Сразу после Чернобыльской аварии для расследования её обстоятельств и причин было организовано пять комиссий и групп. Первая группа специалистов входила в состав Правительственной комиссии, которую возглавлял Б.Щербина. Вторая – комиссия учёных и специалистов при Правительственной комиссии, возглавляемая А.Мешковым и Г.Шашариным. Третья – следственная группа прокуратуры. Четвёртая – группа специалистов Минэнерго, возглавляемая Г.Шашариным. Пятая – комиссия эксплуатационщиков ЧАЭС, которая была вскоре ликвидирована распоряжением председателя Правительственной комиссии.
Каждая из них собирала информацию независимо от другой. Поэтому в их архивах образовалась некая разрозненность и неполнота в аварийных документах. По-видимому, это обусловило несколько декларативный характер ряда важных моментов в описании процесса аварии в подготовленных ими документах. Это хорошо просматривается при внимательном чтении, например, официального доклада Советского правительства в МАГАТЭ в августе 1986г. Позднее в 1991, 1995 и 2000гг. различными инстанциями были образованы дополнительные комиссии по расследованию причин Чернобыльской аварии (см. выше). Однако этот недостаток остался неизменным и в подготовленных ими материалах.
Мало известно, что сразу после Чернобыльской аварии для выяснения её причин работала шестая следственная группа, образованная «компетентными органами». Не привлекая к своей работе большого общественного внимания, она провела своё самостоятельное расследование обстоятельств и причин Чернобыльской аварии, опираясь на свои уникальные информационные возможности. По свежим следам в течение первых пяти дней были опрошены и проведены допросы 48 человек, а также сделаны фотокопии многих аварийных документов. В те времена, как известно, «компетентные органы» уважали даже бандиты, ну, а нормальные сотрудники ЧАЭС тем более не стали бы им врать. Поэтому выводы «органов» представляли чрезвычайный интерес для учёных.
Однако с этими выводами, шедшими под грифом «совершенно секретно», был ознакомлен очень узкий круг лиц. Лишь недавно СБУ решило рассекретить часть своих чернобыльских материалов, хранившихся в архивах. И хотя эти материалы официально уже не являются секретными, они по-прежнему остаются практически недоступными для широкого круга исследователей. Тем не менее, благодаря своей настойчивости автору удалось с ними подробно познакомиться.
Оказалось, что предварительные выводы были сделаны уже к 4-му мая 1986г., а окончательные к 11 мая того же года. Для краткости приведём только две цитаты из этих уникальных документов, непосредственно относящихся к теме данной статьи.
«...общей причиной аварии явилась низкая культура работников АЭС. Речь идёт не о квалификации, а о культуре работы, внутренней дисциплине и чувстве ответственности» (документ №29 от 7 мая 1986г) [24].
«Взрыв произошёл вследствие ряда грубых нарушений правил работы, технологии и несоблюдения режима безопасности при работе реактора 4-го блока АЭС» (документ №31 от 11 мая 1986г) [24].
Это был окончательный вывод «компетентных органов». Больше к этому вопросу они не возвращались.
Как видно, их вывод практически полностью совпадает с выводами этой статьи. Но есть «небольшая» разница. В Национальной академии наук Украины к ним пришли только через 15 лет после аварии, образно выражаясь, сквозь густой туман дезинформации со стороны заинтересованных лиц. А «компетентные органы» истинные причины Чернобыльской аварии окончательно установили всего за две недели.
Сценарий аварии
Исходное событие
Новая версия позволила обосновать наиболее естественный сценарий аварии. В настоящий момент он представляется таким.
В 00 часов 28мин 26.04.86г., переходя в режим электротехнических испытаний, персонал на БЩУ-4 допустил ошибку при переключении управления с системы локального автоматического регулирования (ЛАР) на систему автоматического регулирования мощности основного диапазона (АР). Из-за этого тепловая мощность реактора упала ниже 30МВт, а нейтронная мощность упала до нуля и оставалась таковой в течение 5минут, судя по показаниям самописца нейтронной мощности [5]. В реакторе автоматически начался процесс самоотравления короткоживущими продуктами деления. Сам по себе этот процесс никакой ядерной угрозы не представлял. Даже, наоборот, по мере его развития способность реактора поддерживать цепную реакцию уменьшается вплоть до полной его остановки независимо от воли операторов. Во всём мире в таких случаях реактор просто глушат, затем сутки-двое выжидают, пока реактор не восстановит свою работоспособность. А затем запускают его снова. Процедура эта считается рядовой, и никаких трудностей для опытного персонала 4-го блока не представляла.
Но на реакторах АЭС эта процедура весьма хлопотная и занимает много времени. А в нашем случае она ещё срывала выполнение программы электротехнических испытаний со всеми вытекающими неприятностями. И тогда, стремясь «быстрее закончить испытания», как потом объяснялся персонал, они стали постепенно выводить из активной зоны реактора управляющие стержни. Такой вывод должен был компенсировать снижение мощности реактора из-за процессов самоотравления. Эта процедура на реакторах АЭС тоже обычная и ядерную угрозу представляет только в том случае, если вывести их слишком много для данного состояния реактора. Когда количество оставшихся стержней достигло 15, оперативный персонал должен был реактор заглушить. Это было его прямой служебной обязанностью. Но он этого не сделал.
Рис. 1. Мощность (Np) и оперативный запас реактивности (Rоп) реактора 4-го блока на отрезке времени от 25.04.1986 до официального момента аварии 26.04.1986 [12] (овалом выделен предаварийный и аварийный отрезки времени)
Кстати, первый раз такое нарушение случилось в 7ч 10мин 25 апреля 1986г., т.е. чуть ли не за сутки до аварии, и продолжалось примерно до 14часов (см. рис.1). Интересно отметить, что в течение этого времени поменялись смены оперативного персонала, поменялись начальники смены 4-го блока, поменялись начальники смены станции и другое станционное начальство и, как это не странно, никто из них не поднял тревоги, как будто всё было в порядке, хотя реактор уже находился на грани взрыва.. Невольно напрашивается вывод, что нарушения такого типа, по-видимому, были обычным явлением не только у 5-й смены 4-го блока.
Этот вывод подтверждают и показания И.И.Казачкова, работавшего 25 апреля 1986г. начальником дневной смены 4-го блока: «Я так скажу: у нас неоднократно было менее допустимого количества стержней – и ничего...», «...никто из нас не представлял, что это чревато ядерной аварией. Мы знали, что делать этого нельзя, но не думали...» [18]. Образно выражаясь, реактор долго «сопротивлялся» столь вольному обращению с ним, но персонал всё-таки сумел его «изнасиловать» и довести до взрыва.
Второй раз это случилось уже 26 апреля 1986г. вскоре после полуночи. Но по какой-то причине персонал не стал глушить реактор, а продолжал выводить стержни. В результате в 01ч 22мин 30с. в активной зоне оставалось 6...8 управляющих стержней. Но и это персонал не остановило, и он приступил к электротехническим испытаниям. При этом можно уверенно предположить, что персонал продолжал вывод стержней до самого момента взрыва. На это указывает фраза «началось медленное повышение мощности» [1] и экспериментальная кривая изменения мощности реактора в зависимости от времени [12] (см. рис.2).
Рис. 2. Изменение мощности (Np) реактора 4-го блока на отрезке времени от 23ч 00мин 25.04.1986 до официального момента аварии 26.04.1986 (увеличенный участок графика, обведённого овалом на рис.1). Обращает на себя внимание постоянный рост мощности реактора вплоть до самого взрыва
Во всём мире никто так не работает, ибо нет технических средств безопасного управления реактором, находящимся в процессе самоотравления. Не было их и у персонала 4-го блока. Конечно, никто из них не хотел взрывать реактор. Поэтому вывод стержней свыше разрешённых 15-ти мог осуществляться только на основе интуиции. С профессиональной точки зрения это уже была авантюра в чистом её виде. Почему они на неё пошли? Это отдельный вопрос.
В какой-то момент между 01ч 22мин 30с и 01ч 23мин 40с интуиция персоналу, по-видимому, изменила, и из активной зоны реактора оказалось выведено избыточное количество стержней. Реактор перешёл в режим поддержания цепной реакции на мгновенных нейтронах. Ещё не созданы и вряд ли когда будут созданы технические средства управления реакторами в таком режиме. Поэтому в течение сотых долей секунды тепловыделение в реакторе возросла в 1500...2000 раз [5,6], ядерное топливо нагрелось до температуры 2500...3000 градусов [23], а далее начался процесс, который называется тепловым взрывом реактора. Его последствия сделали ЧАЭС «знаменитой» на весь мир.
Поэтому событием, инициировавшим неуправляемую цепную реакцию, было бы более правильно считать избыточный вывод стержней из активной зоны реактора. Как это произошло в остальных ядерных авариях, закончившихся тепловым взрывом реактора, в 1961г. и в 1985г. А уже после разрыва каналов полная реактивность могла возрасти за счёт парового и пустотного эффектов. Для оценки индивидуального вклада каждого из этих процессов необходимо детальное моделирование самой сложной и наименее разработанной, второй фазы аварии.
Предлагаемая автором схема развития Чернобыльской аварии представляется более убедительной и более естественной, чем ввод всех стержней в активную зону реактора после запоздалого нажатия кнопки АЗ-5. Ибо количественный эффект последнего у разных авторов имеет довольно большой разброс от достаточно больших 2β до пренебрежимо малых 0,2β. А какой из них реализовался при аварии и реализовался ли вообще, неизвестно. Кроме того, «в результате исследований различных коллективов специалистов... стало ясно, что одного ввода положительной реактивности только стержнями СУЗ с учётом всех обратных связей, воздействующих на паросодержание, недостаточно для воспроизведения такого всплеска мощности, начало которого зарегистрировано системой централизованного контроля СЦК СКАЛА IV энергоблока ЧАЭС» [7] (см. рис.1).
В то же время давно известно, что вывод управляющих стержней из активной зоны реактора сам по себе может дать гораздо больший выбег реактивности – более 4β [13]. Это, во-первых. А, во-вторых, научно ещё не доказано, что стержни вообще входили в активную зону. Из новой же версии следует, что они и не могли туда войти, ибо в момент нажатия кнопки АЗ-5 уже не существовало ни стержней, ни активной зоны.
Таким образом, версия эксплуатационщиков, выдержав проверку аргументами качественного характера, не выдержала количественной проверки и её можно сдавать в архив. А версия учёных после небольшой поправки получила дополнительные количественные подтверждения.
Первый взрыв»
Неуправляемая цепная реакция в реакторе 4-го блока началась в некоторой, не очень большой части активной зоны и вызвала местный перегрев охлаждающей воды. Скорее всего, она началась в юго-восточном квадранте активной зоны на высоте от 1,5 до 2,5м от основания реактора [23]. Когда давление пароводяной смеси превысило пределы прочности циркониевых труб технологических каналов, они разорвались. Изрядно перегретая вода почти мгновенно превратилась в пар довольно высокого давления. Этот пар, расширяясь, подтолкнул массивную 2500-тонную крышку реактора вверх. Для этого, как оказалось вполне достаточно разрыва всего нескольких технологических каналов. На этом закончилась начальная стадия разрушения реактора и началась основная.
Двигаясь вверх, крышка последовательно, как в домино, разорвала остальную часть технологических каналов. Многие тонны перегретой воды почти мгновенно превратились в пар, и сила его давления уже довольно легко подкинула «крышку» на высоту 10...14 метров. В образовавшееся жерло ринулась смесь пара, обломков графитовой кладки, ядерного топлива, технологических каналов и других конструкционных элементов активной зоны реактора. Крышка реактора развернулась в воздухе и упала обратно ребром, раздавив верхнюю часть активной зоны и вызвав дополнительный выброс радиоактивных веществ в атмосферу. Ударом от этого падения можно объяснить двойной характер «первого взрыва».
Таким образом, с точки зрения физики «первый взрыв» собственно не был взрывом, как физическим явлением, а представлял собой процесс разрушения активной зоны реактора перегретым паром. Поэтому сотрудники ЧАЭС, рыбачившие в аварийную ночь на берегу пруда-охладителя, не услышали звука после него. Именно поэтому сейсмические приборы на трёх сверхчувствительных сейсмостанциях с расстояния 100...180км смогли зарегистрировать только второй взрыв.
Второй взрыв»
Параллельно с этими механическими процессами в активной зоне реактора начались различные химические реакции. Из них особый интерес вызывает экзотермическая пароциркониевая реакция. Она начинается при 900°C и бурно проходит уже при 1100°C. Её возможная роль более подробно изучалась в работе [19], в которой было показано, что в условиях аварии в активной зоне реактора 4-го блока только за счёт этой реакции в течение 3с могло образоваться до 5000м3 водорода.
Когда верхняя «крышка» взлетала в воздух, в центральный зал из шахты реактора вырвалась эта масса водорода. Перемешавшись с воздухом центрального зала, водород образовал детонационную воздушно-водородную смесь, которая затем взорвалась, скорее всего, от случайной искры или раскалённого графита. Сам взрыв, судя по характеру разрушений центрального зала, носил бризантный и объёмный характер, аналогичный взрыву известной «вакуумной бомбы» [19]. Именно он и разнёс вдребезги крышу, центральный зал и другие помещения 4-го блока.
После этих взрывов в подреакторных помещениях начался процесс образования лавообразных топливосодержащих материалов. Но это уникальное явление является уже следствием аварии и здесь не рассматривается.
Основные выводы
1. Первопричиной Чернобыльской аварии стали непрофессиональные действия персонала 5-й смены 4-го блока ЧАЭС, который, скорее всего, увлёкшись рискованным процессом поддержания мощности реактора, попавшего в режим самоотравления по вине самого персонала, на уровне 200МВт, сначала «просмотрел» недопустимо опасный и запрещённый регламентом вывод управляющих стержней из активной зоны реактора, а затем «задержался» с нажатием кнопки аварийного глушения реактора АЗ-5. В результате в реакторе началась неуправляемая цепная реакция, которая закончилась его тепловым взрывом.
2. Ввод графитовых вытеснителей управляющих стержней в активную зону реактора не мог быть причиной Чернобыльской аварии, так как в момент первого нажатия кнопки АЗ-5 в 01ч 23мин 39с уже не существовало ни управляющих стержней, ни активной зоны.
3. Причиной первого нажатия кнопки АЗ-5 послужил «первый взрыв» реактора 4-го блока, который произошёл примерно в период от 01ч 23мин 20с до 01ч 23мин 30с и разрушил активную зону реактора.
4. Второе нажатие кнопки АЗ-5 произошло в 01ч 23мин 41с и практически совпало во времени со вторым, уже настоящим взрывом воздушно-водородной смеси, который полностью разрушил здание реакторного отделения 4-го блока.
5. Официальная хронология Чернобыльской аварии, основанная на распечатках ДРЕГ, неадекватно описывает процесс аварии после 01ч 23мин 41с Первыми на эти противоречия обратили внимание специалисты ВНИИАЭС. Возникает необходимость её официального пересмотра с учётом недавно открывшихся новых обстоятельств.
В заключение автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность члену-корреспонденту НАНУ А.А.Ключникову, доктору физико-математических наук А.А.Боровому, доктору физико-математических наук Е.В.Бурлакову, доктору технических наук Э.М.Пазухину и кандидату технических наук В.Н.Щербину за критическое, но доброжелательное обсуждение полученных результатов и моральную поддержку.
Автор также считает своим особо приятным долгом выразить глубокую благодарность генералу СБУ Ю.В.Петрову за предоставленную возможность подробно ознакомиться с частью архивных материалов СБУ, связанных с Чернобыльской аварией, и за устные комментарии к ним. Они окончательно убедили автора в том, что «компетентные органы» являются органами действительно компетентными.
Список литературы
Авария на Чернобыльской АЭС и её последствия: Информация ГК АЭ СССР, подготовленная для совещания в МАГАТЭ (Вена, 25...29 августа 1986г.).
Типовой технологический регламент по эксплуатации блоков АЭС с ректором РБМК-1000. НИКИЭТ. Отчёт №33/262982 от 28.09.1982г.
О причинах и обстоятельствах аварии на 4 блоке ЧАЭС 26 апреля 1986г. Доклад ГПАН СССР, Москва, 1991.
Информация об аварии на Чернобыльской АЭС и её последствиях, подготовленная для МАГАТЭ. Атомная энергия, т.61, вып.5, ноябрь 1986.
Отчёт ИРЭП. Арх. №1236 от 27.02.97.
Отчёт ИРЭП. Арх. №1235 от 27.02.97.
НовосельскийО.Ю., ПодлазовЛ.Н., ЧеркашовЮ.М Чернобыльская авария. Исходные данные для анализа. РНЦ «КИ», ВАНТ, сер. Физика ядерных реакторов, вып.1, 1994.
МедведевТ. Чернобыльская тетрадь. Новый мир, №6, 1989.
Доклад Правительственной комиссии «Причины и обстоятельства аварии 26 апреля 1986г. на блоке 4 Чернобыльской АЭС. Действия по управлению аварией и ослаблению её последствий» (Обобщение выводов и результатов работ международных и отечественных учреждений и организаций) под рук. СмышляеваА.Е. Держкоматомнагляд України. Рег. №995Б1.
Новая газета, №3 (105), октябрь 1996г.
Хронология процесса развития последствий аварии на 4-м блоке ЧАЭС и действия персонала по их ликвидации. Отчёт ИЯИ АН УССР, 1990 и Свидетельства очевидцев. Приложение к отчёту.
A.A.Abagyan, E.O.Adamov, E.V.Burlakov et. al. «Chernobyl accident causes: overview of studies over the decade», IAEA International conferens «One decade after Chernobyl: nuclear safety aspects», Vienna, april 1...3, 1996, IAEA-J4-TC972, p.46...65.
Мак-Каллех, Милле, Теллер. Безопасность ядерных реакторов. // Мат-лы Междунар. конф. по мирному использованию атомной энергии, состоявшейся 8...20 августа 1955г. Т.13. М.: Изд-во иностр. лит., 1958.
Интервью Б.В.Рогожкина в газете «Киевские Ведомости», 14 мая 2001г.
О.Гусев. «У заграві чорнобильських блискавиць». Т.4, К.: Варта, 1998.
А.С.Дятлов. Чернобыль. Как это было. М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 2000.
Н.Попов. «Страницы Чернобыльской трагедии». Статья в газете «Вестник Чернобыля» №21 (1173), 26-05-01.
Ю.Щербак. «Чернобыль», Москва, 1987.
Э.М.Пазухин. «Взрыв водородно-воздушной смеси как возможная причина разрушения центрального зала 4-го блока Чернобыльской АЭС во время аварии 26 апреля 1986г.», Радиохимия, т.39, вып.4,1997.
«Анализ текущей безопасности объекта «Укрытие» и прогнозные оценки развития ситуации». Отчёт МНТЦ «Укрытие», рег. №3836 от 25.12.2001. Под научным руководством доктора физ.-мат. наук А.А.Борового. Чернобыль, 2001.
В.Н.Страхов, В.И.Старостенко, О.М.Харитонов и др. «Сейсмические явления в районе Чернобыльской АЭС». Геофизический журнал, т.19, №3, 1997.
Карпан Н.В.Хронология аварии на 4-м блоке ЧАЭС. Аналитический отчёт, Д. №17-2001, Киев, 2001.
В.А.Кашпаров, Ю.А.Иванов, В.П.Процак и др. «Оценка максимальной эффективной температуры и времени неизотермического отжига чернобыльских топливных частиц во время аварии». Радиохимия, т.39, вып.1, 1997г.
«З архівів ВУЧК, ГПУ, НКВД, КГБ», Спецвипуск №1, 2001г. Видавництво «Сфера».
Аналіз аварії на четвертому блоці ЧАЕС. Звіт. Част. 1. Обставини аварії. Шифр 20/6н-2000. НВП «РОСА». Київ, 2001.