Глава първа. Аварията в АЕЦ Чернобил

 

1.1                    Кратко описание на реактор тип РБМК

                  (Реактор Большой Мощности Канальный)

В този тип реактори за забавител се използва графит, а за охладител обикновена лека вода. Горивото е слабо обогатен уран и се поставя в канали на графитни блокове. Чрез циркулационни помпи водата постъпва в активната зона, преминава през каналите, охлажда горивото, кипва и излиза от активната зона с температура около 290 °C. Оттам постъпва в барабан сепаратори, които са устройства за отделяне на парата от водата. Парата се подава към турбината, която задвижва генератора, а отделената водата се връща обратно в активната зона. Поради каналната  си структура  този реактор се презарежда по време на работа. Изолира се съответния канал, подменя се отработилото гориво със свежо, уплътнява се канала и се включва към реактора. На фиг. 1.1 е дадена принципна схема на реактор тип РБМК.

Фиг.1.1

1.1.1 Предимства на реактор тип РБМК

·                                         чрез него могат да се изграждат енергоблокове с голяма и свръх голяма мощност, чрез добавяне на необходимия брой допълнителни канали;

·                                         използва ниско обогатено гориво, защото забавителя му е от въглерод и вредното поглъщане на неутрони е минимално;

·                                         има относително висок коефициент на възпроизводство в резултат на което изработва големи количества вторично делящо се вещество. Тази му характеристика га прави изключително ценен, за производство на Плутоний за военни цели.

·                                         ниското обогатяване на свежото гориво съчетано с високия коефициент на възпроизводство води до относително по-ниска цена на произведената електроенергия и го превръща в един изключително ефективен в икономическо отношение реактор.

1.1.2 Недостатъци на реактор тип РБМК

·                                         реакторът е едноконтурен, което предполага радиоактивно замърсяване на цялото оборудване и повишено дозово натоварване при експлоатация;

·                                         голямата активна зона предизвиква сериозни ксенонови колебания и създава трудност при изравняване на енергоотделянето в активната зона;

·                                         високият коефициент на възпроизводство води до натрупване на високи концентрации на плутоний, което понижава бета ефективно и прави реактора по-бърз и динамичен затруднявайки управлението му;

·                                         в резултат на използването на забавител графит този реактор има положителен паров коефициент по реактивност.

 

След аварията в Чернобил са предприети редица мерки за подобряване безопасността на останалите в експлоатация реактори РБМК.

1.2                    Предистория на аварията в Чернобил

 

В началото на 1986 г. в света съществували 417 атомни реактора и 120 били в процес на строителство. Делът на АЕЦ при производството на електроенергия в някой страни изглеждал последния начин:

- Франция                      70 %;

- Белгия              66 %;

- Южна Корея   53 %;

- Тайван                         48,5 %.

Освен енергийните ядрени реактори работели още 326 изследователски ядрени установки, реактори монтирани на ледоразбивачи, спътници и подводници. Подобна огромна концентрация на ядрен потенциал при относително малък експлоатационен опит е предполагал възникването на сериозни аварии.

    Най-тежката авария с най-големи последствия е аварията на 4-ти енергоблок на Чернобилската АЕЦ, която се е състояла на 26 Април 1986 г.

 

1.3                    Хронология на събитията в АЕЦ Чернобил

 

На 25 Април 1986 година в 4-ти енергоблок на Чернобилската атомна електростанция е планиран технологичен експеримент за доказване на възможността реактор тип РБМК да понесе пълно обезточване. Пълно обезточване е режим, при който блока губи външно електрозахранване и едновременно с това губи и аварийно захранване от собствените си дизел генератори. Остатъчното енергоотделяне на реактора в първите няколко минути след изключване на генератора от системата се отвежда, чрез принудителна циркулация на работещите ГЦП захранени от свободното инерционно въртене на спиращия турбогенератор. За целта резервното захранване на блока от системата е било изключено, а двата дизел генератори на блока са изведени от автоматичен пуск. Експериментът е трябвало да се проведе в режим на разтоварване на блока за планов годишен ремонт.

 

На 25 Април ситуацията се е развивала по следния начин:

    1 часа и 00 минути - блока е работил на номинална мощност 3000 MW и съгласно графика за спиране на реактора за планов ремонт  персонала е пристъпил към понижаване на мощността с планова скорост на разтоварване.

    13 часа и 05 минути – при топлинна мощност 1600 MW е изключен от електроенергийната система 7-ми турбогенератор. Прехвърлено е захранването на ГЦП от секции захранени от оставащия в работа 8-ми турбогенератор.

    14 часа и 00 минути – в съответствие на програмата за изпитание е изведена от автоматичен пуск системата за аварийно охлаждане на реактора (САОР). Тази система е била изведена с цел да се предотврати нейното евентуално стартиране по време на експеримента и избягване на термичен шок на реактора, въпреки, че системата е конструирана именно за аварийно разхлаждане при загуба на щатното захранване. Предвид на това, че дизел генераторите са били изведени от автоматичен пуск, тази система е щяла да остане без захранване във всички случай и тя не би могла да изпълни предназначението си. Операторите не само са извели системата от автоматичен пуск, но за да избегнат автоматичното отваряне на арматурите на тази система към реактора, те са снели захранването на арматурите и са ги натегнали на затваряне. Имайки предвид огромната разлика между налягането в реактора и налягането в системата САОР, дори при включване на помпа практически е било невъзможно отварянето на тези арматури в ръчен режим без електрозахранване. Били са извършени всички подготвителни операции за провеждане на експеримента, но диспечерът на електроенергийната система не дава разрешение за изключване на блока от системата. Тук са заложени три груби грешки, които предопределят възникването на аварията:

·                 Прехвърлено е захранването на 4 ГЦП към оставащия в работа турбогенератор, което практически удвоява натоварването на генератора. Това действие в режим на обезточване довежда до рязко съкращаване на времето на надеждно захранване на помпите от инерционното въртене на спиращия турбогенератор, защото   натрупаната инерционна енергия в системата на валовете на турбогенератора е разчетена за два пъти по-малък товар. Бързото изчерпване на механичната енергия на ТГ води до бързо спиране на Главните циркулационни помпи   и рязко намаляване на разхода на охлаждаща вода през реактора при все още много високо  остатъчно енергоотделяне;

·                 Извеждането на системата за аварийно охлаждане и продължаване на експлоатацията на реактора на енергийна мощност е грубо погазване на всички инструкции;

·                 Забраната на диспечера за незабавно провеждане на плануваният експеримент се превръща в коренна причина за последвалия след време топлинен взрив на реактора. След всяко разтоварване на реактор започва интензивен процес на отравяне на реактора от образуващ се Ксенон -135 в следствие на натрупания Йод -135 по време на експлоатация на реактора на предишната по-висока мощност. В резултат на разтоварването се понижава плътността на неутронния поток и канала за директно изгаряне на отровителя Ксенон-135 работи с по-ниска интензивност. Започва натрупване на отровител в активната зона на реактора, което внася отрицателна реактивност и реактора започва да се заглушава. Операторите започват да компенсират въвеждащата се отрицателна реактивност, чрез извличане от активната зона на органи компенсиращи запаса по реактивност на реактора.

    23 часа и 10 минути – получено е разрешение за спиране на реактора от диспечера. Оперативния персонал продължава разтоварването на реактора, но в този момент вече е започнал процес на разотравяне на реактора, защото са изминали повече от 8 часа, където е било дъното на йодната яма. В този момент оператора въвежда отрицателна реактивност, чрез органите за управление, а реакторът сам въвежда положителна реактивност от процеса на разотравяне. Получават се големи ксенонови колебания в активната зона, при което автоматичната система преразтоварва реактора при опит да изравни колебанията. Автоматичната система е изведена от работа и управлението на реактора се извършва в дистанционен режим. Преразтоварването е толкова голямо, че реактора на практика е заглушен, като неговата топлинна мощност достига 30 MW.  В този случай реактора е трябвало да бъде заглушен по всички изисквания на действащите тогава инструкции, но операторите започват повишаване на мощността на реактора.

    1 часа и 00 минути – повишена е мощността на реактора до 200 MW топлинни и мощността е стабилизирана практически на около 6,6 % от номиналната му мощност. По нататъшно повишаване на мощността е била невъзможна, защото отново има мощен процес на отравяне и са изчерпани възможностите за въвеждане на положителна реактивност, чрез извличане на органи компенсиращи запаса на изгаряне. Нещо повече отново е нарушен регламента, като са извлечени от активната зона 10 органа за регулиране повече от разрешеното. Технологичния регламент е допускал в активната зона да останат минимум 28 органа, а в дадения случай са останали само 18 такива.

В този момент реално размножаващата среда на реактора е била силно форсирана, като критичността се е компенсирала от огромно количество нарастваща концентрация на Ксенон, който при едно последващо повишаване на неутронният поток рязко би намалил концентрацията си и би освободил огромна реактивност. От друга страна органите за компенсиране на запаса по реактивност са били оборудвани с графитни накрайници имащи за цел да изпълняват ролята на отражател, когато са потопени напълно в активната зона. При извеждането на недопустим брои такива органи над активната зона и последващо сработване на аварийната защита в първия момент в активната зона попадат именно графитните накрайници, които играят ролята на забавител и рязко локално повишават плътността на потока на топлинни неутрони за време през което органа се спуска през активната зона. В последствие при анализ на възникването на топлинният взрив се оказва, че тази съставяща на реактивността и прекалено дългото време на спускане на аварийно регулиращите органи е основната причина за резкия разгон на реактора и последвалия топлинен взрив. Груба грешка на персонала е било извеждането от активната зона на неразрешен брой органи за компенсиране на запаса на изгаряне.

    1 часа и 07 минути – при 6 работещи главни циркулационни помпи са включени още два броя ГЦП с цел повишаване на надеждността на охлаждане на активната зона. Действие абсолютно необосновано, като се има предвид, че в следващия момент при стартиране на експеримента тези помпи веднага ще спрат, защото те не са захранени от бягащият генератор. Предполага се, че включването на тези две помпи е било продиктувано от намерението, за внасяне на допълнителна реактивност с цел повишаване на мощността на реактора за достигане на мощност по-близка от зададената в програмата. В общия случай включването на Главна Циркулационна Помпа води до увеличаване на разхода през реактора, понижаване на температурата на циркулиращият топлоносител и внасяне на положителна реактивност поради охлаждане на горивото.

    1 часа и 23 минути – подадено е разпореждане за стартиране на експеримента. Оперативния персонал затваря стопорните клапани на турбината и изключва генератора от системата. Генераторът е изключен от системата и започва режим на електромеханичен пробег ( выбег ) на спиращия турбогенератор. В момента на изключване на последния турбогенератор от системата при затворени стопорни клапани на последната турбина е трябвало да сработи аварийна защита за пълно заглушаване на реактора, но тя е била изведена от оперативния персонал с презумпцията, че ако експеримента е незадоволителен, то той е трябвало да се повтори без да се налага отново пускане на реактора. Действие категорично нарушаващо безопасната експлоатация на блока. В резултат на понижаващата се честота на въртене на бързо спиращия турбогенератор натоварен с 4 броя ГЦП и два броя питателни помпи, започва бързо понижаване на оборотите на бягащите ГЦП. Това от своя страна предизвиква рязко намаляване на разхода на топлоносител през активната зона и ръст на обемното паросъдържание в границите на активната зона. Увеличеното паросъдържание води до въвеждане на положителна реактивност и поява на бързо намаляващ период на реактора. Започва разгон на реактора и повишаване на топлинната му мощност, която от своя страна води отново до увеличаване на паросъдържанието.

    1 часа 23 минути и 40 секунди – Дежурният инженер на 4–ти енергоблок осъзнава опасната ситуация и издава разпореждане на Старши Инженер по Управление на реактора да сработи бутон за аварийно заглушаване на реактора. Натиснат е бутон за заглушаване на реактора, което практически взривява реактора. Със задействане на аварийната защита, всички органи за регулиране започват движение надолу през активната зона, но в плътния неутронен поток постъпват първо графитните накрайници на органите за управление на запаса на реактивност. Предвид на това, че техния брой е по-голям от разчетния, кратковременната положителна реактивност, която въвеждат графитните накрайници се превръща в конкретната причина за допълнителен разгон на разгонващия се реактор. Следва рязко повишаване на неутронната и топлинна мощност в районите на графитните накрайници, което предизвиква деформации на каналите и заклинване на регулиращите органи на около 2 метра от горния край на 7 метровата зона на реактора. От тук нататък нищо не може да предотврати предстоящият топлинен взрив. Дежурният инженер на блока, виждайки че органите за регулиране остават невъведени в активната зона предприема последен отчаян опит да заглуши реактора, като снема напрежението на системата за управление, разчитайки, че органите за управление не са паднали поради някаква електрическа причина. Въпреки предприетото от него действие органите за управление остават неподвижни и последва топлинен взрив, който разрушава реактора под действие на рязкото парообразуване и скок на налягането в реактора. Започва кризис на топлообменна и отделяне на големи количества водород в резултат на пароциркониевата реакция на прегретия цирконий и водната пара в зоната на реактора. Изтичането на взривоопасна концентрация на водород във въздушна кислородна среда се явява причината за вторичен водороден взрив, който разрушава помещения и предизвиква пожар на забавителя на реактора, който при РБМК е горим графит. Тонове радиоактивни газове, прашинки от радиоактивен графит и аерозоли са изхвърлени в атмосферата и понесени от въздушните течения. Замърсена е огромна територия на съвременна Украйна. Радиоактивните облаци започват своето пътешествие около планетата и се отлагат на хиляди километри от мястото на пожара.

 

 

1.4                    Хронология на събитията в табличен вид

 

Таблица 1.1

Секунди

Фактори и условия на контекста

0÷87840

Спиране на реактора за планов ремонт и презареждане

0÷87840

Провеждане на експеримент върху турбогенератор №8

 

0÷87840

Започва планирано спиране на реактора

0÷87840

Контрол на реактивността

0÷87840

Охлаждане на активната зона

0÷87840

Контрол на топлоотвеждането

0÷87840

Цялост на контура

360÷10020

Понижение на топлинната мощност на реактора

 

360÷10020

Постепенно снижаване на топлинната мощност от 3200 МW

10020÷79800

Поддържане на топлинната мощност на реактора на 1600MW

 

10020÷79800

Снижаването на мощността е преустановено (1600MW)

 

43500÷43600

Изключване на ТГ №7 от енергийната система

46800÷46900

Изключване на системата за аварийно охлаждане на
реактора (САОР)

 

46800÷46900

Блокиране на САОР за предотвратяване на задействането й по лъжлив сигнал при експеримента

46800÷46900

Превключване на електрозахранването на ГЦП, така
че 4 ГЦП да се използват в експеримента за охлаждане.

 

46800÷79800

Изключване на САОР преди началото на експеримента

 

79800÷84660

Снижаването на мощността започва отново (от 1600MW)

 

79800÷84660

Понижение на топлинната мощност на реактора
(от 1600 MW)

 

82800÷87840

САОР е изключена от предишната смяна

82800÷87840

Реактора приближава дъното на ”йодна яма” и предстои

разотравяне, забавено от новото понижаване на мощността.

 

84480÷84580

Управлението е прехвърлено от локалната към общата
автоматична система за регулиране

84600÷84660

Мощността става 500MW

84600÷87840

Мощността става 500 MW, но регулиращата система не
реагира на този сигнал. Операторът не забелязва сигнала “поддържане на мощността на изискваното ниво”

84660÷84720

Мощността спада до 30MW

84720÷85020

Извеждане от АкЗ на част от регулиращите пръти

84720÷87840

Оставяне в АкЗ на по-малко от 26 броя регулиращи пръти

85260÷87360

ТГ №8 на празен ход за измерване на вибрации

85415÷85515

Изведена е аварийната защита при изключени 2 броя  ТГ

86400÷87815

Мощността e 200 MW и е стабилизирана на това ниво

86580÷86680

Включване на допълнителна помпа в левия охлаждащ
контур

86820÷86920

Включване на допълнителна помпа в десния охлаждащ
контур

86820÷87700

Сумарният разход на топлоносител достига 56-58 m /h,
което е нарушение на регламента

87300÷87600

Изключване на автоматичните системи за аварийно
спиране

87480÷87780

Увеличаване на подхранваща вода към охлаждащия кръг

87480÷87780

Ниско ниво в БС на охлаждащия кръг

87540÷87840

Извадени са няколко ръчно управлявани пръти, за да се
увеличи мощността и те остават по-малко от 8 в АкЗ от
изисквани 15.

 

87700÷87840

Разходът на подхранваща вода е намален под
нормалното ниво

87730÷87840

Започва самопроизволно генериране на пара в АкЗ

87750÷87840

Оперативният запас от реактивност достига стойност,
изискваща спиране на реактора, но той не е спрян.

87784÷87840

 Затваряне на СК на ТГ8 и провеждане на експеримента.

87784÷87840

 Затваряне са стопорно-регулиращите клапани на ТГ №8.

 

87790÷87840

 Автоматично извеждане на регулиращи пръти от АкЗ след    спиране на ТГ 8.

 

87801÷87840

 Бързо нараства на мощността

87815÷87840

Мощността и количеството пара в АкЗ нарастват
безконтролно

87820÷87840

Натиснат е бутона на АЗ-5 и започва въвеждане в АкЗ
на всичките регулиращи пръти.

87820÷87840

Сумарната положителна реактивност започва да нараства

87820÷87840

АЗ отказва да въвежда регулиращи пръти след средата
на АкЗ.

 

87823÷87840

Периода на реактора става по-малък от 20 секунди

87824÷87840

Мощността нараства над проектната.

87825÷87840

Разрушаване на горивните таблетки.

87829÷87840

Разрушаване на горивните канали

87840     

Случват се две експлозии

 

Фиг. 1.2

Четвърти реактор на Чернобилската АЕЦ, май 1986 г. Експлозията отнася капака, тежащ 1200 т.

 

 

 

1.5                    Анализ на причините за аварията в Чернобил

 

    Аварията от типа състояла в Чернобил е малко вероятна и почти хипотетична. Причините за произтеклата трагедия са съчетание от слабо познаване на физиката на процесите протичащи в този тип реактори и грубо нарушаване на изискванията на действащите инструкции и технологичен регламент. В резултат на тези нарушения възниква ситуация, в която се проявяват недостатъци на конструкцията на този тип реактори.  Конструкторите на този тип реактори и ръководния персонал отговорен за безопасната експлоатация не са допускали, а следователно и не са отчели такова количество различни нарушения на установените отговорности и правила от страна на лицата пряко отговорни за безопасната експлоатация.

Забраната на диспечера за изпълнение на планирания в срок експеримент и продължителната работа на блока на междинна мощност се явява основа за всички останали събития. Диспечерът е забранил по-нататъшно разтоварване на блока, без да осъзнава, че реактора влиза в режим на отравяне и последващото управление на реактора става изключително трудно. Качеството на програмата, описваща предстоящото изпитание и нейната недостатъчна съгласуваност на високи нива на управление в това число и диспечерските служби оказва своето фатално въздействие. Аварията в Чернобил не би се състояла, ако диспечерът не е задържал блока на междинна мощност.

Самата програма е била изготвена некомпетентно в нарушение на технологичния регламент, защото в нея не са били предвидени допълнителни мерки осигуряващи ядрената безопасност. Изискване изключително строго при провеждане на експеримент с неясен краен резултат. В самата програма е предписано извеждане на системата за аварийно охлаждане на реактора ( САОР ), като мотивировката за това предписание се състояла в това, че в хода на експеримента е могло да се предизвика автоматично стартиране на системата САОР, което би попречило на чистотата на експеримента. В резултат на тази точка от програмата, 4-ти блока на Чернобил е работил часове на мощност без една от най-важните си системи за безопасност. Нещо повече, вместо да се предвидят възможности за евентуално допълнително подсигуряване на реактора по време на опасния експеримент, то експериментът е започнал с изведена основна система за безопасност. Програмата е предвиждала и елиминиране на двата дизел генератори на блока, които по идея са конструирани и монтирани именно за режими, в които блока губи собствено и външно електрозахранване захранване.

В тази авария се наблюдава некомпетентност и безотговорност на ръководството на атомната централа на ниво директор и висш мениджмънт, защото на ежедневно провеждащото се оперативно заседание е било докладвано, че 4-ти блок работи с недопустимо малък брой органи за компенсиране на запаса по реактивност. Тези заседания обикновено се оглавяват от директор или неговия заместник. Въпреки постъпилата информация, висшето ръководство на централата, което носи цялата отговорност за безопасната експлоатация не предприема коригиращи действия за отлагане на експеримента, нито упражнява своя авторитет, за да получи разрешение от диспечерската служба за бързо продължаване на експеримента с цел избягване последващо отравяне на реактора.

Отговорност носят и инспекторите на надзорния орган Госатомэнергонадзор, които са работели на площадката на централата, чийто единствено задължение е контрол на безопасната експлоатация и недопускане на нарушения на действащите инструкции, изисквания и технологичен регламент. Надзорните органи са следили подготовката и провеждането на експеримента и не са се намесили, нито на ниво изготвяне на програмата, нито по време на подготовката на експеримента, а още по-малко по време на реалното изпитание. По време на подготовката на експеримента всички инспектори са се намирали в поликлиниката за преминаване на стандартен годишен преглед, което е пряко нарушение на техните задължения в момент, в който тяхното присъствие и намеса са били крайно необходими. След аварията в Чернобил при щателно разследване на ръководството на електроцентралата и местния екип на инспектори от надзорния орган се доказало, че са налице системни нарушения и погазване на правилата на ядрената безопасност. Изяснило се е, че от 1980 г. до 1986 г. има 27 случая на откази на оборудване и инциденти, които изобщо не са разследвани, не са потърсени коренните причини и не са набелязани коригиращи мероприятия.

Подготовката на персонала се оказва ключово звено в пъзела на причините довели до аварията. На Чернобилската АЕЦ е нямало учебно тренировъчен център и не е съществувала ефективна система за професионално техническо обучение на персонала. Оперативния персонал не е притежавал необходимия набор от знания за възможностите на техническите съоръжения и физиката на процесите, което се потвърждава от събитията на 25 и 26 Април 1986 г.

Не бива да се забравя и факта, че по това време не е съществувал пълно мащабен тренажор, на който операторите да отработват практически стандартни и аварийни ситуации. Никак не е случайно, че при разтоварване на реактора в режим на мощни  ксенонови колебания, оперативния персонал практически заглушава реактора и не успява да го стабилизира на необходимата мощност. Това е сигурен сигнал за отсъствие на достатъчен опит на персонала при управление на преходни режими на реакторната установка. Оперативния персонал слабо е познавал процесите свързани с отравяне на реактора от Ксенон и времевите интервали на протичане на този процес.

Дисциплина и трудовият ред в централата са били на относително ниско ниво. В момента на аварията на 4-ти енергоблок на блочния пулт за управление на блока се оказали твърде много излишни лица, които реално са пречели в напрегната обстановка на пулта за управление и са допринасяли допълнително за изнервяне на обстановката и допускане на грешки от действащия оперативен персонал. Там са се оказали много представители от предишните смени, които останали след работа, за да гледат провеждането на експеримента.

Не на последно място идва модерното в днешно време понятие наречено „Култура на безопасност”. Персоналът на централата, инспекторите на надзорния орган и ръководството в това число и самият Директор, са били с изключително ниска култура на безопасност. Културата на безопасност е специфично самоосъзнаване на отговорностите и опасностите на всяко ниво. Човек с изградена култура на безопасност ясно разбира опасностите от своите действия или бездействие и издига в приоритет безопасността. Желанието на ръководството на централата и на оперативния персонал да проведат експеримента на всяка цена, независимо от възникналите спънки и промени е една от основните причини довели до трагедията в Чернобил.

Освен човешкият фактор станал основната  причина за ядрената авария с най-тежки последствия в историята на човечеството, трябва задължително да се споменат и техническите несъвършенства на реакторната установка тип РБМК. Наред с редицата предимства, които има този тип реактори, като икономичност, възможност за работа с относително ниско обогатено ядрено гориво, висок коефициент на възпроизводство на вторично делящо се вещество, презареждане по време на експлоатация и голяма единична мощност, този реактор притежава и няколко съществени недостатъка, които са се проявили по време на аварията. Големите геометрични размери на активната зона са причина за възникване на огромна неравномерност на неутронния поток и енергоотделянето в различните области на реактора, в резултат на големи ксенонови колебания. Тази неравномерност предизвиква сериозни трудности при управление на реактора, а при сложни преходни режими, може практически да направи реактора неуправляем. Старши инженера по управление на реактора не случайно е загубил управление при разтоварването на блока и практически е заглушил реактора без да успее да стабилизира мощността на зададените 700.

Положителният паров коефициент на реактивност, характерен за този тип реактори, се оказва изключително решаващ фактор при намаляване на разхода на охлаждаща вода през активната зона на реактора. Намаляването на охлаждането предизвиква повишаване на обемното паросъдържание, а това от своя страна води до внасяне на допълнителна положителна реактивност, повишаване на неутронната и топлинна мощност и ново интензифициране на парообразуването. Налице е лавинообразен процес, при който причината предизвиква следствието, а следствието от своя страна предизвиква причината.

 Наличието на графитни накрайници на органите за компенсиране на запаса на изгаряне и тяхната недостатъчно висока скорост на движение в режим на задействане на аварийната защита е капката от допълнителна реактивност предизвикала допълнителния разгон на реактора и неговото разрушаване от топлинен взрив. Този недостатък веднага е бил коригиран след аварията, като е повишена скоростта с която падат органите при сработване на защитата и са въведени още по строги изисквания за максималния брой на извадените от активната зона органи. Въпреки това в деня на аварията този неотчетен недостатък от конструкторите е повлиял фатално на ситуацията. Парадоксално е, че именно сработването на аварийната защита на реактора е унищожила ядрената установка.

Като обобщение можем да кажем, че причините за трагичния инцидент на 26 Април в Украйна е резултат на сложен коктейл от човешки грешки, несъвършенство на оборудването изразена в човешка надменност над законите на физиката. Инцидент променил историята на човечеството и довел до замразяване на десетки строящи се атомни централи. След този ден светът преразглежда приоритетите си, разбирайки че няма сигурност на национално ниво, защото заплахата от подобен инцидент е глобален проблем.

 

1.6                    Последствия от аварията

 

Взривът на 4-ти реактор в АЕЦ Чернобил отместил металната конструкция закриваща реактора, разрушил всички тръбопроводи високо налягане, изхвърлил регулиращи органи на реактора и горящи блокове графит, разрушил презареждащата система на реактора, отсека за подхранваща вода и част от сградите. Парчета от активната зона и изпарителните канали попаднали на покрива на реакторно и турбинно отделение. Частично бил разрушен покрива на машинна зала. Практически цялото гориво, чиято маса е 200 тона било изхвърлено от реактора. Малка част от горивото, което непосредствено участвало във взрива мигновено се изпарило, а останалото гориво във вид на фрагменти от топло отделящи елементи и касети било разпръснато около реактора. Известно количество ядрено гориво около няколко десетки тона паднало обратно в реактора и започнало да се топи под действие на остатъчното собствено енергоотделяне. Проблемът идвал от това, че и без верижна реакция на делене, облъченото работило ядрено гориво в течение на няколко седмици отделяло достатъчно топлина, която била достатъчна да разтопи горивото и обкръжаващите го конструкции. Разтопеното ядрено гориво, пробило отверстие в основата на реактора и попаднало като течна смес от гориво и разтопен бетон под реактора в така наречения барботажен басейн, където изстинало и се превърнало в стабилен минерал получил името „ Чернобилитом”. Осем тона от общо 140 тона ядрено гориво, съдържащо Плутоний и други силно радиоактивни изотопи, парчета от графитния забавител, който също е силно радиоактивен били изхвърлени в атмосферата. По време на пожара в атмосферата били изхвърляни непрекъснато пари на радиоактивен йод и цезий. В резултат на аварията била напълно разрушена активната зона на реактора, повредено реакторно отделение, деараторната етажерка, машинна зала и редица други съоръжения. Били унищожени бариери и защитни системи за безопасност, защитаващи околната среда от радионуклеиди съдържащи се в облъченото гориво, което довело до изхвърляне на активност от реактора. Мощността на това изхвърляне било милиони Кюри в час в първите часове след аварията. Изхвърлянето продължило 10 дена от 26.04.1986 г. до 06.05.1986 г., след което мощността на изхвърлянето била редуцирана хиляда пъти и плавно затихвала с времето. По мащаба на последствията тази авария била класифицирана като 7-ма най-висока степен по международната скала за оценка на ядрени аварии и инциденти INES.

Разпространението на радиоактивните продукти се извършвало в северозападно и западно направление. Преминавайки през територията на бившия СССР на 27.04. 1986 г. замърсяването достигнало Централна Европа, Полша, Финландия и Швеция, а на 29.04.1986 г. преминало над Централна Европа. Силните дъждове на 30 Април и 1 Май довели до отлагане на радиоактивно замърсяване във   Франция, Австрия, Унгария и Чехословакия. Замърсените въздушни маси пресекли във своето пътешествие територии на България, Югославия, Гърция и Италия. Повишение на радиационния фон било отчетено в Китай, Япония, Индия, Канада и САЩ. Общата площ на зоната със замърсяване по Цезий-137 на ниво 15 000 Kюри/м2 превишавала 10 000 квадратни километра, преди всичко в Беларус, Русия и Украйна. В тази зона се намирало население около 116 хиляди човека в 640 населени пункта.

 

1.7                    Ликвидация на последствията от аварията

 

Аварията в Чернобил породила цял комплекс от проблеми с които човечеството все още не се било сблъсквало. Преди всичко е било необходимо да се определи не възниква ли верижна реакция на делене от разтопеното гориво с неизвестна геометрия. Важно било да се организира мащабно радио метрично разузнаване не само на територията на авариралата централа, но и на големи площи около нея. Предстояло да се обезопасят 1 и 2 блок, които оставали в експлоатация. Ето защо основните направления на предприетите мерки били в посока:

-                                                              оценка състоянието на всички енергоблокове на площадката на централата и изработване на точна карта с радиационната обстановка на площадката на централата и прилежащите й територии;

-                                                              защита на персонала на централата и населението от възможните радиационни поражения;

-                                                              локализация на аварията и намаляване и прекратяване на радиационното въздействие върху населението и околната среда.

 

Вечерта на 26 Април били изготвени необходимите решения и започнала подготовка за евакуация на града на енергетиците Припят. На 27 Април 1 часа през нощта били спрени 1 и 2 блок на централата, които продължавали да работят на номинална мощност. Започнала работата по същинската ликвидация на последствията от аварията. Първостепенна задача било реализиране на комплексни работи по прекратяване на изхвърлянията на радиоактивни вещества в атмосферата. С помощта на военни вертолети в огнището на аварията започнало изсипване на топло отвеждащи и филтриращи материали, което позволило значително да се съкрати, а в последствие и да се прекрати изхвърляне на радиоактивни вещества в атмосферата. Такива материали били различни съединения на Бор, Олово, пясък и глина. От 27 Април до 10 Май били хвърлени около 5000 тона от тези материали. В резултат на това действие шахтата на реактора била покрита от рехава маса от тези материали, което прекратило изхвърлянето на радиоактивни изотопи в атмосферата. Започнала да се понижава температурата в огнището на реактора, за което спомогнало подаването на течен азот в пространството под шахтата на реактора. Последвали работи по почистването на най-замърсените райони на площадката на централата. Най-замърсен се оказал покрива на 3-ти блок, където попаднали парчета от ядрено гориво и графитни отломки. Именно тези източници създавали гама фон непозволяващ достъп на хора до вътрешността на авариралия блок и пречели на мероприятията за погребване на блока. Голяма част от почистването било извършено ръчно от командировани военнослужещи. Те работели на смени за време от 20 секунди до 1 минута. След очистване на покрива на 3-ти блок, започнали работи по очистване на територията на площадката на централата и прилежащите райони. Част от дейностите се изпълнявали от специализирана техника с дистанционно управление, но част от дейностите също се извършвали ръчно от военнослужещи. За дезактивация на стени и покриви използвали пожарна и военна техника с чиято помощ ги измивали. Замърсената почва се изгребвала с булдозери и извозвала за погребване, след което участъците се бетонирали или асфалтирали. Участъците от борова гора по която преминавала радиоактивната следа била напълно изрязана. Радиоактивната вода събрала се по реакторните помещения била изпомпана в специални изработени емкости и преработена. За предотвратяване на радиоактивно замърсяване на подпочвените води били изградени специални хидротехнически дренажни канали под корпуса на 4-ти блок. Едновременно с това се провеждали работи по радиационен контрол и дезактивация на замърсени петна в 30 кило метровата зона. Работите по дезактивацията продължили до ноември 1986 г. след което радиационния фон бил снижен до допустими стойности и атомната централа била въведена в експлоатация. За осигуряване на пълна безопасност на Чернобилската атомна централа било взето решение за изграждане на укритие на авариралия реактор, което е известно като Саркофаг. При строителството на Саркофага са използвани 300 хиляди кубически метра бетон и са монтирани повече от 6 хиляди тона метални конструкции. Саркофагът не е херметична конструкция. Той има специални вентилационни канали за охлаждане на реактора, съоръжени със специални филтри, оборудван е със активна система за ядрена защита за предотвратяване на възникване на верижна реакция и е изградена сложна система от радио метрично оборудване за диагностика и контрол на радиационните параметри.

Фиг. 1.3              

Саркофагът на АЕЦ Чернобил

 

 

1.8                    Радиологично въздействие на аварията върху околната среда

 

Оценките на изхвърлената активност са получени въз основа на резултатите от изследване на състава на аерозолите в проби въздух над авариралия блок и на метеонаблюденията в районите на преместване на въздушните маси.

Общата активност на продуктите на делене се оценява на 1,85 1018 Bq, като се приема, че при тях изхвърлянето е 100 % от натрупаното количество.

Изхвърлянията от авариралия блок са процес, който продължава в основни линии 10 – 12 денонощия.

Бързото нагряване и частичното стопяване на горивото и взаимодействието с водата водят до образуване на по-активни частици, т. нар. „горещи частици”. Активността на отделни горещи частици достига до хиляди Bq. По-едрите частици се отлагат в най-близката до ЧАЕЦ зона. Там преобладават плутоний, стронций и други нелетливи елементи. Горещи частици се откриват и в редица страни от Европа. Те са основно барий, лантан и особено рутений.

Основният замърсител, който фактически определя радиоекологичната обстановка за години и десетилетия на засегнатите територии, е цезий-137.

През 10-те дни, през които се реализира основната част от изхвърлянията метеорологичните условия в Европа често се променят и това довежда до значителни вариации на посоката и дисперсността на изхвърлянията. Най-големите изхвърляния (главно ядрено гориво) се отлагат предимно на разстояние около 100 km от реактора.

Общо замърсените площи са:

3 100 km2 над 1 500 kBq.m-2

7 200 km2 между 600 и 1 500 kBq.m-2

12 000 km2 между 200 и 600 kBq.m-2

103 000 km2 между 40 до 200 kBq.m-2

Тридесет килoметровата зона около Чернобилската АЕЦ наричана още "зона на отчуждаване” е оградена и охранявана. Достъпът до нея се осъществява само през няколко пропускателни пункта и само със специално разрешение от компетентните власти.

Радиоактивност е открита първо в Швеция, на територията на една АЕЦ в рамките на рутинния мониторинг. Първоначално отлаганията са предимно в Скандинавския полуостров, Холандия, Белгия и Великобритания. След това, радиоактивният облак завива на юг и изток (30 април до 6 май) и преминава над централна Европа, северните части на Средиземноморския район и Балканския полуостров.

 

Фиг.1.4

Разчет на формирането на радиоактивните следи в съответствие с метеорологичните условия в следните дати и време (по Гринуич): 1) 26.04.1986г, 00,00h; 2) 27.04.1986г, 00,00h; 3) 27.04.1986г, 12,00h; 4) 29.04.1986г, 00,00h; 5) 02.05.1986г, 00,00h; 6) 04.05.1986г, 12,00h.

 

 

 

От радиологична гледна точка, най-важните радионуклеиди в тези отлагания са: йод-131, йод-132, цезий-134, цезий-137 и телур .

Най-високи стойности на отлаганията са в Австрия, Източна и Южна Швейцария, част от Южна Германия и Скандинавските страни. Това се дължи главно на дъждовете.

Радиационната обстановка в ранните срокове на аварията се определя от късоживущите продукти на деление и активация и преди всичко йод-131. Това е така наречен „йоден период”. Значимостта на този радионуклеид се потвърждава и от късните здравни последствия от Чернобилската авария.

Един от важните изводи, до които достига обективният анализ, две десетилетия след Чернобилската авария, е, че като цяло опасността от преки радиационни поражения на растения и животни в първите 4 – 5 години след аварията е била силно надценена. Природните системи имат достатъчно мощен потенциал за възстановяване след спадане на мощността на дозата на облъчване.

Фиг. 1.5

Типичен морфологичен дефект при иглолистните дървета – увеличаване на вегетативния ръст и гигантизъм

 

1.9                    Последствия за агросферата

 

Основната опасност, свързана с радиоактивните замърсявания, е миграцията на радионуклеиди в околната среда, селскостопанската дейност (наричана още агросфера) до организма на човека.

Реалните условия на живот в замърсените райони около ЧАЕЦ, в годините около 1986 и след това, значимо участие в изхранването на населението имат хранителни продукти с естествен произход. Това са гъби, горски плодове, риби, месо от диви животни и др.

Още едно неблагоприятно относно агросферата обстоятелство е сезонът, през който става аварията. Краят на пролетта и началото на лятото е критичен момент при изхранването на селскостопанските животни, тъй като зимните фуражи са изчерпани (т. е. чистите храни за животни са свършени) и добитъкът преминава на открита паша или на изхранване с млади зелени треви. Това е периода, в който е най-интензивно производството и консумацията на зеленчуци, израснали на открито (домати, краставици, лук, зеле, салати и др.).

Много съществено значение има ограничаването на използването на мляко, съдържащо йод-131 и, по възможност, прекратяване на откритата паша на млекодайните животни. Около 80 % от инкорпорирания йод-131 попада в организма на човека (и преди всичко децата) посредством консумиране на мляко и „млади” млечни продукти, и това се отнася не само за замърсените райони в близост до ЧАЕЦ, но и за сравнително по-отдалечени страни, като България например. За съжаление именно тази изключително важна защитна мярка не е реализирана в достатъчна степен при Чернобилската авария. Причините за това са няколко, като някои от тях имат обективен характер.

Последствия за водните системи

ЧАЕЦ се намира в зона, в която попадат много естествени и изкуствени водни системи, като охлаждащия басейн на самата АЕЦ, р. Припят, р. Уж,   р. Днепър, 5 крупни водохранилища от т. нар. Днепърска каскада, а също така множество езера и по-малки реки.

Веднага след аварията се наблюдава пиково общо радиоактивно замърсяване на речните екосистеми. Общата обемна активност в края на април и началото на май 1986 г. в реките е от 4 до 10 kBq/l. В този период основното замърсяване е от късоживущи радионуклеиди, като например йод-131. За 3 – 4 години след аварията, специфичната активност, например на рибата спада около 10 пъти. Като цяло, към 2000 г. замърсяването на водните екосистеми не представлява опасност за здравето на хората.

Фиг. 1.6

Динамика на изменението на силата на поглъщаната доза при организмите, населяващи водоема за охлаждане на ЧАЕЦ през първите 60 дни след аварията

Фиг. 1.7

Месечни осреднени концентрации на 90Sr и 137Cs в река Припят в Bq/l

 

 

1.10               Мерки за защита на населението

 

 

 

1.10.1 Евакуация на населението

По силата на редица обстоятелства и съображения, от основните защитни мерки за населението – укриване (за време 1 – 2 денонощия), евакуация за няколко (до около 10) денонощия, временно преселване (до 1 – 2 години) с последващо завръщане и постоянно преселване, основната и фактически единствената защитна мярка за населението, живеещо в най-близките райони около Чернобилската АЕЦ, е постоянно преселване.

Най-организирано и оперативно е извършена евакуацията на населението на гр. Припят – градът на енергетиците с население около 50 хиляди души. Общата численост на евакуираното население е около 116 хиляди души.

Тридесет километровата зона, наречена „зона на отчуждаване” сега е на територията на две държави – Украйна (около 60 %) и Белорусия (около 40 %). На територията на Белорусия е организиран т. нар. радиоекологичен резерват, а на територията на Украйна се намира ЧАЕЦ и няколко научнопрактически бази в градовете Чернобил, Припят и др. Общо в зоната има около 15 хиляди работещи в различни предприятия и организации. Зоната се посещава от около 20 хиляди души годишно. Няколко хиляди души, предимно възрастни хора, са се върнали в отчуждената зона и живеят там постоянно с мълчаливо съгласие на властите.

Правителството на Украйна се придържа към становището, че е икономически и социално нецелесъобразно да се върне население в 30 km зона. В белоруската част на зоната са върнати обратно около 2 хиляди души.

1.10.2 Йодна профилактика

Въпросите, свързани с йодната профилактика за населението, се оказват с най-висока степен на значимост с оглед на анализа на здравните последствия от аварията в ЧАЕЦ.

Реалните условия през 1986 г. в бившия Съветски Съюз фактически осуетяват провеждането на йодна профилактика, която е била най-необходима в 30 km зона. В тази зона само в гр. Припят на 26 и 27 април 1986 г. се провежда частична йодна профилактика. В селските селища тя изобщо не се провежда.

1.11               Облъчване на хората

Дозите на облъчване на лицата от населението, дължащи се на Чернобилската авария, са обект на множество изследвания и анализи, които сега продължават да се уточняват и прецизират. Същото се отнася и до уточняване на числеността на облъчените групи. Тези групи най-общо са 5:

І. Аварийни работници

ІІ. Ликвидатори

ІІІ. Евакуираните жители

ІV. Населението на най-засегнатите райони на съветския Съюз

V. Населението на други страни на Европа с относително най-високи замърсявания.

Аварийните работници са персонала на ЧАЕЦ, пожарникарите, охраната и персонала на местните медицински служби. Общо това са около 600 души.

Синдром на остра лъчева болест е наблюдаван при над 200 души, а окончателно е потвърден за 134 души. При тях дозите на облъчване на тялото са в диапазона от 0,8 до 16 Gy.

Като „ликвидатори” се определят хората, които извършват дезактивация на ЧАЕЦ, пътищата и други съоръжения, строежа на саркофага, хранилище за РАО и др. Реално те са 840 – 900 хиляди души.

Средните дози на външно облъчване (т. е. за цялото тяло) за различни периоди постепенно намаляват, като за 1986 г. те са 170 – 200 mGy, за 1987 г. – 130 mGy, за 1988 г. – 30 mGy, за 1989 г. – 15 mGy.

Общият брой евакуирани жители в различни официални документи се определя от 116 хиляди до 135 хиляди души. Почти всички те са от 30 km зона на отчуждаване. Определените по различни начини индивидуални дози на облъчване са: средно за цялата група 31 mSv с разпределение: под 10 mSv – 30 %, под 50 mSv – 86 %, над 100 mSv – 4 %.

Дозите на вътрешно облъчване на щитовидната жлеза са в доста широк диапазон – от 0,07 до 0,40 Gy за възрастните (над 17 години) до 1,5 – 3,9 Gy за децата до 1 година.

Вътрешното облъчване, дължащо се на инкорпориране на цезий-137, е средно 6,0 mGy, като участие имат и инхалирането (до 75 % през първите дни) и поглъщането (главно мляко).

Население на най-засегнатите райони на Украйна, Белорусия и Русия

Числеността на тази група по последни оценки общо е около 7 милиона, като ориентировъчно разпределението на индивидуалните дози е 5 до 20 mSv (55 %); 20 – 100 mSv (41 %); 100 – 200 mSv (3 %); над 200 mSv (0,2 %); над     500 mSv (< 0,1 %). Средната доза за щитовидната жлеза е около 0,2 Gy, но диапазонът е много широк – от 0,02 до около 10 Gy.

За всички разгледани до тук групи, основната част от дозите на облъчване се дължат на външно гама облъчване , а относно кожата – на бета лъчения.

Най-облъчвания орган е щитовидната жлеза и то главно при децата, в резултат на инкорпориране на йод-131. От другите радионуклеиди най-съществен принос към вътрешното облъчване има цезий-137. Участието на стронций-90 във вътрешното облъчване (ефективни дози) не е по-голямо от 5 – 10 %.

Оценките на НКДАР/ООН за средните годишни ефективни дози на облъчване на населението на различни страни през първата година след аварията на Чернобилската АЕЦ са до около 1 mSv. Очакваното облъчване за следващите 50 до 70 години ще доведе до увеличаване на облъчването с около 30 % до 150 %.

Увеличаване на случаите на левкемия и други новообразувания, аномалии при раждания и каквито и да е други заболявания, които могат да се свържат с йонизиращата радиация, дължаща се на аварията, сред населението на страните на Европа досега не са открити.

Остри здравни последствия

Остра лъчева болест е диагностицирана при 134 души от групата на аварийните работници. За всичките 28 починали в първите 4 месеца след аварията причини за смъртта са:

·                  15 души – поражения на кожата или на стомашно-чревния тракт и 2 души – пулмонит (починали между 14 и 23 ден);

·                  6 души – поражения на кожата или на белия дроб и 2 души вторична инфекция от присаждане на костен мозък (между 24 и 48 ден);

·                  2 души – вторични инфекции (между 86 и 91 ден);

·                  1 човек – бъбречна недостатъчност (96 ден).

Освен тях, веднага след аварията, почиват 2 души – 1 непосредствено от взрива и 1 от термични изгаряния.

В периода от 1987 до 2000 г. от останалите живи с диагноза остра лъчева болест умират 11 души.

1.12               Късни последствия

На здравните последствия от Чернобилската авария са посветени десетки хиляди научни изследвания и публикации. В обобщен вид докладът на НКДАР/ООН от 2000 г. прави следният основен извод:

„Към настоящо време, освен съществено увеличаване на случаите от рак на щитовидната жлеза при тези, които са били облъчени в детска възраст, отсъстват свидетелства за съществено влияние на йонизиращите лъчения върху здравето на населението. Не е открито нарастване на заболеваемостта от всички видове рак или на смъртността, които могат да се свържат с радиацията. Рискът за възникване на левкемия, който е един от най-чувствителните показатели за радиационно въздействие, не се повишава даже при ликвидаторите и децата. Няма научно обосновани доказателства за увеличаване на случаите на доброкачествени новообразувания, соматични или психични разстройства, имащи отношение към облъчването с йонизиращи лъчения.”