Многое из случившегося в Японии напоминает Чернобыльскую ситуацию — и по начавшемуся выбросу радиоактивных материалов в атмосферу, и по размерам некомпетентности в прессе. Истинный масштаб случившегося, равно как и его последствия, оценивать рано — процесс в развитии, и развивается он по достаточно плохому сценарию, считает завкафедрой ядерной физики Воронежского госуниверситета Станислав КАДМЕНСКИЙ. Тем не менее, по его словам, существует возможность не допустить радиоактивного загрязнения территории России даже при худших вариантах — так же как в 1986 году было остановлено радиоактивное облако, двигавшееся на Москву после аварии в Чернобыле. Вот только станет ли кому-нибудь легче, если миллионы кюри осядут не на почве Дальнего Востока, а в Тихом океане.
— Некоторых новостей я просто не понимаю, — говорит доктор физико-математических наук, крупнейший в Воронеже специалист по делению ядра. — В сообщении о пожаре в хранилище отработанного ядерного топлива использовано слово «бассейн». Действительно, отработанные топливные стержни должны храниться в бассейнах под слоем воды. И по телевизору показывают воду. Так что пожара там никакого в принципе быть не может, если в бассейне есть вода. А пожар все-таки происходит. Идут заявления типа: «Не может быть ядерного взрыва!». Да ядерный взрыв в водо-водяном реакторе при существующих системах безопасности в принципе невозможен. И пожар в хранилище ОЯТ не так страшен. Страшно другое. Выброс в атмосферу большого количества радиоактивных материалов из реакторной зоны.
К настоящему времени ситуация на атомной станции «Фукусима-1» заметно ухудшилась. В понедельник говорили о том, что аварии в Японии может быть присвоена третья либо четвертая категории (речь идет о международной шкале INES. — А. В.). Всего категорий семь, седьмая и высшая — Чернобыль. Сегодня (мы разговаривали во вторник. — А. В.) японские станции перевели в шестую категорию. Не исключено, что дальше они будут переведены по масштабу выбросов радиоактивных веществ в категорию, близкую к чернобыльской.
Чернобыльская атомная станция по характеру своего проекта и изготовления имела много шансов выйти на серьезную аварию. Там стояли весьма напряженные по потокам нейтронов, но рентабельные в экономическом смысле реакторы РБМК, которые, в принципе, можно было использовались не только непосредственно для производства электроэнергии, но и для других целей. Рентабельность заметно повышалась за счет того, что реакторы были бескорпусными—активная зона в них защищалась только слоем железобетона. А корпус представляет собой толстый слой прочной стали, выдерживающий достаточно большие тепловые и ударные напряжения.
Железобетон по своим прочностным качествам заметно уступает стали, И поэтому в Чернобыле из-за совмещения указанных факторов вместе с рядом субъективных негативных факторов (например, не успели опустить до конца стержни, останавливающие ядерную реакцию деления урана) внутри реакторной зоны произошел тепловой взрыв, который разрушил реактор так, что его радиоактивное содержимое вылетело наружу. Были сформированы радиоактивные облака, перенос которых привел к радиоактивному загрязнению больших площадей на расстояниях, превышающих тысячу километров от Чернобыля.
Слава богу, после сверхмощного толчка землетрясения и удара цунами автоматика на всех японских реакторах опустила поглощающие нейтроны стержни и тем самым остановила протекание ядерной реакции деления урана. Однако атомные реакторы на «Фукусиме-1» строились по проекту американской General Electric в одноконтурном варианте, когда пар, выделяющийся из кипящей воды первого контура, который отбирает тепло из тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) реакторной зоны, направлялся в турбогенераторы, вырабатывающие электроэнергию. Экономически они более рентабельны, но менее безопасны в сравнении с двухконтурными реакторами ВВЭР, используемыми на атомных станциях России. В реакторах ВВЭР нагревающаяся вода первого контура из-за большого давления остается в жидкой фазе. Через теплообменник она отдает тепло второму контуру, где при низком давлении возникает перегретый пар, который и подается в турбины генераторов.
По-видимому, в японских реакторах практически полностью прекратилась подача воды через первые контуры. То есть авария довольно серьезна, поскольку если к ТВЭЛам не подается отбирающая тепло вода, сразу возникают условия для тепловых взрывов. Действительно, даже если полностью останавливается реакция деления ядер урана-235, в ТВЭЛ ах остаются продукты предыдущего деления: они очень радиоактивны, неустойчивы и при распаде испускают альфа-частицы, бета-электроны, гамма-кванты, поглощение которых в материале ТВЭЛов приводит к выделению большого количества тепла. Поэтому даже после остановки нейтронного потока (когда в реактор опущены стержни, поглощающие нейтроны) активная зона остывает до 200 градусов примерно за неделю — при наличии непрерывного охлаждения. Но если охлаждения нет и первый контур тепло не забирает, температура зашкаливает за 600 градусов, и параллельно начинаются два опасных процесса. Во-первых, находящаяся в реакторе вода под действием радиации и высокой температуры с учетом каталитического влияния циркония распадается на водород и кислород. А водород и кислород — гремучая смесь, которая взрывается от любой искры. Поэтому на «Фукусиме-1» инженеры начали стравливать гремучий газ из реактора. Именно поэтому первые взрывы произошли не в активной зоне, но над ней — в помещениях станции.
Была надежда, что удастся избежать взрывов в самом реакторе, чреватых разрушением его корпуса. Если корпус реактора разрушен, то возможен выброс радиоактивных веществ из реакторной зоны в окружающую среду. Обнажаются топливные элементы, из них начинают лететь в атмосферу запасенные радиоактивные вещества: цезий, йод, благородные газы и другое. В Чернобыле в воздух поднялось примерно 50 млн кюри. По-видимому, сейчас на одном из реакторов «Фукусимы-2» прошло разрушение корпуса реактора, что привело к выбросу топливных элементов за пределы реактора. Правда, в Чернобыле ситуация намного хуже — тепловой взрыв был настолько мощный, что привел к выбросу ядерного топлива из реакторной зоны за пределы здания АЭС. В настоящее время на блоках «Фукусимы» один за другим продолжаются тепловые взрывы, которые, в принципе, могут привести к разрушению корпусов и других реакторов. Ситуация в Японии, кроме всего прочего, отличается в худшую сторону от ситуации в Три-Майл-Айленде (АЭС близ Нью-Йорка, авария на которой считалась до Чернобыля крупнейшей). События в Три-Майл-Айленде развивались по тому же сценарию: проблемы с водой первого контура, тепловой водородно-кислородный взрыв и раскрытие корпуса реактора. Но американцев спасло то, что помещение атомной станции, в которой располагался реактор, было здорово загерметизировано, и 5 млн кюри, вышедших из реактора, остались в здании станции. Население в радиусе нескольких километров отселили, станцию обнесли колючей проволокой, долго она стояла изолированной. Потом радиоактивность начали потихоньку убирать и сейчас, по-видимому, уже полностью от нее избавились.
Вторая вещь, которой можно опасаться, — спекание ядерного топлива. Из-за большого нагрева и отсутствия охлаждения уран-235, цирконий и другие компоненты ТВЭЛов плавятся, образуя массу, из которой радиоактивные вещества выходят гораздо легче, чем из целых стержней. Плавление ТВЭЛов уже началось. Если бы они плавились в целых реакторах — еще куда ни шло, но произошли взрывы, герметичность реакторов нарушена, и радиоактивность с большой силой пошла в атмосферу. Вряд ли ситуация в Японии выйдет на чернобыльский уровень, когда выброс в атмосферу достиг 50 млн кюри. Но то, что события развиваются в аналогичном направлении, очевидно. Опубликованные данные пугают: уровень радиации в районе «Фукусимы-1» многократно превышает норму. И еще один важный момент. Японцы начали эвакуацию персонала АЭС «Фукусима-1». Такое впечатление, что они бросили станцию на произвол судьбы. Правда, по последней информации, часть персонала возвращается.
И все же, несмотря на Чернобыль, на японскую трагедию и ее непредсказуемые последствия, альтернативы ядерной энергетике не существует. По прогнозам метеорологов, к 2050 году парниковый эффект, то есть концентрация углекислого газа в атмосфере, спровоцирует повышение среднегодовой температуры на планете более чем на два градуса и приведет к таянию ледяных покровов Гренландии и Антарктиды, как следствие — к подъему уровня мирового океана от полуметра (оптимистичный прогноз) до метра (пессимистичный). Даже оптимистичного повышения будет достаточно для затопления Австралии, Англии, большей части Европы и других равнинных земель. Углекислый газ выделяется в результате процесса горения, на котором основана вся современная энергетика. В прошлом году Билл Гейтс заявил, что такой катастрофы допустить нельзя, и дал старт мощнейшей научной программе по ядерной энергетике. Он собрал группу выдающихся американских ученых-энергетиков, дал им денег и идею ядерного реактора нового типа. Он разрабатывался людьми, которые по обе стороны океана делали водородные бомбы. У нас в стране — Феоктистов, в Америке — Теллер. Идеи у них были абсолютно идентичны. Речь идет о реакторе с так называемой бегущей ядерной волной. У него абсолютно другая идеология по сравнению с существующими реакторами на тепловых и быстрых нейтронах, стократно большая мощность, 500 лет службы без вмешательства человека и почти полное сгорание топлива. Гейтс надеется обосновать возможность создания нового типа ядерных реакторов и при участии ООН к 2050-му запустить 600 таких реакторов по всему миру, полностью заменив ими нынешнюю тепловую энергетику. Появилась информация, что идеи Феоктистова — Теллера подтверждены, а сейчас ведется работа по созданию прототипов нового реактора.
Меня посещает мысль, а нельзя ли предложить услуги кафедры ядерной физики ВГУ для реализации заманчивого проекта. Мы могли бы подготовить заметное число специалистов для работы в указанном направлении. Представьте себе перспективу: специалисты России работают в команде лучших физиков Земли над спасением человечества.
Антон Валагин
Воронежский курьер, №27, 17 марта 2011 года.
