по блокировке обеих ТГ в специфических условиях развития аварии (см. ниже – резкое снижение расхода питательной воды, замедление работы и срыв ГЦН) явилось одним из ключевых факторов развития аварии.
Как сказано в определении суда: «Фомин, Дятлов, Коваленко… не регламентировали отвод из контура излишнего пара».
Дятлов на суде:
Было сказано, что нельзя было выводить АЗ-5 по останову двух ТГ. Но это было сделано в соответствии с технологическим регламентом и не влияло на развитие аварии. При мощности менее 100 МВт (электрических) эта защита должна отключаться. Поэтому нарушения регламента здесь нет.
И ГПАН, и INSAG-7 отключение данной защиты вслед за А. Дятловым по формальным причинам нарушением не считают, что выглядит очень странным.
Однако, как считает участник форума IXBT, это «…справедливо в отношении защиты по сбросу нагрузки ТГ, и то только в отношении момента ее ввода. А защита АЗ-5 по отключению ТГ (посадка 2-х из 4-х СК) вводится сразу после включения в сеть, и выводится только на заглушенном реакторе. Так было и до 86 года, так есть и сейчас.»
На самом деле, согласно Регламенту, данная защита вводится сразу после включения ТГ в сеть и выводится только после отключения ТГ, то есть отключение этой защиты весь период работы энергоблока с электрической нагрузкой запрещено. Но Дятлов ссылается на некий Регламент переключения ключей и накладок, который в документах отсутствует, или делает попытку оправдать свою ошибку.
При этом главный инженер ЧАЭС Николай Фомин, отвечавший за безопасность на ЧАЭС и ставший при этом основным «проводником» пресловутого «эксперимента», открыто признает, что отключение данной защиты было важнейшей причиной аварии:
Прокурор: Как, по-вашему, что могло бы предотвратить аварию?
Фомин: Если бы выведения АЗ-5 от закрытия СРК не было, блок остался бы цел… В 1982, 84 и в 85 годах при выполнении программы сигнал АЗ-5 на реактор шел от закрытия СРК на турбине. А в 1986 году были внесены изменения в этой части. Сейчас мне ясно, что программу следовало согласовывать со специалистами. Незачем было оставлять аппарат на мощности, если все ТГ стоят.
По мнению Ю. А. Потемкина, бывшего зам. начальника управления ГВП (Главной военной прокуратуры) СССР: «…отключили обе турбины при действующем реакторе. Это уже безумие, прямо скажем. Это привело к взрыву».
Из показаний Метленко:
«Прокурор: Нужно ли было отключать АЗ-5 по останову 2-х ТГ?
Метленко: Нет, ни в коем случае. Мы говорили, что при нашей программе реактор нужно глушить».
Фомин: Если бы выведения АЗ-5 от закрытия СРК не было, блок остался бы цел… В 1982, 84 и в 85 годах при выполнении программы сигнал АЗ-5 на реактор шел от закрытия СРК на турбине. А в 1986 году были внесены изменения в этой части. Сейчас мне ясно, что программу следовало согласовывать со специалистами. Незачем было оставлять аппарат на мощности, если все ТГ стоят.
По мнению Ю. А. Потемкина, бывшего зам. начальника управления ГВП (Главной военной прокуратуры) СССР: «…отключили обе турбины при действующем реакторе. Это уже безумие, прямо скажем. Это привело к взрыву».
Из показаний Метленко:
«Прокурор: Нужно ли было отключать АЗ-5 по останову 2-х ТГ?
Метленко: Нет, ни в коем случае. Мы говорили, что при нашей программе реактор нужно глушить».
ШЕСТАЯ ТРАГИЧЕСКАЯ ОШИБКА (РОКОВАЯ) – ОТКЛЮЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ПО БЛОКИРОВКЕ ОБЕИХ ТГ.
Подключение дополнительных насосов ГЦН
Техническая лента событий:
С 00ч 43мм 35с до 44м 40с — сигнал «1ПК вверх».
С 00ч 43м 36с до 51м 23с — сигнал неисправности измерительной части АР-2.
00ч 43м 37с — выведены защиты по повышению уровня конденсата в КС СПП, по повышению уровня в испарителе.
/Данные защиты были также выведены в нарушение программы испытаний с целью не допустить заглушения реактора/
С 00ч 43м 37с до 51м 45с — аварийные отклонения уровня в БС.
С 00ч 49м 19с до 51м 23с — сигнал «1ПК вниз».
00ч 51м 23с — срабатывание БРУ-К1 ТГ-8.
00ч 52м 27с — аварийные отклонения УРОВНЯ В БС.
01ч 00м 02с — сигнал неисправности измерительной части АР-2.
01ч 00м 04с — аварийные отклонения уровня в БС левой половины.
/В период с 00 ч 43 мин по 01 ч 00 мин персонал получил как минимум 4 аварийных сигнала. При обсуждении на форумах ряд участников пишут, что ничего страшного не происходило. По мнению Дмитриева, реактор работал нестабильно, так как имелись аварийные сигналы по отклонению уровня воды в БС и срабатывание БРУК-К (превышение давления пара)./
01 ч 02 мин 20 с — увеличение расхода питательной воды со 104 до 424 т/ч на левой половине для повышения уровня воды в БС.
/ С целью стабилизировать уровень воды в БС и уменьшить давление в контуре за счет охлаждения контурной воды персонал резко (почти в 4 раза) повышает уровень расхода питательной воды в контуре. Регулятор питательной воды был выключен. /
01ч 03м — N(T) = 200 МВт. Отключение ТГ-8 от сети, замер вибрации XX с отключенным генератором.
01ч 04м — включен ГЦН-12.
01ч 06м 02с — аварийные отклонения уровня в БС левой половины:
увеличение расхода пит. воды со 192 до 1170 т/ч (слева) для повышения уровня воды в БС.
01ч 07м — включен ГЦН-22.
01ч 09м — расход питводы снижен до 100 т/ч слева и справа.
01ч 09м 45с — аварийные отклонения уровня в БС.
По программе испытаний были включены дополнительные ГЦН 12 и 22 с целью обеспечить дополнительное охлаждение реактора на случай замедления выбегающих ГЦН. Реактор стал работать неустойчиво, уровень воды в барабанах-сепараторах снизился до аварийной отметки. Чтобы избежать останова реактора, персонал глушит ряд защит.
По мнению Г. Медведева,
…суммарный расход воды через реактор возрос до 60 тысяч кубических метров в час при норме 45 тысяч… в час, что является грубым нарушением регламента эксплуатации. При таком режиме работы насосы могут сорвать подачу, возможно возникновение вибрации трубопроводов контура вследствие кавитации (вскипание воды с сильными гидроударами). Резкое увеличение расхода воды через реактор привело к уменьшению парообразования, падению давления пара в барабанах-сепараторах, куда поступает пароводяная смесь из реактора, к нежелательному изменению других параметров.
Согласно Докладу №1 (INSAG-1) для МАГАТЭ:
Операторы пытались вручную поддерживать основные параметры реактора — давление пара и уровень воды в БС, однако в полной мере сделать этого не удалось. В этот период в БС наблюдались провалы по давлению пара на 0,5–0,6 МПа и провалы по уровню воды ниже аварийной уставки. Чтобы избежать остановки реактора в таких условиях, персонал заблокировал сигналы A3 по этим параметрам.
По мнению доклада ГПАН (1991 г.), рост расхода был нарушением Регламента: «Увеличение расходов по отдельным ГЦН до 7500 м3/ч (нарушение пункта 5.8. ТР)».
Посмотрим, как описал эту ситуацию конструктор реактора Николай Доллежаль:
…Из четырех насосов два питались током от шин собственных нужд, т. е. имели нормальное напряжение и частоту, два — от шин испытываемого генератора с постоянно падающим числом оборотов и, следовательно, падающей частотой, что отражалось на их характеристиках, т. е. числе оборотов, производительности и развиваемом напоре. Сложилась обстановка, когда одновременно в работе оказались четыре насоса с разными характеристиками, причем постоянно меняющимися. Работа такой системы может сопровождаться самыми неожиданными проявлениями. Не должно быть упущено и то, что вообще испытываемый генератор не был в свободном выбеге, так как, хотя и незначительно, но был нагружен двигателями четырех главных циркуляционных насосов: это тормозило его и заставляло снижать обороты…
С целью стабилизировать уровень воды в БС и давление в контуре за счет охлаждения контурной воды персонал резко (почти в 4 раза) повышает уровень расхода питательной воды в контуре. Через 30 с оператору удалось удержать их уровень, увеличив расход питательной воды более чем в три раза. Но как только холодная вода из БС дошла до активной зоны, генерация пара заметно уменьшилась, вызвав уменьшение объемного паросодержания, что привело к перемещению вверх стержней АР, автоматика стала выводить стержни из активной зоны (01ч 19м 39с — сигнал «1 ПК вверх», мощность реактора падает), уменьшая ОЗР.
Сочетание двух факторов: отравления реактора и увеличения расхода питательной воды, привело к тому, что в 1 ч. 22 мин. 30 сек., по данным распечатки «ПРИЗМА», в активной зоне находилось всего 6–8 стержней в пересчете на полностью погруженные.
Уменьшение генерации пара привело к небольшому падению давления в БС. Примерно через минуту закрылось быстродействующее редукционное устройство (БРУ-К), через которое излишки пара стравливались в конденсатор. Это способствовало некоторому уменьшению скорости падения давления. Однако вплоть до начала испытаний давление продолжало медленно падать. За этот период оно упало на 5 кгс/см2.
Общая характеристика нейтронного поля в тот момент времени такова: в радиально-азимутальном направлении оно практически выпуклое, а по высоте, в среднем, «двухгорбое» – с более высоким энерговыделением в верхней части активной зоны.
Такое распределение поля было следствием состояния, в котором находился реактор: выгоревшая активная зона, почти все стержни регулирования наверху, объемное паросодержание в верхней части активной зоны значительно больше, чем внизу, отравление 135Хе в центральных частях реактора больше, чем в периферийных. Работа реактора на мощности 200 МВт(т) привела к накоплению большого количества 135 Хе, чего не было бы при мощности реактора 700-1000 МВт(т).
СЕДЬМАЯ ТРАГИЧЕСКАЯ ОШИБКА – ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ГЦН И БЛОКИРОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ПО СИГНАЛАМ НЕДОСТАТОЧНОГО УРОВНЯ ВОДЫ И ДАВЛЕНИЮ ПАРА.
Резкое снижение расхода питательной воды
Когда, по мнению оператора, параметры реактора пришли в норму, им был резко снижен, практически до нуля, расход питательной воды, что стало роковым шагом, так как привело к увеличению температуры теплоносителя на входе в реактор практически до точки кипения, т. е. дополнительно повысило производство пара.
В технологических каналах начинает образовываться паровая фаза, начиная с верхних участков активной зоны и распространяясь вниз. Реактор начинает разгон. Работающий регулятор стремится подавить увеличение мощности, идет вниз, доходит до нижнего концевого выключателя, происходит автоматический переход на резервный регулятор, который также начинает движение вниз, что было зафиксировано программой быстрой диагностики и регистрации параметров «ДРЕГ». Однако эффективности четырех стержней регулятора не хватает, и мощность реактора продолжает медленно расти.
По данным доклада INSAG-7 (1993 г.):
01 ч 09 мин. резко снижен расход питательной воды до 90 т/ч по правой стороне и до 180 т/ч по левой стороне при общем расходе по контуру 56 000–58 000 т/ч. В результате температура на всасе [прим. автора — входе] ГЦН составила 280,8°С (левая сторона) и 283,2°С (правая сторона).
Этот уровень — 90 т/ч — практически равен нулевому в пределах погрешности приборов. Температура воды на входе в реактор стала близкой к температуре насыщения (кипения).
Однако, согласно докладу ГПАН (1991 г.), «…это был возврат расхода питательной воды к некоторому среднему расходу, соответствующему мощности реактора 200 МВт и равному примерно расходу по 120 т/час на каждую сторону реактора». Эта точка зрения разделяется рядом специалистов.
По мнению А. Г. Тарапона, Институт проблем моделирования в энергетике им. Г. Е. Пухова НАНУ (Украина, Киев): «…мощность была поднята только в одном (юго-восточном) квадранте, а в других осталась на уровне 13,5 МВт (остаточное тепловыделение)...»
Персонал в это время был поставлен в крайне непростые условия. Из-за большого парового эффекта мощность и паросодержание, соответственно, и давление в БС в режимах на малой мощности «скакали» в большую или меньшую сторону из-за любых возмущений по КМПЦ. Например, когда БРУ-К открылись, давление в БС снизилось, паросодержание кратковременно выросло, уровень в БС вырос, СИУБу надо снижать расход питводы, потому что уровень +300, значит, турбина отключается, чтобы вода не попала в проточную часть турбины. И наоборот, включили дополнительный ГЦН, паросодержание снизилось, уровень в БС снизился, надо повышать расход питводы и т. д. Поэтому СИУБ то резко увеличивал, то уменьшал расход питводы.
ВОСЬМАЯ РОКОВАЯ ОШИБКА – РЕЗКОЕ СНИЖЕНИЕ РАСХОДА ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ.
Падение уровня ОЗР ниже допустимого
С 01ч12м10с до 01ч18м 49с программа ДРЭГ не работала. Причина — перезагрузка СДИВТом ленты ДРЭГ для фиксации параметров во время выполнения «Программы выбега...».
01ч 15м — включены на рециркуляцию ПН-3,4 (по программе выбега).
01ч 18м — ТГ-8 синхронизирован и включен в сеть (по ленте телетайпа «Скалы»),
в 01ч 18м №лТГ-8 = 32,7 МВт (по опер. журналу НСС в 01ч 20м).
01ч 18м 49с — включена программа ДРЭГ.
01ч 18м 52с — проверено прохождение сигналов 1МПА, ЗМПА. Выдан сигнал 2МПА (по ДРЭГ).
01ч 18м 54с — отключение АР-2 по неисправности, срабатывание БРУ-К1 ТГ-8, защита по повышению уровня в БПГ до 2-го предела выведена; защита по повышению уровня в БТС до 2-го предела выведена.
01ч 19м 39с — сигнал «1 ПК вверх».
01 ч. 22 мин. 30 с. — запись параметров (перед выбегом) на магнитную ленту «Скалы». По расчетам ИАЭ (выполненным после аварии), значение запаса реактивности в этот момент ОЗР = 6–8 ст. РР. /По другим данным, запас ОЗР составлял от 2 до 12 стержней при минимуме 16 РР, что являлось грубым нарушением регламента. Реактор было необходимо заглушить. Дополнительно, чтобы этого не произошло, были выведены защиты по повышению уровня в БПГ до 2-го предела и по повышению уровня в БТС до 2-го предела./
Оперативный запас реактивности из-за ксенонового отравления реактора был значительно меньше нормы. Из 211 стержней по разным оценкам было от 6–8, по свидетельству Комарова – 1,5 стержня, по данным В. Федуленко (ИАЭ им. И. В. Курчатова) в соответствии с записями на лентах ДРЕГ всего 2 стержня (!) при минимуме -16.
Согласно докладу (№1 INSAG-1), это привело к потере эффективности аварийной защиты (АЗ) реактора: «Тем временем реактивность реактора продолжала медленно падать. В 1 ч 22 мин 30 с оператор на распечатке программы быстрой оценки запаса реактивности увидел, что оперативный запас реактивности составил значение, требующее немедленной остановки реактора. Тем не менее это персонал не остановило, и испытания начались… В 1 ч 22 мин 30 сек запас реактивности составлял всего 6–8 стержней. Это, по крайней мере, вдвое меньше предельно допустимого запаса, установленного технологическим регламентом эксплуатации. Реактор находился в необычном, нерегламентном состоянии».
…Работа персонала с недопустимо малым оперативным запасом реактивности привела к тому, что практически все остальные стержни-поглотители находились в верхней части активной зоны.
В создавшихся условиях допущенные персоналом нарушения привели к существенному снижению эффективности A3 [аварийной защиты]».
Согласно докладу ГПАН (1991 г.), это было нарушением Регламента, а именно: «Эксплуатация РУ с ОЗР 15 стержней РР и менее в период… ориентировочно с 01 ч. 00 мин. 26.04.86 г. до момента аварии (нарушение главы 9 ТР)…»
Согласно трактовке INSAG-7, также свидетельствующей о возможности ксенонового отравления реактора: «Следствием допущенных неудачных действий по управлению реактором явилось то, что для компенсации дополнительной отрицательной реактивности, возникшей из-за ксенонового отравления активной зоны при снижении мощности, а также в процессе последовавшего затем повышения мощности до 200 МВт, из реактора пришлось извлечь часть стержней оперативного запаса — ОЗР, чем, как считает Комиссия, с осознанием тяжести последствий или без него, персонал перевел реактор в нерегламентное положение, при котором аварийная защита перестала быть гарантом гашения ядерной реакции…».
В 01 ч 22 мин 30 с была произведена запись параметров энергоблока системой СЦК «СКАЛА» на магнитную ленту, причем оперативные расчеты по программе «ПРИЗМА» в тот период не производились. Они были выполнены после аварии с использованием снятой с СЦК магнитной ленты по программе «ПРИЗМА-АНАЛОГ» вне пределов ЧАЭС (на Смоленской АЭС). Персонал БЩУ и персонал системы «СКАЛА» результатов оперативных расчетов не имел и вычисляемых параметров, включая значение ОЗР, на этот момент не знал.
Перед аварией персонал управлял реактором как бы вслепую. Персонал не видел снижения ОЗР ниже 15 стержней из-за длительности расчётов. Реальное значение ОЗР узнали уже после аварии, проанализировав расчёты Скалы в 1 час 22 минуты. А СИУРу оценить ОЗР по количеству погруженных стержней (он это может), возможно, было некогда, поскольку очень интенсивная работа у него по управлению реактором тогда была. Да, похоже, они не обращали внимания на ОЗР в то время. Как установил суд, персонал ЧАЭС часто работал в режимах «на пределе».
Но когда они поднимали реактор из ямы, у персонала все-таки (!) должно было быть понимание ситуации. При этом выбег должна была проводить одна, самая опытная смена, но по роковому стечению обстоятельств на дежурство попала, наоборот, самая неопытная.
Согласно докладу ГПАН (1991 г.), непосредственно перед испытаниями в 01 ч. 22 мин. 30 с.: «В создавшихся условиях небольшой прирост мощности реактора (по любой причине) в силу малого недогрева до кипения теплоносителя мог приводить к приросту объёмного паросодержания в нижней части активной зоны… Таким образом, перед началом испытаний параметры активной зоны обусловили повышенную восприимчивость реактора к саморазгонному процессу в нижней части активной зоны… Такое состояние создалось не только потому, что имел место повышенный против обычного расход теплоносителя…, а прежде всего малым значением мощности реактора».
Отметим, что саморазгонные процессы в реакторе заложены в проекте из-за гигантского положительного парового коэффициента 4–5 бета, а также отсутствием запрета работать на малой мощности в энергетическом режиме.
Пока ГЦН работали на выбеге (36,2 с), особенных изменений не было. Но после останова 4-х ГЦН, запитанных от выбегающего ТГ, положительная реактивность, создаваемая за счет снижения расхода воды в КМПЦ, привела к увеличению паросодержания. Сопротивление ТК возросло, расход через ТК стал снижаться, что привело к дальнейшему повышению паросодержания, а значит, и реактивность стала расти. Это вызвало аварийный рост мощности реактора и последующим заглушением реактора СИУРом кнопкой АЗ-5.
Персонал до последнего надеялся на «спасительную» кнопку АЗ-5, на ЧАЭС часто работала «на грани» в режимах с низким запасом ОЗР. К тому же создатели реактора усиленно внушали, что их реактор безопасен, а атомные аварии вообще невозможны. Я хорошо помню это роковое время. Но кто мог бы предположить, что это не сработает, что человеческая рука не успеет за мгновенными ядерными процессами? Как признает сам непосредственный руководитель испытаний А. Дятлов, персонал опоздал с нажатием кнопки: «Почему Акимов задержался с командой на глушение реактора, теперь не выяснишь…»
Как считает ГПАН:
Однако пользоваться аварийной защитой реактора данного конструктивного исполнения в условиях допущенного снижения ОЗР ни по аварийным сигналам, ни вручную после завершения испытаний без повреждения активной зоны уже было нельзя, по-видимому, начиная с 00 ч. 30 мин. 26.04.86, что требуется проверить дополнительными исследованиями.
Как кавитация «добила» реактор
Рассмотрим также гипотезу возникновения кавитации, которая выдвигается специалистами НИКИЭТ.
Снова Н. Доллежаль:
«Неопределенность в устойчивости в контуре непрерывной циркуляции, а также то обстоятельство, что за минуту до начала испытания генератора оператор резко снизил подачу питательной воды в сепараторы, по-видимому, вызвали возникновение кавитации».
Кавитация – образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных паром… Перемещаясь с потоком… кавитационный пузырёк захлопывается, излучая при этом ударную волну и значительный выброс энергии.
О,Ю,Новосельский:
При пуске реактора в режиме МКУ появление неравновесного пара на входах ТК не представляет никакой опасности: активная зона «набита» поглощающими стержнями, пустотный эффект отрицательный. В нашем случае на режим МКУ, к сожалению, похожа только теплогидравлика реактора... После почти полного прекращения подачи питводы в топливных каналах в верхней их части появилось кипение, пароводяная смесь с низким массовым паросодержанием (~1%) начинает поступать в сепараторы из активной зоны. Примерно через 20 секунд бóльшая часть водяного объема сепараторов замещается водой при температуре насыщения. В это время начинаются испытания – закрывается СРК, в 1.23.04 прекращается подача пара на турбину. Давление в контуре начинает увеличиваться. В опускные трубы из БС поступает насыщенная вода, через 25–30 секунд из-за низкого перегрева на ЗРК развивается кавитация… С появлением кавитационного пара в нижней части ТК включился мощный механизм положительной обратной связи: рост паросодержания вызывает увеличение энерговыделения, причем в первую очередь там, куда прибывает пар, т. е. в нижней части ТК. Это в свою очередь ведет к росту паросодержания. С увеличением плотности нейтронного потока вступает в действие еще одна положительная обратная связь – происходит ускоренное разотравление активной зоны. Роль «концевого эффекта» во всем этом плохо просматривается.
Версия о кавитации теплоносителя на ЗРК базируется на экспериментальных данных, доказывающих, что при температуре теплоносителя на входе в реактор, близкой к температуре кипения, происходит подкипание теплоносителя в бороздках ЗРК, и образующийся при этом пар попадает на входы в топливные каналы реактора.
Длина трубопроводов водяных коммуникаций от ЗРК до входов в технологические каналы составляет от 5,5 до 24 м, пароводяная смесь проходит это расстояние в течение от одной до шести секунд и далее попадает на входы в различные топливные каналы.
Перед взрывом: рост парообразования и пустотный эффект
Затем происходит резкий рост парообразования в каналах из-за положительного парового эффекта реактивности, связанного с тем, что пар из-за низкой плотности является более плохим поглотителем нейтронов, чем вода, что провоцирует резкий рост мощности реактора за счет разгона на мгновенных нейтронах. Этот процесс ускоряется мощным механизмом положительной обратной связи: рост паросодержания вызывает увеличение энерговыделения, в свою очередь, провоцируя еще большее производство пара и т. д. Помимо этого, разгон включает процесс «выжигания» ксенона, что также усиливает цепную реакцию. Эти процессы вызывают разрушение технологических каналов и взрыв реактора.
А. Н. Румянцев, один из экспертов, который заранее предупреждал конструкторов о недостатках реактора, также фактически выделяет данный процесс как начало аварийного, поскольку это повлекло за собой подачу в реактор «горячей» воды с лагом в 28 сек.:
Из доклада известно, что в 1 час. 22 мин. 26 апреля 1986 г. оператор резко снизил расход питательной воды, что повлекло увеличение температуры воды на входе в реактор с запаздыванием, равным времени прохода воды от барабанов-сепараторов до реактора… 28¸45 сек. Из доклада известно, что в 1 час. 23 мин. 04 сек. были закрыты стопорно-регулирующие клапаны (СРК) турбогенератора № 8 и испытания начались. К этому моменту времени уже …19¸36 сек. в ТК с самыми длинными НВК подавалась вода с увеличенной температурой. Реактор продолжал работать на мощности 200 МВт… всего за 36 сек. с момента начала испытаний мощность реактора, медленно повышаясь, достигла уровня, вызвавшего сброс АЗ-5. … На момент сброса АЗ-5 ТК в локальной зоне надкритичности уже имели среднюю по зоне мощность на уровне 1.2 значений номинальной мощности. Их мощность продолжала нарастать. При всех сопутствующих обстоятельствах авария стала неизбежной.
Н. Доллежаль:
В 1 ч 23 мин 04 с подача пара на… турбогенератор была прекращена [начались испытания выбега]. В это время должна была сработать система аварийной защиты, которая была отключена, реактор как бы продолжал производить пар неизвестному потребителю. Естественно, началось повышение давления в контуре теплоносителя и температуры воды на входе в реактор. То есть создались именно те условия, при которых наиболее вероятно развитие мощной гидродинамической кавитации. В 1 ч 23 мин 40 с, т. е. через 36 с после отключения второго турбогенератора, реактор взорвался: произошла авария.
Расчеты Румянцева раскрывают временную картину аварии. Считается, что второй взрыв на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС, который, по некоторым версиям, произошёл в 1 час 23 минуты 39 секунд (±1 секунда), однако официальная хронология событий гласит, что аварийный разгон реактора начался в 1 час 23 минуты 43 секунды, а разрушение реактора произошло в 1 час 23 минуты 50–55 секунд.
Согласно докладу №1 INSAG-1, повышение давления пара на фоне резкого падения подачи питательной воды в БС при снижении расхода воды через реактор вызвало рост мощности реактора, что, вероятнее всего, и было причиной нажатия кнопки АЗ.
Из рассказа свидетеля Лысюка Г. В. (мастер ЭЦ) следует, что, прежде чем Топтунов нажал АЗ-5, он успел крикнуть: «Мощность реактора растет с аварийной скоростью!».
В декабре 1987 г. шведское Инспекционное управление по ядерной энергетике (цитируем по О. Новосельскому) предложило схожую схему развития аварии на ЧАЭС: паровые пузыри, которые образовались при кавитации ГЦН, поступают на вход ТК. Причиной их образования является низкий недогрев воды (т. е. близость температуры воды к точке кипения) на входе в насосы. При большом пустотном эффекте реактивности, которым обладал в то время реактор, этот пар вызвал мощную вспышку реакции деления (разгон реактора). Следствием этого локального скачка энерговыделения было разрушение множества ТК в нижней части. Причиной второго взрыва было вытеснение паром воды из верхней части активной зоны. Т. е. опять сыграл большой положительный пустотный эффект. На временных интервалах в несколько секунд знак и величину эквивалентного быстрого мощностного эффекта реактивности почти целиком определяет паровой (пустотный) эффект. Остальные не успевают внести заметный вклад в реактивность.
Согласно М. Федуленко (ИАЭ им. И. В. Курчатова) (в 1986 г. — начальник лаборатории им. И. В. Курчатова), для запаривания нижней и средней части рабочих каналов большого роста мощности не требовалось, т. к. температура воды была практически равна температуре насыщения (кипения). Это вызвало быстрое и полное выталкивание воды из технологических каналов и замещение её паром, что привело к быстрому главному скачку реактивности, который вызвал разгон реактора на мгновенных нейтронах. Этот разгон «взорвал» ТВЭЛы нижней половины реактора.
Также заключительный доклад INSAG-7 фактически признает, что запаривание активной зоны и паровой коэффициент реактивности, по крайней мере отчасти, были причиной аварии:
…Ввиду пониженного уровня мощности реактора в это время недогрев теплоносителя [разница между температурой воды и температурой ее кипения, в данном контексте вода близка к точке кипения] на входе в активную зону был лишь незначительным и… мог оказаться вообще нулевым. Эти условия привели к началу кипения в нижней части активной зоны или вблизи нее. В существовавших тогда эксплуатационных условиях паровой коэффициент реактивности был весьма существенно положительным, а активная зона находилась в состоянии повышенной восприимчивости к увеличению положительной обратной связи по паровой реактивности в случае повышения мощности. Более того, при повышенном расходе теплоносителя уменьшился запас до кавитации циркуляционных насосов.
После отключения турбины работа запитанных от нее четырех насосов начала замедляться, поскольку скорость вращения турбины снижалась и падало напряжение связанного с ней генератора. Понижающийся расход через активную зону вызвал повышение паросодержания в активной зоне и обусловил появление первоначальной положительной обратной связи по реактивности, которая, по крайней мере отчасти, была причиной аварии.
После отключения турбины работа запитанных от нее четырех насосов начала замедляться, поскольку скорость вращения турбины снижалась и падало напряжение связанного с ней генератора. Понижающийся расход через активную зону вызвал повышение паросодержания в активной зоне и обусловил появление первоначальной положительной обратной связи по реактивности, которая, по крайней мере отчасти, была причиной аварии.
Поведали правду, скрыв ее словом лишь отчасти.
Форум IXBT про причины аварии:
Ведь именно такое сочетание: яма, потом 30 минут переменной нагрузки на внеплановые виброиспытания (с активным кипением, ручной подливкой воды в больших количествах и выкрученными сознательно уставками защиты от кипения), потом выбег на незаглушенном реакторе — вот это всё суммарно только позволило «опрокинуть» нейтронное поле активной зоны настолько сильно, что дальше уже начался непарируемый СУЗ разгон реактора. Убери любой из этих внеплановых экспериментов — и реактор бы заглушился, ровно как на прошлых попытках выбега в ноябре 85-го.
Авария на 4-м блоке ЧАЭС произошла, с одной стороны, из-за недостатков реактора и недоработанности технической документации к нему, а также из-за оказываемого на персонал какого-то непонятного давления со стороны отдела (сектора) ЦК КПСС. Второй важнейшей причиной стал недостаток знаний персонала об особенностях реактора РБМК, непонимание им теплогидравлических и нейтронно-физических процессов, протекающих в КМПЦ и реакторе, сказался и тот факт, что на блоке в это время работала самая неопытная смена. У персонала были проблемы с культурой оценки рисков – они действовали крайне самонадеянно, надеясь успеть нажать вовремя спасительную АЗ-5.
ДЕВЯТАЯ РОКОВАЯ ОШИБКА – ПАДЕНИЕ УРОВНЯ ОЗР НИЖЕ ДОПУСТИМОГО. РЕАКТОР НЕОБХОДИМО БЫЛО ГЛУШИТЬ.
Нам осталось осветить только два вопроса: что было первично — разгон реактора и, как следствие, нажатие кнопки АЗ-5 глушения реактора; или реактор все-таки глушился по завершению эксперимента, и оценить роль концевого эффекта в условиях, когда основная масса стержней была выведена из зоны. И второе — сам процесс развития аварии, описание которого достаточно объемно. Мы постараемся описать эти важные моменты в следующей заметке.
Автор выражает благодарность за ценные замечания коллег, высказанные ими в процессе написания статьи.
Ссылки:
Гурачевский В. Л. Введение в атомную энергетику.
Чернобыль: СВИДЕТЕЛЬСТВО КОМАРОВА
Информация об аварии на Чернобыльской АЭС и её последствиях, подготовленная для МАГАТЭ, Доклад №1 (INSAG-1)
О. Ю. Новосельский, Ю. М. Черкашов, К.П. Чечеров ,ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АВАРИИ НА 4-М ЭНЕРГОБЛОКЕ ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
Правда о Чернобыле лежит... в Москве, Сергей ЯНКОВСКИЙ, Зеркало недели№ 16 (441) Суббота, 26 Апреля - 7 Мая 2003 года
ЧЕРНОБЫЛЬСКИЙ СУД
ЧЕТВЕРТЫЙ БЛОК, Версия следователей
Григорий Медведев. Чернобыльская тетрадь, М Известия 1989г.
Информация об аварии на Чернобыльской АЭС и её последствиях,подготовленная для МАГАТЭ, Доклад №1 (INSAG-1)
Доллежаль Н.А. У истоков рукотворного мира. Записки конструктора. — 2010
ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АВАРИЯ: ДОПОЛНЕНИЕ К INSAG-1: INSAG-7
А.Г. Тарапон, РЕКОНСТРУКЦИЯ ПРИЧИНЫ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС И ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ РЕАКТОРА И ПОМЕЩЕНИЙ IV ЭНЕРГОБЛОКА
Чернобыль: СВИДЕТЕЛЬСТВО КОМАРОВА
В.М.Федуленко, в 1986 г. начальник лаборатории теплотехнических расчётов канальных реакторов, отд. 33 ИАЭ им. И.В.Курчатова
О причинах и обстоятельствах аварии на 4 блоке чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 г., Доклад Комиссии Госпроматомнадзора СССР
Принцип кавитационного нагрева меняет представление о добыче тепловой энергии
О.Ю.Новосельский, ведущий научный сотрудник НИКИЭТ им. Н.А.Доллежаля до ноября 2014 г.,, Легенда об аварийной защите, взорвавшей ядерный реактор
Новосельский О.Ю., Продолжение «Легенды»
А.Н.Румянцев, Чернобыль в 2009 году
Н.В. Карпан, ЧЕРНОБЫЛЬ МЕСТЬ МИРНОГО АТОМА, http://www.physiciansofchernobyl.org.ua/rus/books/Karpan.html, глава 6
Цитировано по О.Новосельский, Nuclear News, December 1987, р. 67-68
В.М.Федуленко, О причинах и развитии аварии на 4-м блоке ЧАЭС
ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АВАРИЯ: ДОПОЛНЕНИЕ К INSAG-1: INSAG-7
Информация