4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕКУЩЕЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТА «УКРЫТИЕ». СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ АВАРИЙ

4.1. Система «Финиш» [1 — 6]
После того, как с помощью пробуренных скважин (а также разведывательными группами) в1988—1990 гг. вблизи большинства скоплений ТСМ были установлены радиационные и тепловые детекторы, начала создаваться система постоянного контроля (мониторинга) радиационной и ядерной безопасности объекта. Это позволило приступить к систематической разработке мер по раннему обнаружению и предотвращению опасных событий.
Она получила название «Информационно-измерительная система «Финиш» (ИСС «Финиш») (рис. 4.1).

Рис. 4.1 — Пульт управления системой «Финиш» в помещении Г359 (начало 1990-х годов).
1 — системная ЭВМ; 2 — измерительно-вычислительный комплекс К-537; 3 — дополнительный коммутатор каналов Ф-799; 4 — аппаратура предварительной обработки импульсных сигналов (в стандарте КАМАК)

Сбор и первоначальная обработка информации, поступающей от системы «Финиш», осуществлялись на пульте, установленном в одном из очищенных и оборудованных помещений деаэраторной этажерки 4-го блока (помещение Г359). Затем информация передавалась в лабораторный корпус в г. Чернобыль.
Формирование системы шло следующим образом:
После обнаружения скопления ТСМ рядом с ним, в основном через скважины, устанавливались «сторожевые» детекторы. Они измеряли величину потока нейтронов. Рядом с ними размещались детекторы мощности дозы гамма-излучения, температуры и тепловых потоков. Показания этих детекторов выводились на центральный пульт и в течение длительного времени (месяцы) анализировались. Убедившись в исправности и информативности канала «система — питания — детектор — предусилитель — распределительный шкаф — кабельные коммуникации — центральный пульт», его переводили в режим стационарного измерения, и он официально входил в ИИС «Финиш».

Первой задачей системы «Финиш» являлось наблюдение за состоянием ядерной безопасности (подкритичности) отдельных скоплений ТСМ по нейтронному потоку (Ф_н) и другим параметрам (МЭД гамма- излучения, температуре, тепловым потокам).
На рост эффективного коэффициента размножения нейтронов (К_эф) в скоплении ТСМ указывает, прежде всего, увеличение исходящих от него нейтронных потоков Ф_Н (нейтронная активность для ТСМ в подкритическом состоянии мала и определяется в основном нейтронами спонтанного деления ²⁴⁴Cm (Т_a=18 лет). Опыт эксплуатации ИСС «Финиш» показал, что естественный годовой спад активности выражается незначительным (≤ 3%) трендом на понижение).
К сожалению, абсолютные значения Ф_Н,регистрируемые вблизи такого скопления, не несут необходимой количественной информации о величине его подкритичности. Причина этого, прежде всего, в том, что реальная геометрия «источник-приемник» и состав материалов, разделяющих их, неизвестны. Поэтому гораздо более информативной является динамика относительных изменений Ф_Н, отклонение их величин от устойчивых (среднегодовых и/или среднесезонных) значений.
Что касается величин МЭД, температуры и тепловых потоков, то детекторы (при существующем их расположении в «Укрытии» — на периферии топливных скоплений) способны регистрировать увеличение значения К_эф. только в тех случаях, когда этот коэффициент становится близким к 1 (пока К_эф. не приблизится к 1, интенсивность гамма-излучения от процессов деления остается на порядки ниже уровня остаточного излучения топлива, регистрируемого вблизи скоплений ТСМ. Аналогичным образом, температура, обусловленная процессами деления при К_эф. < 1, будет на порядки ниже величины остаточного тепловыделения топлива). Оценки, выполненные в 1990 г. в «Курчатовском институте» и ИБРАЭ, показали, что при самых неблагоприятных условиях время достижения аварийного значения подкритичности (К_эф.=0,98) будет составлять десятки часов. За это время могут быть приняты соответствующие контрмеры (например, введение в скопление ТСМ нейтронного поглотителя).
В этом отношении показательно «аномальное нейтронное событие», зарегистрированное системой «Финиш» в 1990 г. (см. [6]). 

После проведенных в 1990-х годах модернизаций ИСС«Финиш» осуществляла контроль ядерно-физических и тепловых параметров следующих крупных скоплений ТСМ, находящихся в объекте «Укрытие»:

• лавообразных ТСМ «вертикального потока» в пом. 305/2 и пом. 210/7 (ПРК);
• лавообразных ТСМ «горизонтального потока» в пом. 304/3;
• ТСМ в ЦЗ и на уцелевшей части схемы «ОР»;
• отработавшего топлива в южном бассейне выдержки.

При этом каждое скопление ТСМ рассматривалось как отдельный объект наблюдения, являющийся обособленным источником ядерной и радиационной опасности. К 1997 г. текущую информацию обеспечивали уже 59 каналов (рис. 4.2).

Рис. 4.2 — Сотрудники КЭ за пультом управления системы «Финиш» 

В качестве иллюстрации многолетней работы систем диагностики объекта «Укрытие» ниже приводятся данные, взятые из Национального доклада Украины и полученные, в основном, с помощью ИСС «Финиш» (рис. 4.3).

Рис. 4.3 — Усредненные годовые тренды температуры, нейтронной и гамма активности в подаппаратном пом. 305/2 с 1987 по 2005 гг.

4.2. Борьба с радиоактивной пылью. [6 — 10]
Уже говорилось о том, что радиационная опасность объекта «Укрытие» для окружающей среды была, прежде всего, связана с возможным выбросом радиоактивной пыли при коллапсе объекта или обрушении внутренних конструкций. Кроме того, при работах, проводимых в «Укрытии», предпринимаемые меры безопасности не могли полностью гарантировать отсутствие выхода пыли за пределы объекта. Процессы постепенной деградации ТСМ также могли стать причиной пылеобразования.
Поэтому КЭ была разработана система контроля за радиоактивными аэрозолями и система пылеподавления. При этом было показано, что основной поток воздуха, (более 90%) выходит из объекта не через вентиляционную систему и не через предусмотренные технологические отверстия, а через многочисленные «щели», оставшиеся при монтаже конструкций «Укрытия». По оценкам разведывательных групп, общая площадь щелей в 1989 г. превышала 1000 м².

Для оценки полной активности, выходящей из объекта, использовалась следующая методика. На кровле «Укрытия», непосредственно над технологическими люками, были установлены планшетодержатели,  каждый из которых был укомплектован двумя вертикальными планшетами, расположенными под прямым углом друг к другу, и двумя горизонтальными (рис. 4.4). 

Рис. 4.4 — Планшетодержатель с одним вертикальным и двумя (верхним и нижним) горизонтальными планшетами

Планшеты (листы марлевой ткани, натянутой на раму размером 700´700 мм) перед установкой пропитывались специальным составом — смесью нефтяных масел. Составы сохраняют удерживающую способность в течение времени экспозиции планшетов (£ 1 месяц) и резко уменьшают проскок аэрозолей через фильтр. Между нижним и верхним горизонтальными планшетами расположен железный лист, благодаря этому нижний планшет собирает аэрозоли, выбрасываемые из люков в крыше. Верхний горизонтальный и два вертикальных планшета служат для оценки «фона» — загрязненности воздушного пространства аэрозолями в районе установки планшетов.
Таким образом, определяется объемная активность альфа-излучателей (²⁴⁰Pu, ²³⁹Pu, ²³⁸Pu, ²⁴¹Am) и бета-излучателей (¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr+⁹⁰Y, ²⁴¹Pu) в выходящем из люков воздухе.
Смена планшетов проводится с периодичностью не менее 1 раза в месяц. Оценить полный выброс радиоактивных аэрозолей из щелей и отверстий объекта достаточно трудно. Такой параметр, как суммарная площадь щелей и до, и после проведения мероприятий по герметизации «Укрытия», был известен с точностью не лучшей, чем 30 %. Скорости воздушных потоков, проходящих через разные щели, могут очень сильно отличаться (вплоть до знака). Поэтому на основе измерений с планшетами делаются лишь верхние оценки выброса при самых консервативных предположениях (так, после работ по дополнительной герметизации объекта, с целью уменьшения количества воды, проникающей в «Укрытие», суммарная площадь отверстий на верхних отметках «Укрытия» при оценке интегрального выброса принимается ~ 120м² (начиная с 2000г.)). Существенно большую точность имеют относительные результаты.
Полученные в 1996 — 2008 гг. данные по динамике выброса (за каждый год) приведены на рис. 4.5.

Рис. 4.5 — Верхняя оценка неорганизованного выброса РА из объекта «Укрытие» в 1996 — 2008 гг.

Из приведенной диаграммы следует, что в большинстве из 14 представленных лет наблюдений неорганизованный выброс аэрозолей колебался в пределах ±20% от среднего и только в 1997—1998 гг. и в 2001—2002 гг. сильно увеличивался. В литературе (например, [1] и др.) это объясняется возрастанием пылеподьема при проведении работ в помещениях и на кровле «Укрытия».
Следует отметить, что суммарная активность годового аэрозольного выброса из объекта составляла за время наблюдения всего несколько процентов от допустимого выброса для обычного блока АЭС мощностью 1000 МВт, а после принятия мер безопасности, описанных ниже, в любые моменты не превышала допустимых норм.
Для предотвращения выхода радиоактивной пыли при гипотетических внутренних обрушениях, в первую очередь, необходимо было уменьшить пылеподъём с поверхности развала реактора. Количество диспергированного топлива в нём, по оценкам, составляло несколько тонн.
Поэтому было предложено создать под кровлей «Укрытия» стационарную систему пылеподавления. Ее пуск состоялся в конце 1989 г. В воздушное пространство над ЦЗ через люки в легкой кровле и проходки в трубном накате были опущены 14 форсунок, которые позволили проводить периодическое распыление специальных жидких составов (рис. 4.6). 

Рис. 4.6 — Схема стационарной системы пылеподавления — СПП (1989 г).

Условные обозначения: 1 — форсунки, закрепленные над развалом в ЦЗ; 2 — напорный коллектор; 3 — насосное отделение; 4 — операторская;  5 — реакторы (помещение для емкостей смесителей); 6 — склад химреагентов

Таким образом, смачивалась и связывалась пыль на поверхности развала. В дальнейшем жидкость высыхала, создавая поверхностную пленку, препятствующую пылеобразованию. Пленка обладала высокой радиационной и химической стойкостью. Она относилась к классу пожаро–взрывобезопасных и экологически безопасных материалов.
Для предотвращения повышения критичности скоплений ТСМ в центральном зале в состав раствора вводились нейтронно-поглощающие добавки.
Управление системой пылеподавления производилось из операторского помещения, расположенного также на этой площадке.
Резкое уменьшение концентрации радиоактивных аэрозолей в локальной зоне «Укрытия» после начала работы СПП (см. рис. 4.7) подтвердило полученные результаты и явилось убедительным доказательством эффективности нового созданного барьера безопасности. 

Рис. 4.7 — Среднегодовая концентрация плутония в аэрозолях на промплощадке объекта «Укрытие»

В 2003 — 2004 гг. была проведена модернизация системы пылеподавления. Она заключалась в монтаже двух дополнительных коллекторов и форсунок, помещенных по периферии подкровельного пространства. Это позволило осуществлять нанесение пылеподавляющих покрытий на ранее не обрабатывавшиеся западную, южную и восточную границы развала реактора в центральном зале (рис. 4.8).

Рис. 4.8 — Проекция факелов форсунок модернизированной системы пылеподавления в центральном зале

Принятые меры по контролю и ограничению выброса радиоактивных аэрозолей из объекта «Укрытие» обеспечивали возможность безопасной работы персонала на площадке и работающих блоках ЧАЭС в течение более трёх десятилетий.

ЛИТЕРАТУРА
1. Оперативный контроль и диагностика состояния объекта «Укрытие» в период от 01.01.87г. до 28.04.87г. Отчет ОГ КИ, Чернобыль, — 1987, — 27 с.
2.А.А. Боровой, Е.Д. Высотский, А.И. Иванов и др. Система контроля ТСМ объекта «Укрытие» «Финиш». В сборнике «Объект «Укрытие» — 10лет», основные результаты научных исследований», Национальная Академия Наук Украины, Чернобыль, — 1996, — с. 128–139.
3 Боровой А.А., Высотский Е.Д., Шевченко В.Г. и др. Реконструкция системы «Финиш» под обеспечение регламентных измерений физических параметров ядерно-опасных делящихся материалов объекта «Укрытие». Сборник «Проблемы Чернобыля», вып. 3. Чернобыль, — 1998, — с. 114–116.
4. Анализ текущей безопасности объекта «Укрытие» и прогнозные оценки развития ситуации. Отв. исполнитель Боровой А.А. Отчет МНТЦ «Укрытие», Чернобыль, — 2001, — № 3836.
5. 20 лет Чернобыльской катастрофы. Взгляд в будущее. Национальный доклад Украины. Киев, Аттика, — 2006, — 232 с.
6. 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
7. А.А. Боровой, А.С. Евстратенко, А.П. Криницын и др. Динамика радиационной обстановки на объекте «Укрытие». В сборнике «Объект «Укрытие» — 10лет», основные результаты научных исследований». Национальная Академия Наук Украины, Чернобыль, — 1996, — с. 100–111.
8. Егоров Б.Н., Симановская И.Я.Применение полимерных покрытий для улучшения радиационной обстановки при эксплуатации объекта «Укрытие». Доклады Всесоюзной научно-практической конференции. Радиоэкологические, медицинские и социально-экономические последствия аварии на ЧАЭС. Реабилитация территорий и населения. М., 1995.
9. И. Огородников, Э.М. Пазухин, А.А. Ключников. Радиоактивные аэрозоли объекта «Укрытие». 1986 — 2006гг . НАН Украины, ИПБ АЭС, Чернобыль, —2008, — 455 с.
10. Богатов С.А., Евстратенко А.С., Симановская И.Я. Повышение радиационной безопасности объекта «Укрытие» путем расширения системы пылеподавления. Препринт МНТЦ «Укрытие», —2001, — 15 с.