Оказывается, РБМК, как и все реакторы, ядерноопасен при большом запасе реактивности, но в отличие от всех остальных он ещё более опасен при малом запасе реактивности. В книгах по реакторам о таком не говорится. А создатели РБМК, родив перевёртыша, по стыдливости или по скромности умолчали об этом его свойстве. Впрочем, если бы они сообщили, то едва ли нашлись согласные эксплуатировать его.
Главный конструктор академик Н.А. Доллежаль в уже упомянутом выше документе пишет:
«Постоянное стремление создателей ядерного реактора к наивысшей его экономичности связано, в частности, с необходимостью возможно больше удалять из активной зоны элементы, вредно и паразитно поглощающие нейтроны. Среди прочих одним из таких элементов является вода, остающаяся в нижней части канала, занимаемого стержнем регулирования мощности, развиваемой реактором. Чтобы избежать этого влияния, некоторая нижняя часть стержня регулирования определённого строго рассчитанного размера (выделение моё – А.Д.) делается из непоглощающего материала, вытесняя таким образом соответствующее количество воды в этом канале, которое в должной степени до этого было поглотителем».
То есть, что сделали конструкторы? К стержню из карбида бора, сильно поглощающего нейтроны, подвесили графитовый вытеснитель длиной 4,5 м. При поднятом поглотителе вытеснитель симметрично располагается; по высоте активной зоны, оставляя сверху и снизу в канале столбы воды по 1,25 м. Казалось бы, надо сделать вытеснитель на всю высоту (7 м) активной зоны, выигрыш больше. Но при симметричном вытеснителе нужно либо удлинять канал – помещение не позволяет, либо усложнять конструкцию стержней. А поскольку при работе реактора подавляющую часть времени нейтронное поле внизу и сверху относительно мало, то и выигрыш нейтронов невелик. Остановились на вытеснителе 4,5 м.
И тут выясняется, что утверждение академика – «строго рассчитанного размера» – чистый блеф, действительности не соответствует. Считали или нет – не знаю, но о строгости говорить не приходится.
При движении стержня из верхнего положения в верхнюю часть зоны входит поглотитель и вносит отрицательную реактивность, в нижней части канала графитовый вытеснитель замещает воду и вносит положительную реактивность. Оказывается, суммарная реактивность при нейтронном поле, смещённом вниз, вносится положительная в течение первых трёх секунд движения стержня. Явление недопустимое. Наблюдалось оно на Игналинской станции, на Чернобыльской при физическом пуске реактора четвёртого блока, но должной оценки у научных работников не получило. На этом фокусы 4,5-метрового вытеснителя не кончаются.
Реактор РБМК геометрически и, что важнее, физически – большой. Отдельные его области могут вести себя почти как самостоятельные реакторы. При срабатывании АЗ, когда одновременно в зону идёт большое количество стержней, в нижней части зоны создаётся стержнями локальная критическая масса.
СТАТЬЯ 3.3.28. ПБЯ «Количество, расположение, эффективность и скорость введения исполнительных органов АЗ должны быть определены и обоснованы в проекте реактора, где должно быть показано, что при любых аварийных режимах исполнительные органы АЗ без одного наиболее эффективного органа обеспечивают: скорость аварийного снижения мощности реактора, достаточную для предотвращения возможного повреждения твэлов сверх допустимых пределов; приведение реактора в подкритическое состояние и поддержание его в этом состоянии…; – предотвращение образования локальных критических масс».
Стержни СУЗ реактора не только не предотвращали, но и сами создали критическую массу внизу активной зоны.
Заместитель директора НИКИЭТ И.Я. Емельянов, под руководством которого создавался проект СУЗ. так это хладнокровно и академично, как на лекции в Баумановском училище, даёт свидетельское показание: «Органы воздействия на реактивность должны проектироваться таким образом чтобы при движении их в одну сторону знак вносимой реактивности не изменялся». Как будто не под его руководством созданы стержни с противоположными свойствами.
Когда стержень СУЗ находится в промежуточном положении, вода из нижней части канала уже вытеснена и при движении стержня он сразу начинает вносить отрицательную реактивность. При большом запасе реактивности некоторое количество стержней находится в промежуточном положении и АЗ как-то справляется со своим назначением.
При малом запасе большая часть стержней извлечена из зоны и при срабатывании АЗ, по сигналу или от кнопки, она может вносить положительную реактивность, согласно послеаварийным расчётам, величиной до одной бета. И только через 5…6 с, в аварийных условиях это целая вечность, защита начинает вносить отрицательную реактивность.
СТАТЬЯ 3.3.5. ПБЯ «По крайней мере одна из предусмотренных систем воздействия на реактивность должна быть способна привести реактор в подкритическое состояние и поддерживать его в этом состоянии при любых нормальных и аварийных условиях и при условии несрабатывания одного наиболее эффективного органа воздействия на реактивность».
26 апреля 1986 г. АЗ после нажатия кнопки, к сожалению (я не оговорился), сработала в полном объёме и взорвала реактор. При отказе части защиты аварии могло и не быть. Парадокс? Да. Но такова защита.
Оперативный запас реактивности
Обычно ОЗР необходим для возможности маневрирования мощностью. Сконструировать реактор с нулевым коэффициентом реактивности не представляется возможным, поэтому при изменениях режимов работы необходим какой-то запас реактивности. И по экономическим соображениям, и по условиям безопасности он должен быть минимальным. Вначале в проектных документах на реактор РБМК не накладывалось никаких ограничений на минимальный запас. В 1975 г. на первом блоке Ленинградской АЭС при выходе на мощность после срабатывания АЗ произошла авария с разрывом технологического канала из-за перегрева небольшой части активной зоны. Уменьшить в этой части мощность путём погружения стержней здесь и извлечения в других местах не представлялось возможным. Из-за отравления реактора ксеноном запаса реактивности не было.
Это был первый звонок, даже колокол громкого боя. Станция была близка к катастрофе. Разгерметизировался один канал, а в тех условиях могло быть и несколько, и, как теперь ясно, это вело к аварии, аналогичной Чернобылю. После аварии комиссия сотрудников ИАЭ и НИКИЭТ обследовала реактор и выдала в 1976 г. рекомендации по улучшению характеристик РБМК, которые легли в основу мероприятий по модернизации… в 1986г, после Чернобыльской катастрофы. Ну, десять лет – не срок!
Отсюда и появилась запись в Регламенте о запрете работать при запасе реактивности меньше 15 стержней РР. Все на Чернобыльской станции, как и на других с реакторами РБМК, понимали его необходимость для регулирования энерговыделения по объёму активной зоны, чтобы иметь возможность уменьшить нейтронный поток в «горячих» точках и увеличить в «холодных». О том, что при малом запасе реактивности из-за принципиально неверной конструкции стержней СУЗ АЗ становится своим антиподом – разгонным устройством, создатели реактора нам не сообщили. Знали ли сами авторы об этом?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83
Главный конструктор академик Н.А. Доллежаль в уже упомянутом выше документе пишет:
«Постоянное стремление создателей ядерного реактора к наивысшей его экономичности связано, в частности, с необходимостью возможно больше удалять из активной зоны элементы, вредно и паразитно поглощающие нейтроны. Среди прочих одним из таких элементов является вода, остающаяся в нижней части канала, занимаемого стержнем регулирования мощности, развиваемой реактором. Чтобы избежать этого влияния, некоторая нижняя часть стержня регулирования определённого строго рассчитанного размера (выделение моё – А.Д.) делается из непоглощающего материала, вытесняя таким образом соответствующее количество воды в этом канале, которое в должной степени до этого было поглотителем».
То есть, что сделали конструкторы? К стержню из карбида бора, сильно поглощающего нейтроны, подвесили графитовый вытеснитель длиной 4,5 м. При поднятом поглотителе вытеснитель симметрично располагается; по высоте активной зоны, оставляя сверху и снизу в канале столбы воды по 1,25 м. Казалось бы, надо сделать вытеснитель на всю высоту (7 м) активной зоны, выигрыш больше. Но при симметричном вытеснителе нужно либо удлинять канал – помещение не позволяет, либо усложнять конструкцию стержней. А поскольку при работе реактора подавляющую часть времени нейтронное поле внизу и сверху относительно мало, то и выигрыш нейтронов невелик. Остановились на вытеснителе 4,5 м.
И тут выясняется, что утверждение академика – «строго рассчитанного размера» – чистый блеф, действительности не соответствует. Считали или нет – не знаю, но о строгости говорить не приходится.
При движении стержня из верхнего положения в верхнюю часть зоны входит поглотитель и вносит отрицательную реактивность, в нижней части канала графитовый вытеснитель замещает воду и вносит положительную реактивность. Оказывается, суммарная реактивность при нейтронном поле, смещённом вниз, вносится положительная в течение первых трёх секунд движения стержня. Явление недопустимое. Наблюдалось оно на Игналинской станции, на Чернобыльской при физическом пуске реактора четвёртого блока, но должной оценки у научных работников не получило. На этом фокусы 4,5-метрового вытеснителя не кончаются.
Реактор РБМК геометрически и, что важнее, физически – большой. Отдельные его области могут вести себя почти как самостоятельные реакторы. При срабатывании АЗ, когда одновременно в зону идёт большое количество стержней, в нижней части зоны создаётся стержнями локальная критическая масса.
СТАТЬЯ 3.3.28. ПБЯ «Количество, расположение, эффективность и скорость введения исполнительных органов АЗ должны быть определены и обоснованы в проекте реактора, где должно быть показано, что при любых аварийных режимах исполнительные органы АЗ без одного наиболее эффективного органа обеспечивают: скорость аварийного снижения мощности реактора, достаточную для предотвращения возможного повреждения твэлов сверх допустимых пределов; приведение реактора в подкритическое состояние и поддержание его в этом состоянии…; – предотвращение образования локальных критических масс».
Стержни СУЗ реактора не только не предотвращали, но и сами создали критическую массу внизу активной зоны.
Заместитель директора НИКИЭТ И.Я. Емельянов, под руководством которого создавался проект СУЗ. так это хладнокровно и академично, как на лекции в Баумановском училище, даёт свидетельское показание: «Органы воздействия на реактивность должны проектироваться таким образом чтобы при движении их в одну сторону знак вносимой реактивности не изменялся». Как будто не под его руководством созданы стержни с противоположными свойствами.
Когда стержень СУЗ находится в промежуточном положении, вода из нижней части канала уже вытеснена и при движении стержня он сразу начинает вносить отрицательную реактивность. При большом запасе реактивности некоторое количество стержней находится в промежуточном положении и АЗ как-то справляется со своим назначением.
При малом запасе большая часть стержней извлечена из зоны и при срабатывании АЗ, по сигналу или от кнопки, она может вносить положительную реактивность, согласно послеаварийным расчётам, величиной до одной бета. И только через 5…6 с, в аварийных условиях это целая вечность, защита начинает вносить отрицательную реактивность.
СТАТЬЯ 3.3.5. ПБЯ «По крайней мере одна из предусмотренных систем воздействия на реактивность должна быть способна привести реактор в подкритическое состояние и поддерживать его в этом состоянии при любых нормальных и аварийных условиях и при условии несрабатывания одного наиболее эффективного органа воздействия на реактивность».
26 апреля 1986 г. АЗ после нажатия кнопки, к сожалению (я не оговорился), сработала в полном объёме и взорвала реактор. При отказе части защиты аварии могло и не быть. Парадокс? Да. Но такова защита.
Оперативный запас реактивности
Обычно ОЗР необходим для возможности маневрирования мощностью. Сконструировать реактор с нулевым коэффициентом реактивности не представляется возможным, поэтому при изменениях режимов работы необходим какой-то запас реактивности. И по экономическим соображениям, и по условиям безопасности он должен быть минимальным. Вначале в проектных документах на реактор РБМК не накладывалось никаких ограничений на минимальный запас. В 1975 г. на первом блоке Ленинградской АЭС при выходе на мощность после срабатывания АЗ произошла авария с разрывом технологического канала из-за перегрева небольшой части активной зоны. Уменьшить в этой части мощность путём погружения стержней здесь и извлечения в других местах не представлялось возможным. Из-за отравления реактора ксеноном запаса реактивности не было.
Это был первый звонок, даже колокол громкого боя. Станция была близка к катастрофе. Разгерметизировался один канал, а в тех условиях могло быть и несколько, и, как теперь ясно, это вело к аварии, аналогичной Чернобылю. После аварии комиссия сотрудников ИАЭ и НИКИЭТ обследовала реактор и выдала в 1976 г. рекомендации по улучшению характеристик РБМК, которые легли в основу мероприятий по модернизации… в 1986г, после Чернобыльской катастрофы. Ну, десять лет – не срок!
Отсюда и появилась запись в Регламенте о запрете работать при запасе реактивности меньше 15 стержней РР. Все на Чернобыльской станции, как и на других с реакторами РБМК, понимали его необходимость для регулирования энерговыделения по объёму активной зоны, чтобы иметь возможность уменьшить нейтронный поток в «горячих» точках и увеличить в «холодных». О том, что при малом запасе реактивности из-за принципиально неверной конструкции стержней СУЗ АЗ становится своим антиподом – разгонным устройством, создатели реактора нам не сообщили. Знали ли сами авторы об этом?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83