1. МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА ПРЕОДОЛЕНИЕ АКТИВНОЙ СТАДИИ АВАРИИ (АПРЕЛЬ – МАЙ 1986 Г.)

1.1. Три вида опасности.

Правительственная Комиссия, которую возглавлял заместитель председателя Совета министров СССР Б.Е. Щербина, начала свою работу на ЧАЭС 26 апреля около 20-00. В состав Комиссии входили видные специалисты и руководители министерств и ведомств, отвечающих за атомную энергетику, медицину и др. «Курчатовский институт» (КИ) был представлен академиком В.А. Легасовым, который позднее писал: «Комиссия обнаружила полностью деморализованное руководство станции и с этого часа все управление работами взяла на себя» [1]. Уже на своем первом заседании Правительственная Комиссия отметила три главных вида опасности, исходящих после аварии от ядерного топлива в разрушенном реакторе.

Ядерная опасность
Ядерная опасность — опасность возникновения самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР).
Вот что вспоминал об этом В.А. Легасов [1]: «…первое, что нас всех волновало, был вопрос о том, работает или не работает реактор или его часть, то есть, продолжается ли процесс наработки короткоживущих радиоактивных изотопов». Попытка измерить потоки нейтронов непосредственно у развала реактора, сделанная академиком, оказалась бесполезной. Датчик не смог работать в огромных полях гамма-излучения.
Поэтому специалистам КИ было поручено оценить возможность возникновения самоподдерживающейся цепной реакции. Первые расчеты были выполнены к маю 1986 г. [2]. Главное опасение вызывал тот факт, что в разрушенном реакторе мог остаться неповрежденным значительный кластер уран-графитовой кладки. Было показано, что в кластере, содержащем более 154 каналов (~1/10 часть всей кладки) возможно возникновение СЦР в случае, если по каким-то причинам в нем нет поглощающих стержней.
В то же время специалисты по физике реакторов отмечали, что после взрывов сохранение такого большого кластера реактора является крайне маловероятным, а длительность его гипотетической неуправляемой работы окажется очень малой — кластер сильно нагреется, развалится, а наработанная в нем радиоактивность будет на много порядков меньше, чем радиоактивность уже разрушенного топлива.
Опасность могло представлять и значительное скопление разрушенного топлива со средним или малым выгоранием. Но в этом случае для возникновения СЦР было необходимо наличие эффективного замедлителя нейтронов — воды. Однако в течение значительного времени после аварии температура топлива была настолько велика, что это исключало возможность для проникновения в него воды. 

Тепловая опасность
Тепловая опасность была связана с огромным остаточным тепловыделением ядерного топлива в результате радиоактивного распада. Это привело к образованию высокотемпературного (~ 2000°С) расплава, в состав которого, кроме топлива, вошли и другие материалы активной зоны (кориума). Такой расплав был способен, последовательно прожигая («вбирая в себя») бетонные перекрытия здания и фундаментную плиту, опуститься вниз вплоть до грунтовых вод. Данный процесс имел даже неофициальное название — «китайский синдром», по названию американского художественного фильма, в котором обыгрывалась аналогичная ситуация [3]. Эти опасения, высказываемые многими специалистами, были основаны на опыте крупнейшей (до Чернобыля) аварии, случившейся на АЭС «Three Mile Island» в штате Пенсильвания, США. В результате этой аварии расплавилось около половины активной зоны, а образовавшийся кориум опустился на дно металлического бака ядерного реактора.
Перед коллективом специалистов КИ, возглавляемого Е.П. Велиховым, В.Д. Письменным, A.М. Дыхне и Л.А. Большовым, была поставлена задача определить, насколько реальна эта опасность, возможен ли выход больших количеств расплавленных радиоактивных материалов в подреакторные помещения и за пределы блока и попадание их в грунтовые воды. Необходимо было выработать предложения по мерам предотвращения такого сценария.
В кратчайшие сроки на основе расчетных оценок и проведённых модельных экспериментов был сделан вывод о маловероятном, но принципиально возможном сценарии проникновения расплава топлива в нижние помещения бассейна-барботера и его попадания на фундаментную плиту 4-го блока. Для гарантированного предотвращения такого сценария предлагалось соорудить под фундаментом блока охлаждаемую водой плиту — ловушку для расплава. 

Радиационная опасность
Этот вид опасности прежде всего был связан с непрекращающимся выбросом активности из разрушенного реактора, в основном, вследствие горения графита (рис. 1.1). Вместе с дымом в атмосферу выбрасывалась радиоактивность. Как довольно скоро стало известно, речь шла о выбросе миллионов кюри в сутки и десятках тысяч квадратных километров загрязненных территорий. 

1.2. Первые контрмеры. Сброс с вертолётов различных материалов.

В качестве главной контрмеры Правительственная комиссия одобрила идею о «засбрасывании» с вертолетов шахты реактора различными материалами, способными локализовать аварию. После проведенных консультаций была уточнена номенклатура этих материалов.
Часть из них (соединения бора), являясь поглотителем нейтронов, должна была обеспечить ядерную безопасность.
Другая часть (глина, песок, доломит) предназначалась для создания фильтрующего слоя и уменьшения радиационного выброса. Кроме того, доломит MgCa(CO₃)₂, попадая в область высоких температур, должен был разлагаться и образовывать двуокись углерода, которая могла обеспечить «газовое перекрытие» и лишить горящий графит доступа кислорода.
Наконец, последний компонент (свинец) должен был принять на себя выделяющееся тепло, расплавиться и предотвратить развитие «китайского синдрома».

Рис. 1.1. Разрушенный 4-й блок ЧАЭС (3 мая 1986 г.)

В таблице 1 приведен перечень основных контрмер, принятых на активной стадии аварии (26 апреля — 6 мая). 

Таблица 1. Перечень основных контрмер, принятых на активной стадии аварии.

В прошедшие годы периодически возникала дискуссия о необходимости и эффективности мер по локализации аварии. Особенно это касается такой трудоёмкой и опасной операции, как забрасывание с вертолетов развала реактора различными материалами (к 06.05.86 г. было сброшено ~ 5000 т различных материалов. Сброс продолжался и после окончания активной стадии аварии. К 18.06.86 г. было сброшено всего ~11400 т различных сухих материалов и ~ 5200 т растворов).
Изначальные предположения, что основная часть этих материалов попала в шахту реактора, не подтвердились. Собственно, указания на такую ситуацию имелись уже в 1986 г. Впервые на это обратил внимание Е.П. Велихов при облёте блока на вертолёте. По его наблюдениям, шахта реактора оказалась пустой. Позже, из анализа фотографий центрального зала (ЦЗ), стало ясно, что мешки со сброшенными материалами лежат в южной части зала и образовали многометровые холмы (рис. 1.2).
Это подтвердили и разведывательные группы, после тщательной подготовки проникшие в ЦЗ. Построенная на основании полученных ими данных схема ЦЗ выглядела так, как это показано на рис. 1.3.

Рис. 1.2 — Верхние отметки блока после аварии. 1 и 3 — завалы на потолках помещений северного и южного барабан сепараторов, 2 — центральный зал.

Рис. 1.3 — Схема расположения сброшенных в ЦЗ материалов. Обозначения: 1— железобетонная плита, 2 — металлоконструкции схемы «Е», 3 — трубы НВК, 4 — завал из материалов, сброшенных с вертолётов, 5 — северный бассейн выдержки, 6 — южный бассейн выдержки, 7 — пультовая, 8 — фрагменты активной зоны, 9 — схема «КЖ».

Но это, однако, не исключало того, что часть материалов все же попала в шахту реактора. В середине 1988 г. исследователям удалось с помощью специально пробуренных скважин, введя в них перископ и телекамеры, увидеть то, что находится внутри самой шахты.  Сколько-нибудь заметного количества сброшенных материалов они там не обнаружили.
Но и здесь можно возразить — эти материалы попадали в область высоких температур, расплавлялись и растекались по нижним помещениям реактора. Такой процесс вполне мог происходить. На нижних этажах, действительно, обнаружили большие массы застывшей, лавообразной массы, содержащей ядерное топливо.
Хорошим индикатором того, что в состав лавы вошли не только материалы собственно реактора, бетон и т.п., но и материалы, сброшенные с вертолетов, мог бы стать свинец (его сбросили около 6700 т!). Однако свинца в лаве практически нет, кроме того, свинец не был обнаружен и в скоплениях расплавленных металлических масс (исследования 1988—1989 гг.). Предположение о том, что он испарился, попав в область высоких температур, также не подтвердилось — в помещениях блока не наблюдается свинца, осевшего на холодные поверхности. Исследования, проводившиеся в 10-километровой зоне, значительных превышений его концентрации в почве над фоновыми значениями также не выявили. 

Что могло помешать летчикам выполнить задание? Здесь надо учитывать много факторов.

Во-первых, условия сброса грузов. Среди них, в первую очередь, — столб дыма и пара, содержащий огромную радиоактивность, и оказывающий не только моральное воздействие на пилотов, но и приведший к заметному ухудшению их физического состояния уже после первых полетов. Существовал также риск столкнуться с 150-метровой вентиляционной трубой (из-за этого несколько мешком со свинцом пробили крышу 3-го энергоблока и попали в его центральный зал).
Во-вторых, причина могла заключаться и в том, что выброшенная взрывом и ставшая почти вертикально схема «Е» с путаницей труб, которые она вытянула за собой, создала как бы щит, отбрасывающий в центральный зал падающие материалы.
В-третьих, рядом с шахтой реактора в центральном зале светилось яркое пятно (раскаленный графит?). Это пятно вполне можно было принять за отверстие шахты и сбросить туда груз. 

Оказались ли проведенные мероприятия бесполезными?

Задним числом высказывались мнения, что они были даже вредны. Например, мнение, что при сбрасывании десятков тысяч тонн материалов на 4-й блок поврежденные конструкции дополнительно разрушались, а это потом должно было негативно сказаться на устойчивости объекта «Укрытие».
Нам хотелось бы указать на положительные моменты (напомним, что речь идет, в основном, о технической стороне проблемы).

• Материалы, содержащие бор, попали в центральный зал, куда во время взрыва были выброшены многочисленные фрагменты активной зоны реактора и топливная пыль. Попав на топливо, они уменьшили его ядерную опасность (практически, сделали его полностью ядерно безопасным).
• Песок, глина, доломит засыпали во многих местах толстым слоем радиоактивные обломки в центральном зале и стали барьером для проникающего излучения. Это не просто облегчило впоследствии работу по созданию «Укрытия», но и в ряде случаев (строительство трубного наката и легкой кровли над развалом) сделало ее вообще выполнимой в заданные сроки и с учетом затраченных ресурсов.
• Оперативный персонал и исследователи смогли проникнуть в ЦЗ и выполнить там ряд важных работ для обеспечения безопасности объекта «Укрытие».
• Наконец, часть материалов все же могла попасть в шахту и участвовать в образовании лавы.

1.3. Сколько ядерного топлива осталось в пределах объекта «Укрытие»

Вопрос о топливе в «Укрытии» многие годы служил предметом спекуляций и домыслов. Вместе с тем ответ на него был получен еще в первые месяцы после аварии. Выброс топлива за пределы объекта составлял менее 5% от первоначально находившегося в 4-м блоке количества (см. рис. 1.4).

Рис. 1.4 — Выброс ядерного топлива при аварии на ЧАЭС.

Мы не будем подробно останавливаться на методах подсчёта — они подробно описаны в работах [4, 5] и многих других. Отметим только, что по прошествии 35 лет этот факт подтверждён при исследовании многих тысяч проб почвы, отобранных различными лабораториями на разных расстояниях от аварийного блока. При этом, выброс летучих радиологически опасных нуклидов, не находившихся в топливной матрице, составил 33 ± 10% для ¹³⁷Cs и ¹³⁴ Сs, и 50÷60% для йода. 

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Легасов. Мой долг рассказать об этом. «Энергия», — 1996, —№9, — С. 41–49.
2. Бурлаков Е.В., Занков Ю.Н., Кватор В.М. О возможности возникновения СЦР после аварии. Докладная записка руководству ИАЭ им. И.В. Курчатова, рукопись. Москва, 07.05.86 г., 5 с.
3. Арутюнян Р.В. Китайский синдром. «Природа», — 1990, — №11, — С. 77–82.
4. А.А. Боровой, Е.П. Велихов. Опыт Чернобыля, часть 1. НИЦ «Курчатовский институт», Москва, — 2012, — 168 с. http://www.nrcki.ru/files/pdf/1464175457.pdf
5. Р. В. Арутюнян, Л. А. Большов, Е. П. Велихов, А. А. Ключников. Ядерное топливо в объекте «Укрытие» Чернобыльской АЭС. Москва, «Наука», — 2010, — 240 с. http://www.ibrae.ac.ru/pubtext/54/