Чернобыль: ждать ли повторения?

Причины

С момента самой аварии наиболее популярной версией её причины является так называемая экспериментальная. Согласно ей, не очень сознательный персонал АЭС решил, невзирая на риски, провести серию экспериментов по работе реактора на малой мощности, для чего отключил автоматические системы защиты. Без них экспериментальные режимы работы вызвали серию событий, которые привели к перегреву активной зоны, взрыву и выбросу большого количества радионуклидов в атмосферу.

Однако на деле, вероятно, всё было гораздо сложнее. Каждый планово-предупредительный ремонт на реакторах типа РБМК (Реактор большой мощности канальный), стоявших на ЧАЭС, использовался для проведения испытаний работы оборудования в штатных и нештатных режимах. Само собой, автоматическая защита экспериментировать просто не дала бы, из-за чего её в таких случаях всегда и отключали. Так называемые эксперименты ставились при каждом таком ремонте, однако к катастрофе привели лишь раз.

Только в 1991—1993 годах Госатомнадзор, а потом и аналогичные зарубежные организации признали очевидное: главной проблемой ЧАЭС были не "экспериментаторы", на деле выполнявшие рутинные, типичные при плановом ремонте тестовые операции. Истинной причиной катастрофы стали конструктивные проблемы реакторов РБМК, а также то, что персонал АЭС со значительной долей вероятности об одной из них так и не проинформировали.

РБМК — типичный реактор на кипящей воде со всеми недостатками, свойственными этому типу систем. Технически он представляет собой графитовый цилиндр диаметром 11,8 метра и высотой 7 метров. Цилиндр пронизан теплоотводящими каналами, центральная часть которых (где температура максимальна) сделана из цирконий-ниобиевого сплава. Верхние и нижние части канала из более дешёвой нержавеющей стали. РБМК, в отличие от реакторов современных АЭС, имеет всего один контур: вода, охлаждающая каналы, частично испаряется, и пароводяная смесь поступает в разделители, откуда пар подаётся на турбину, а остатки воды — обратно в активную зону.

Поскольку графит замедляет нейтроны, рассчитать расстояние от одного канала до другого надо было очень точно, а эффективной методики расчёта поглощения в устройстве столь сложной формы (многоканальном) тогда не было. Поэтому шаг каналов рассчитали неверно — сделали слишком большим, и графит чересчур сильно замедлял нейтроны в активной зоне. Это привело к появлению у реактора положительного парового коэффициента реактивности, хотя в проекте был заложен отрицательный (то есть при снижении подачи воды мощность реактора должна была сама собой снижаться). Проблему было бы легко решить, просто вставив в часть каналов поглотители или перейдя на иное топливо. После аварии на ЧАЭС 1986 года так и сделали, однако до неё никаких практических шагов в этом направлении никто не предпринимал.

Ключевая проблема для таких РБМК, как на ЧАЭС, состояла в том, что при резком повышении содержания пара в охлаждающей жидкости у реактора чрезвычайно быстро росла мощность (положительный паровой коэффициент реактивности). Поскольку количество пара в ряде режимов может резко возрасти (когда через реактор проходит меньше воды), положительный паровой коэффициент реактивности создаёт угрозу быстрого скачка мощности при уменьшении подачи воды. Современные АЭС проектируют принципиально по-другому — так, чтобы при увеличении количества пара в активной зоне реактора его мощность, наоборот, падала.

Другой капитальной проблемой реакторов РБМК было то, что поглощающие стержни, с помощью которых глушился реактор, имели непродуманную конструкцию. Секунд за десять до взрыва оператор, понимая, что реактор работает в опасном режиме, отдал команду на их ввод. Однако стержни в этом реакторе были устроены так, что при их опускании из крайне верхнего положения интенсивность цепной реакции в активной зоне вначале не падает (как должно быть), а растёт (концевой эффект). Нарастающая мощность при этом ещё быстрее увеличивает тепловыделение в активной зоне.

Когда из-за первой проблемы мощность реактора вдруг начала резко расти, оператор отдал команду на ввод стержней — замедлителей реакции. Из-за концевого эффекта решение оператора на ввод стержней из крайне верхнего положения выглядит самоубийственным. Именно оно и вызвало тепловой взрыв ядерной природы, который разрушил корпус реактора. Однако на деле вины человека-оператора в произошедшем не много. Концевой эффект в работе стрежней был обнаружен ещё в 1983 году при пуске РБМК таких же, как на ЧАЭС, типов. Но, хотя главный конструктор и разослал соответствующие письма, в которых бил тревогу, для исправления ситуации никто ничего не сделал. Более того, нет даже данных о том, что письмо генконструктора читали операторы взорвавшегося 4-го блока ЧАЭС.

Версия о вине персонала, озвученная сразу после аварии и закрепившаяся в массовом сознании, была удобна тем, что снимала вопрос о том, как РБМК с двумя столь тяжёлыми проблемами вообще пошёл в серию без доработок и почему атомное ведомство ничего не сделало после письма генконструктора на эту тему.

Нейтронная бомба

Аварию на ЧАЭС в определённом смысле можно рассматривать как мягкие испытания очень слабой нейтронной бомбы — оружия, до сих пор существовавшего только в научной фантастике. В отличие от обычной ядерной бомбы, Чернобыль дал очень мало гамма-излучения в точке взрыва, основная часть радиоактивных загрязнений (от 50 мегакюри) приходилась на радионуклиды. Главными среди них были йод-131 и цезий-137. После взрыва в реакторе они были выброшены в атмосферу и разнесены ветрами по Северной Украине, Белоруссии и ряду областей Средней полосы России (вплоть до Тульской).

Наихудшую роль в последующих событиях сыграл в основном йод. Дело в том, что для сухопутных животных этот микроэлемент — большая редкость, из-за чего у млекопитающих есть накапливающая его щитовидная железа. При массе в десятки граммов она содержит основную часть всего йода в организме. Соответственно, туда же направлялся и весь радиоактивный йод, полученный в первые дни после аварии. В итоге в этом естественном накопителе концентрация чрезвычайно активного радионуклида оказалась в тысячи раз выше, чем если бы он распределился по всему организму. Оказавшись в щитовидке, йод мог привести как к частичной гибели её клеток (с последующим гипотиреозом), так и к раку щитовидной железы. В результате аварии у лиц, в 1986 году бывших подростками и живших в зоне заражения, за 1990—1998 годы было зарегистрировано 4000 случаев рака щитовидной железы. К счастью, это одна из наименее опасных форм рака и за тот же период смертность среди упомянутых лиц была ниже двух человек в год. Короткий период полураспада радиоактивного йода (восемь дней) сделал эту угрозу хотя и мощной, но довольно быстро самоликвидировавшейся.

Шансы на повторение

Параллельно с РБМК, взорвавшимся позднее в Чернобыле, в СССР разрабатывались реакторы ВВЭР (водо-водяные энергетические реакторы). В отличие от РБМК, в ВВЭР вода в активной зоне не кипит, а просто находится под давлением. Это позволяет быстро и эффективно регулировать интенсивность цепной реакции, просто добавляя в неё поглощающий нейтроны бор. В пар внутри РБМК добавлять его бессмысленно, потому что пар быстро выносит бор из активной зоны. У ВВЭР отрицательный температурный коэффициент реактивности, то есть по мере нагрева возможность ускорения цепной реакции снижается, что предохраняет реактор от самопроизвольного повышения мощности по припятскому сценарию.

Иная у него и система охлаждения. Даже если полностью отключить обычную активную систему, пассивных средств охлаждения (за счёт простого рассеивания тепла в окружающее пространство) достаточно, чтобы дать остыть активной зоне. Таким образом, фукусимский сценарий аварии (из-за нарушения энергоснабжения охлаждающих установок) для ВВЭР также исключён.

Аналогичные ВВЭР схемы доминируют в США и Франции. Всё это означает, что прямое повторение чернобыльского и фукусимского сценария возможно только на всё ещё эксплуатирующихся реакторах с кипением воды в первом контуре (в России до сих пор действует 11 РБМК, на трёх АЭС близ Санкт-Петербурга, Воронежа и Смоленска) или американских реакторах на кипящей воде. Однако и там оно предельно затруднено: после Чернобыля концевой эффект на РБМК был ликвидирован рядом инженерных доработок, а сценарий Фукусимы требует крайне необычных условий (в большинстве стран мира АЭС в зоне цунами вообще не строят).

Тем не менее потенциальные проблемы с АЭС вполне возможны — в рамках военных сценариев. Так, в годы холодной войны даже рассматривался вариант атомных ударов по АЭС противника. Однако анализ возможных последствий таких ударов показал, что здания АЭС чересчур хорошо защищены и эффективнее будет направить боеголовку на крупный город.

Кроме того, если верить имеющейся информации о российском подводном дроне "Статус-6", в нашей стране разрабатываются системы, способные вызвать локальные искусственные цунами у берегов США. Там всё ещё есть старые реакторы на кипящей воде, подобные фукусимскому, и они потенциально уязвимы для подобных событий. Правда, городам, расположенным поблизости от таких АЭС, вряд ли угрожают их радионуклиды в случае такой катастрофы. "Статус-6", предположительно, будет оснащаться боевым модулем радиационного заражения, который сделает зону, подвергнувшуюся цунами, безжизненной и без аварийных реакторов.

Жертвы

Большой проблемой, делающей крайне затруднённой взвешенную оценку последствий припятской катастрофы, является психологический фактор. Людям свойственно бояться чего-то необычного, не входящего в сферу их повседневного опыта, например процессов, связанных с расщеплением атомного ядра. В отношении Чернобыля эффект был дополнительно усилен длительным скрытием информации о последствиях аварии. После снятия информационной блокады накал разоблачений усилился настолько, что привёл к формированию крайне преувеличенных оценок.

Начнём с цифр: часто говорят, что от аварии в той или иной форме пострадали многие миллионы. По оценкам Гринпис, только погибнуть от неё должны были как минимум 93 000 человек, как максимум — 290 000 человек, плюс порядка 10 000 врождённых уродств у новорождённых в зонах, затронутых катастрофой. Даже более сдержанные оценки ООН долгие годы указывали на цифру в 9000 погибших. Лишь через много лет появились другие цифры.

Окончательный отчёт Всемирной организации здравоохранения говорит о том, что непосредственно от аварии и острой лучевой болезни, ею вызванной, погибло менее 50 человек. От косвенных последствий — проблем со здоровьем, вызванных радионуклидами, выброшенными в атмосферу 26 апреля 1986 года, — умерло не более 4000 человек. Убедительных данных о патологиях новорождённых вследствие аварии вплоть до сегодняшнего дня так и не появилось. Хотя их количество в заражённых районах несколько выросло, однако в те же годы патологии у новорождённых с той же скоростью росли и по всему СССР, включая его азиатскую часть, явно не затронутую аварией. В медицинской литературе основной причиной таких уродств считается изменение образа жизни среди матерей, вызванное известными переменами в позднесоветском и особенно постсоветском обществе.

Чтобы понять, много это или мало, составить полное представление об опасности ядерной энергетики, не обойтись без сравнений. Крупнейшая в мире авария ГЭС (1975 год) унесла 170 000 жизней. Впрочем, разрушения крупных ГЭС довольно редки, а без тайфунов и землетрясений вообще не происходят. Куда страшнее тепловая энергетика, в силу технических особенностей обходящаяся без крупных одномоментных жертв, однако убивающая задействованных в ней людей (а также проживающих рядом с объектами её инфраструктуры) плавно и долго. Только в 2005 году и только в одной угледобывающей индустрии погибло 5938 человек (в основном в шахтах), а количество больных угольным пневмокониозом каждый год растёт на много десятков тысяч человек (болеет им примерно миллион шахтёров). В 2013 году от этой болезни скончалось 25 000 человек, а с погибшими в шахтах общее число прямых жертв угольной энергетики за один этот год составило примерно 30 000 человек (7—8 Чернобылей).

Давно рассчитанные цифры смертности на триллион киловатт-часов генерации свидетельствует, что именно тепловая энергетика является наиболее опасной. И хотя уголь самый смертоносный среди остальных видов топлива (100 000 смертей на триллион киловатт-часов с учётом повышенной смертности населения в районе ТЭС), но и газ (4000 смертей на триллион киловатт-часов) трудно назвать безопасным. В силу малого числа аварий атомная энергетика даёт 90 смертей на триллион киловатт-часов выработки. Даже если согласиться с Гринписом в его оценке последствий Чернобыля, эта цифра останется на уровне газовой энергетики и несопоставимо меньше угольной. При этом именно угольные ТЭС дают миру больше электричества, чем все остальные источники.

Огромное внимание, уделяемое авариям на АЭС и главной из них — чернобыльской, в основном является результатом психологического эффекта. СМИ охотнее освещают авиакатастрофы, а не автомобильные аварии, хотя первые по всему миру уносят не более 100 человек в месяц, а вторые — 3000 в день. Человеку проще запомнить малое число крупных событий, чем бесчисленное множество мелких, даже если они в десятки раз более смертоносны. То же произошло и с АЭС: да, они много менее опасны, чем господствующие ТЭС и ГЭС, но Гринпис об этом никогда не расскажет, а подавляющее большинство людей об этом никогда не узнают.

Как известно, решения, принимаемые в мировой энергетике, в конечном счёте направляются политиками, действующими так, как подсказывает рейтинг, а не так, как подсказывает разум. Именно поэтому Украина 15 лет назад закрыла ЧАЭС, а Япония после Фукусимы — все свои АЭС. В итоге обеим странам пришлось компенсировать выпадающий "атом" угольной генерацией энергии, несущей куда больше смертей. После Чернобыля в Европе и Америке на полтора десятилетия было заморожено строительство атомных станций, причём эта тенденция оказалась долговременной. Дефицит энергии в этих странах ожидаемо по-прежнему закрывается углём и в меньшей степени — менее опасным газом.

Как это ни парадоксально, вполне вероятно, что авария на ЧАЭС и связанное с ней охлаждение интереса к АЭС по всему миру в конечном счёте косвенно унесли не 4000, а куда больше жизней, причём продолжают уносить их каждый год. По существующим расчётам, если бы к 2010 году вся тепловая генерация мира была заменена на атомную (французский сценарий), это позволило бы избежать нескольких миллионов смертей до 2050 года. В том, что эти миллионы умрут, значительная доля вины аварии на ЧАЭС, нанёсшей главный удар по расширению атомной энергетики. В конечном счёте именно эту, во многом чисто психологическую, сторону Чернобыля стоит оценить как самую смертоносную.