Как выглядит четвертый энергоблок внутри
Что происходит с радиоактивной лавой под реактором в Чернобыле
Четвертый энергоблок Чернобыльской АЭС, взорвавшийся больше 35 лет назад, сегодня укрыт уже двумя саркофагами: построенный первыми ликвидаторами сверху накрыли безопасным конфайнментом три года назад. Что происходит с остатками ядерного топлива в руинах реактора мы можем судить только по данным с датчиков радиации.
В начале мая журнал Science опубликовал заметку о том, что в четвертом реакторном зале ЧАЭС вновь активизировались реакции распада. Через неделю Институт проблем безопасности атомных электростанций НАН Украины подтвердил, что в одном из подреакторных помещений четвертого реактора ЧАЭС «наблюдается рост плотности потока нейтронов», но он «не превышает установленных пределов безопасности». Что происходит?
Science приводит слова сотрудников украинского Института проблем безопасности АЭС Анатолия Дорошенко и Максима Савельева, о том, что поток нейтронов в остатках реактора медленно растет и нельзя исключить «риск инцидентов».
Откуда взялись нейтроны в давно «остывшем» месте катастрофы и почему они так важны?
Нейтроны вызывают деление ядер урана-235 или плутония-239 (которые поэтому называются делящимися материалами), при этом распад ядер сопровождается выходом новых нейтронов и в случае правильной геометрии материалов выстраивается самоподдерживающаяся цепочка реакций. Это можно увидеть в ядерном взрыве или работе атомного реактора, и самопроизвольная авария с образованием цепной реакции весьма опасна.
В ходе развития аварии на 4 блоке Чернобыльской АЭС чуть меньше половины загруженного в реактор топлива (80-90 из 200 тонн) осталась в здании в виде лаваподобных топливосодержащих материалов. Уран, плутоний, америций и нептуний в этой застывшей лаве продолжают распадаться, порождая в некоторых вариантах распада нейтроны.
В конце 90-х общее количество нейтронов под первым саркофагом оценивалось величиной примерно 10 штук в секунду, что примерно в триллион раз меньше, чем поток нейтронов в работающем гигаваттном реакторе. За счет распада радиоактивных веществ мы должны были бы наблюдать постепенное снижение нейтронного потока, однако измерения кое-где показывают, что происходит не совсем это.
Отмеченный рост наблюдается в детекторах, установленных в скважинах, пробуренных в завалах и бетонных наплывах вокруг помещения 305/2, которое до аварии находилось прямо под реактором.
После аварии это помещение оказалось недоступным. И радиационные (те, что связаны с опасностью облучения), и ядерные (те, что связаны с риском возникновения самоподдерживающийся цепной реакции) измерения по нему косвенные. Дорошенко и соавторы в своей статье акцентируют внимание на том, что детекторы, расположенные возле помещения 305/2, где осталось самое большое скопление топливных масс, слишком сильно экранированы от него бетоном и завалами. В итоге получается, что нейтронный «шум» от других ЛТСМ забивает самый важный источник, поэтому точность данных по росту не очень велика в плане привязки замеченного роста потока к конкретному скоплению материалов.
Что там происходит
Атомный реактор, прежде всего, представляет из себя устройство для размножения нейтронов, с помощью которых идет извлечение ядерной энергии деления. Размножение достигается организацией такой геометрии из делящегося материала и замедлителя, при котором количество нейтронов возрастает после каждого акта деления, образуя самоподдерживающуюся цепную реакцию. Если же часть из нейтронов из нового поколения поглощать или давать им утекать из активной зоны таким образом, что количество их будет постоянным, то и мощность будет поддерживаться на одном и том же уровне.
Организовать такое непросто, и расчеты показывают, что для запуска ускоряющейся цепной реакции необходимо было бы уменьшить поглощение нейтронов «нейтральными» материалами и их утечку за пределы застывшего расплава как минимум в 2,5 раза. Самостоятельно такие изменения в самой керамике происходить не могут, но в ней есть поры и трещины, так что кое-что меняться может.
Основную роль в изменениях тут играет вода, которой в руинах четвертого энергоблока еще со времен аварии скопилось немало. После сооружения «Укрытия» оказалось, что дождевая и талая вода продолжает поступать внутрь, но к началу 1990 года установился некоторый баланс водного режима. Изменения нейтронной активности в помещениях под саркофагом, как пишут ученые в той же самой статье, были сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, влажные наоборот.
Эта ситуация изменилась, когда поверх «Укрытия» возвели в середине 2010-х Новый безопасный конфайнмент — поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. Соответственно, при высыхании залитых водой лаваподобных топливосодержащих материалов (ЛТСМ) нейтронный поток будет сначала увеличиваться и только после прохождения «оптимального увлажнения» начнет сокращаться — это, возможно, мы и видим сейчас.
Это происходит потому, что вода является одновременно сильным замедлителем и сильным поглотителем нейтронов. Замедление нейтронов — это снижение их энергии от миллионов электронвольт при рождении в ядерной реакции до сотых долей электронвольта — средней тепловой энергии атомов при комнатной температуре. Оно важно, потому что ядро урана-235 или плутония-239 примерно в 1000 раз охотнее поглотит замедленный нейтрон, чем быстрый, только появившийся в реакции. Поэтому добавляя воду к урану, мы увеличиваем вероятность деления и как бы виртуально многократно увеличиваем концентрацию урана. Однако когда воды становится достаточно много, все нейтроны успевают в ней замедлиться, и дальнейшее ее добавление приводит только к росту поглощения ценных нейтронов.
Но что может быть, если расчеты и модели неверны, и в реальности где-то сложатся условия для возникновения самопроизвольной цепной реакции? За историю работы человечества с делящимися материалами такие аварии возникали неоднократно, поэтому можно довольно уверенно предсказать, что произойдет.
Как выглядит самый страшный сценарий
Что будет, если все же ускоряющаяся цепная реакция запустится где-то в объеме топливосодержащей лавы?
Затем «очнувшийся» материал остынет и может вновь заполниться водой. Соответственно, цикл с ростом мощности реакции и прогревом может повториться — и так будет происходить, пока содержание воды в этой области станет слишком маленьким для эффективного замедления нейтронов.
Если это и происходило в 2016-2019 году, то в процессе выпаривания воды из ЛТСМ в объеме Нового Безопасного Конфаймента должна была вырасти концентрация радиоактивных аэрозолей, которые наверняка задержала система фильтрации НБК и заметили бы датчики системы контроля ядерной и радиационной безопасности, но никаких прямых данных у нас об этом нет.
При этом вышеописанный сценарий — это цепь из крайне смелых допущений. А комментарий «ГСП ЧАЭС» опровергает и вариант с развитием цепной реакции в ЛТСМ. Резюмируя, можно сказать, что за 35 прошедших с аварии лет, исследователи, видимо, достаточно хорошо знают об угрозах в останках четвертого энергоблока и барьерах на пути их распространения. Рост нейтронного потока был заранее предсказан расчетно и не является показателем роста опасности, а скорее подтверждает правильность заложенных моделей.
Станьте членом КЛАНА и каждый вторник вы будете получать свежий номер «Аргументы Недели», со скидкой более чем 70%, вместе с эксклюзивными материалами, не вошедшими в полосы газеты. Получите премиум доступ к библиотеке интереснейших и популярных книг, а также архиву более чем 700 вышедших номеров БЕСПЛАТНО. В дополнение у вас появится возможность целый год пользоваться бесплатными юридическими консультациями наших экспертов.
Четвертый энергоблок ЧАЭС спустя 30 лет после аварии (15 фото)
Фотограф Сергей Коровайный недавно побывал в четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС и запечатлел, в каком он находится состоянии. Сейчас здесь ведутся работы по возведению нового саркофага, который обезопасит место трагедии на ближайшие сто лет.
Пульт управления четвертым блоком
26 апреля 1986 года температура в реакторе стремительно выросла
Перед аварией в реакторе четвёртого блока находилось 180-190 тонн ядерного топлива. По оценкам, которые сейчас считаются наиболее достоверными, в окружающую среду в момент аварии попало 5-30% этого топлива
Реакторный зал первого блока Чернобыльской АЭС. Введен в эксплуатацию в 1977 году
Регулирующие стержни первого блока.
Трубы внутри первого блока.
Отдельные узлы Чернобыльской АЭС продолжали работать и после аварии. Последний энергоблок вывели из эксплуатации в 2000-м году
Насос в турбинном зале четвертого блока
Остатки турбины в четвертом блоке
В турбинном зале четвертого реактора
Турбина четвертого блока
Провода в турбинном зале. В четвертом блоке все еще хранятся остатки радиоактивного топлива
Подъемный кран в турбинном зале четвертого блока
Новое безопасное сооружение для консервации четвертого энергоблока: в середине ноября конструкцию надвинут на старый бетонный саркофаг, а стены с двух сторон конструкции достроят в 2017 году. Строители надеются, что новое укрытие позволит остановить распространение радиации на сто лет.
Как выглядит четвертый энергоблок внутри
Саркофаг — это весьма сложная инженерная система, состоящая их многих помещений, стен и перекрытий. Что интересно — частично саркофаг и является тем самым Четвертым энергоблоком, который вовсе не «взорвался», а просто получил значительные повреждения стен и кровли; опорные балки саркофага частично лежат на стенах бывшего энергоблока АЭС.
Под саркофагом есть множество помещений и комнат. Часть из них была создана уже после аварии для обслуживания саркофага и проведения всевозможных замеров и исследований — как правило, они отделены от разрушенного реакторного зала толстыми бетонными стенами, через которые не проникает радиация. Другая часть комнат — это бывшие помещения Четвертого энергоблока. В некоторые из них удалось проникнуть только в начале девяностых годов, мне встречались описания этих помещений — «покосившиеся перекрытия, следы копоти на стенах, передвинутая от взрыва мебель, толстый слой пыли на всех предметах, радиационный фон около 2 рентген в час». А в третьи комнаты (особенно в те помещения, что находятся под реакторным залом) не удалось попасть до сих пор, что там происходит сейчас — не знает никто.
На фото показано расположение саркофага относительно самой АЭС. Вот эта постройка в центре снимка — и есть сама атомная станция. Длинное помещение с белой стеной — это турбинный зал; в нем горячий пар, поступающий из реакторных залов, вращает турбины и вырабатывает электричество. Левее турбинного зала находятся реакторные залы.
Как можно увидеть, саркофаг накрывает целиком реакторный зал Четвертого энергоблока и часть кровли машинного зала. На заглавном фото в посте показаны помещения турбинного зала Четвертого энергоблока, фото сделано в 1989 году. В то время эти помещения были уже заброшены и находились под саркофагом.
На этих снимках хорошо видны разрушения АЭС от взрыва и последующего пожара — крыша реакторного зала полностью уничтожена, а крыша машинного зала пробита обломками. Чуть ближе от жерла реактора к точке съемки можно увидеть, что в Четвертом энергоблоке осталось множество помещений, лишь слегка затронутых взрывом.
Возведение саркофага. Здесь тоже можно увидеть окна каких-то комнат либо коридоров, часть их которых выбита взрывом, а часть — вообще нетронута. Сейчас все это скрыто стенами саркофага. Интересно, бывают ли служащие АЭС в этих помещениях? Снимков оттуда я не встречал нигде.
А вот план саркофага в разрезе. Очень хорошо видно, сколько всяких комнат и коридоров находится внутри.
Насколько мне известно, под крышу самого саркофага сейчас можно пройти из помещений Третьего энергоблока, который работал в штатном режиме до 2000 года. Вот так выглядит помещение блочного щита управления Четвертым блоком — именно отсюда операторы управляли реактором, фото 1989 года.
Вот это все сейчас тоже скрыто за стенами саркофага.
Годами люди предпринимали отчаянные попытки закрепить крышу убежища, чтобы не обвалилась. В саркофаге тускло освещенные туннели ведут в жуткие помещения, где полно кабелей, металла и других материалов. Стены обрушились, а обломки покрылись радиационной пылью. Работу по стабилизации завершили, и сегодня внутри реактора пустынно и очень высокий уровень излучения. Он ждет разборки. Чернобыль, 2011 год.
Рухнувшие балки и разрушенные бетонные опоры внутри саркофага над четвертым реактором Чернобыльской атомной станции 10 ноября 2000 года.
Графитовые стержни разрушенного энергоблока.
А сам реакторный зал выглядит примерно вот так. На фото — бетонная крышка реактора, которую в 1986 году подбросило взрывом, и назад она упала уже вот в таком положении. Трубки, торчащие из крышки — это так называемые тепловыделяющие сборки, а конусовидные элементы сверху — датчики-мониторы для контроля за уровнями радиации.
Лавообразные материалы (коричневая керамика) в басейне-барботере. (материалы архива МНТЦ «Укрытие" 
.
Видео, для тех, кому интересно:
В настоящее время рядом с саркофагом строится конфаймент, объект «Укрытие-2», призванный надежно защитить человечества от повторения подобной трагедий.
Ядерная бездна смотрит в тебя
Журналисты украинской службы Радио Свобода заглянули в четвертый энергоблок ЧАЭС до того, как его законсервируют на сто лет
В начале ноября завершилось строительство Нового безопасного конфайнмента (НБК), который должен накрыть старый саркофаг (известный как объект «Укрытие») четвертого энергоблока ЧАЭС, разрушенного во время ядерной катастрофы 26 апреля 1986 года. Надвижение началось 14 ноября и продлится несколько дней, сообщил заместитель генерального директора госпредприятия «Чернобыльская АЭС» по кадрам и режиму Евгений Катунин.
До того, как арка нового укрытия окажется над саркофагом, представителей медиа под нее не будут пускать, чтобы они не мешали проверке всех систем и передвижению «крыши». Но для журналистов украинской службы Радио Свобода на Чернобыльской АЭС сделали исключение.
Евгений Катунин показал съемочной группе механизмы, передвигающие арку НБК на ее постоянное место.
Домкраты, которые будут передвигать НБК, уже прошли проверку при монтаже арки. Первую ее половину передвигали по строительной площадке именно с помощью домкратов, когда потребовалось освободить место для монтажа второй половины. А затем с их же помощью конструкцию двигали назад.
Новый безопасный конфайнмент считается самой крупной подвижной наземной постройкой на планете.
Арку должны «надвинуть» на саркофаг Четвертого энергоблока ЧАЭС до 29 ноября этого года.
Вместе с разрушенным реакторным залом под конфайнментом окажутся и другие помещения Четвертого энергоблока. Среди них ‒ блочный щит управления Четвертого энергоблока (БЩУ-4), из которого руководили реактором в ночь аварии. А также поврежденная взрывом и радиоактивными обломками, но не разрушенная полностью часть машинного зала, которая граничит с помещениями реактора. Журналистов и большинство официальных делегаций сюда не пускают из-за высоких уровней радиации. Но съемочная группа Радио Свобода смогла побывать в некоторых помещениях четвертого энергоблока до того, как на них будет надвинут новый конфайнмент.
Мы с Евгением Катуниным и работниками, сопровождающими съемочную группу, идем по коридору через всю станцию до четвертого энергоблока. Его после аварии обшили желтыми алюминиевыми панелями, и после этого помещение стали называть «золотой коридор». Он ведет к большинству объектов, которые нас интересуют.
Перед входом в уцелевшие помещения четвертого энергоблока, группа раздевается до белья и получает спецодежду. Кроме белья и робы ‒ обязательны шапка, каска, перчатки, бахилы, респиратор и обувь. Все белого цвета, чтобы было видно загрязнения: пыль может содержать радиоактивные частицы. Маски подгоняют, чтобы не оставалось ни щелочки. Наибольший вред здоровью человека наносят радиоактивные частицы, которые попадают в легкие или желудок и остаются в организме, объясняют работники станции.
У каждого с собой есть дозиметр-накопитель. Но перед входом в опасные зоны к нему добавляют еще один, с монитором и звуковым сигналом: он сработает, если доза радиации будет приближаться к опасной.
Перед входом в саркофаг и в машинный зал ‒ повторное переодевание и усиленные средства защиты от радиации. До и после каждого опасного помещения ‒ комплексный дозиметрический контроль, так называемый «счетчик излучения человека». Проверка на нем происходит дольше, чем на обычном дозиметре, которых много на станции.
«Вы чистый», ‒ улыбается специалистка дозиметрического контроля после финальной проверки. Мы увидели все, что планировали. За окном уже темно.
25 апреля 1986 года на блочном щите управления четвертым энергоблоком (БЩУ-4) заступила на дежурство смена, которая должна была выполнить плановую остановку реактора, а во время нее провести ряд испытаний. Во время этих испытаний, в ночь на 26 апреля, началось неконтролируемое увеличение мощности реактора и прогремели два взрыва ‒ как предполагают исследователи катастрофы, из-за недостатков конструкции стержней его аварийной защиты и отсутствия в советской ядерной отрасли достаточных знаний о таких рисках.
Смена 25-26 апреля, которая работала в БЩУ-4, пыталась остановить неконтролируемый разгон реактора, а затем вместе с пожарными погасила пожар и минимизировала последствия катастрофы. БЩУ отделяли от реактора бетонные стены высокой прочности, поэтому он не пострадал от взрыва. Однако после аварии уровень радиации здесь многократно превысил норму. Работники щита управления реактором остались на рабочих местах и заплатили за это своим здоровьем, а то и жизнью. Заместитель генерального директора Чернобыльской АЭС по кадрам и режиму Евгений Катунин провел журналистов на БЩУ-4, куда представителей СМИ пускают крайне редко.
«На табло оператор мог увидеть какие-то отклонения: или поле энерговыделения, или расход воды. Мог проводить определенные манипуляции, после чего по датчикам посмотреть, привел ли параметры в соответствие с требованиями, или нет», ‒ объясняет представитель ЧАЭС.
Часть машинного зала ЧАЭС, которая обслуживала Четвертый энергоблок: здесь находятся седьмая и восьмая паровые турбины, которые генерировали ток с реактора. В момент взрыва 26 апреля 1986 года это помещение было частично разрушено из-за падения радиоактивных обломков, которые пробили крышу машзала. Взрывная волна повредила также опоры стен. На крыше машзала начался пожар. Руководитель смены турбинного зала Александр Лелеченко лично пошел в машинный зал: именно его действия не дали радиоактивному пожару распространиться дальше. Александр получил очень высокие дозы радиации, от которых скончался 7 мая, рассказывает тогдашний старший инженер управления четвертым энергоблоком Алексей Бреус. Он был свидетелем событий: его смена началась 26 апреля вскоре после аварии.
«В турбинах четвертого энергоблока в первые часы после аварии оставалось около ста тонн масла, которое могло загореться. А рядом в генераторах ‒ водород, который мог взорваться. Удалить водород, слить масло можно было только вручную. Александр Лелеченко, хотя и мог послать туда своих подчиненных, пошел сам. Провел эти очень длительные операции и получил большое облучение, из-за которого вскоре умер», ‒ вспоминает Бреус.
В первые недели после аварии погибли 20 работников ЧАЭС, которые ликвидировали последствия взрыва в ту ночь.
На помещение машинного зала взрывом бросило куски графитовой кладки и другие радиоактивные обломки из разрушенного реактора. Они пробили крышу и повредили стену. Сейчас эта часть входит в объект «Укрытие»: поврежденную стену подпирают металлические конструкции, а сверху над турбинами четвертого энергоблока ‒ временная крыша «саркофага». Наша съемочная группа попала внутрь через 30 с половиной лет после аварии. По словам Евгения Катунина, мы первые журналисты, которые смогли увидеть и снять это место на фото и видео с момента Независимости. Вместе с нами зашли специалисты ЧАЭС с дозиметром, рассчитанным на высокие поля радиации.
Седьмую и восьмую турбины от другой, чистой и целой части машзала, отделяет массивная защитная бетонная стена «саркофага». Подходим к стене, переступая через осколки. В ней ‒ дверной проем, в темноте видны очертания турбин.
«Можно идти сюда, но идти придется через очень высокий фон», ‒ говорит дозиметрист. Евгений Катунин просит провести нас через другой, радиационно безопасный вход. В небольшое пространство между дверью и заклинившей дверью, буквально вжимаемся внутрь.
Турбины, трубопроводы, датчики давления и даже подъемный кран практически целые, но покрыты ржавчиной. На видео можно увидеть белые вспышки и синеватое свечение пола ‒ так техника реагирует на мощное радиационное излучение. Поток нейтронов создает эффект старого архивного видео. Радиационный фон на тот момент был от 2840 до 6560 микрозивертов в час (до полрентгена в час), то есть примерно в 25-60 тысяч раз больше, чем средние уровни в Киеве. В той части помещения, где находится седьмая турбина, фон еще выше, но это место журналисты снимали на расстоянии. После того, как НБК будет надвинут на объект «Укрытие», поврежденная часть машзала окажется под аркой конфайнмента: она будет скрыта от людских глаз и не будет представлять угрозы для окружающей среды.
«Мы уже набрали половину допустимой суточной дозы для работника ЧАЭС, выходим!» ‒ обрывает нашу съемку дозиметрист. Мы по очереди ныряем в отверстие на улицу.
Бывшие работники ЧАЭС Александр Купный и Сергей Кошелев в 90-х годах несколько раз обходили помещение саркофага вдоль и поперек и смогли снять свои экспедиции на видео и фото. Александр Купный, бывший дозиметрист ЧАЭС, рассказал, что видел внутри разрушенного реакторного зала, и позволил использовать свой фото- и видеоматериал в этом сюжете.
«Мы заходили в реакторный зал четвертого энергоблока семь или восемь раз. Находились там каждый раз от 10 до 15 минут, больше ‒ риск слишком велик. Накопительные дозиметры ставили на два режима, чтобы они срабатывали на уровнях 10 и 50 рентген. А еще высокие уровни радиации сопровождались запахом озона. Если «запахло весной», как после грозы, ‒ надо бежать! Важно знать порядок доз, которые мы получали. Ни разу мы не ходили по поручению начальства. Тогдашнее руководство электростанции смотрело на наши походы сквозь пальцы, поскольку пользовалось отснятыми фото для буклетов, пользовалось даже видеоматериалами. Мы были мысленно благодарны за то, что благодаря этому нас не наказывают за самодеятельность», ‒ объясняет Купный.
Он рассказал и о том, как меняется ситуация внутри.
«За прошедшие несколько лет ситуация внутри саркофага меняется незначительно. Становится суше. И больше пыли. Ранее много где вода стояла. А сейчас сухие ржавые металлоконструкции крошатся под рукой. Меняются топливосодержащие массы. Сначала «слоновая нога» (застывший поток смеси расплавленного металла, камня, графита и ядерного топлива ‒ ред.) была настолько твердой, что от нее откалывали образцы для анализов, стреляя в них из огнестрельного оружия: об этом мне рассказывали старшие работники станции. А сейчас топливосодержащие материалы стали хрупкими», ‒ рассказывает очевидец.
Фильм экс-сотрудника ЧАЭС Купного, который лазил в изуродованный блок
В реакторный зал четвертого энергоблока, заваленный ржавым металлом, обломками бетона и ядерного топлива (ТВЭЛов), персонал станции сейчас не ходит. Но это уже и не нужно: на ЧАЭС видят положение дел внутри разрушенного взрывом энергоблока 24 часа в сутки. Датчики, установленные в разных точках четвертого энергоблока, передают информацию в интегрированную автоматизированную систему контроля за ситуацией в объекте «Укрытие» (ИАСК). Игорь, инженер системы контроля, рассказал, что датчики спустили на тросах сверху или продвинули к реакторному залу снизу через специальные скважины: работникам для этого подходить к реактору не пришлось. Сейчас на мониторе можно увидеть уровень излучения в остатках ядерного реактора, в подреакторных помещениях, куда стекали расплавленные топливосодержащие массы, и в других точках «саркофага».
«Радиационный фон у реактора превышает 4 зиверт (400 рентген в час), то есть он остается опасным для жизни человека. В местах, куда стекал расплавленный металл, смешанный с радиоактивным топливом, в том числе на так называемой «слоновой ноге», радиоактивность превышает 1500-1800 рентген (в час ‒ ред.), свидетельствуют данные ИАСК», ‒ показал Игорь журналистам текущие показатели изнутри саркофага.
В целом, по словам Игоря, уровни радиации в реакторе с годами уменьшаются. Однако после сильных дождей, когда через щели в крыше в помещение попадала вода, поток нейтронов несколько возрастал: вода ускоряет реакции в ядерном топливе и топливосодержащих массах, объясняют специалисты ЧАЭС.
Чтобы мы имели лучшее представление о том, каким был реакторный зал четвертого энергоблока внутри, Евгений Катунин повел нас к первому энергоблоку, очень похожему на разрушенный четвертый.