На Чернобыльской АЭС в четырёх энергоблоках были установлены реакторы РБМК-1000. Серия разработана в СССР. Реактор серии РБМК- большой мощности канальный, на тепловых нейтронах. Теплоноситель — кипящая вода. Мощность 1000 мегаватт.
После катастрофы 1986 года несколько комиссий МАГАТЭ в связи с расследованием обстоятельств взрывов признали реактор РбМК-1000 основным виновником произошедшего. Так как, по их мнению, реактор имел множественные конструктивные недостатки. В то же время вот уже за более 50 лет эксплуатации эта серия имела аварийных ситуаций не больше чем другие.
1—— Обнинская АЭС реакторный зал
Реактор первой в мире АЭС АМ-1 «Атом Мирный», был установлен на Обнинской АЭС, 1954 году это был реактор «двойного» назначения помимо «военных» изотопов, производилась электроэнергия. В целом реакторы показали себя не очень надёжными, на всём протяжении их эксплуатации неоднократно происходили различные аварии. Однако доработали до полной выработки ресурса, после чего были выведены из эксплуатации.
2—- Николай Антонович Доллежаль — советский учёный-энергетик, конструктор ядерных реакторов, профессор.
3—- Анатолий Петрович Александров 1903–1994 советский физик, академик АН СССР, доктор физико-математических наук, педагог, профессор.
Разработка реакторов серии РБМК началась в середине 60-х годов. Работы велись в Научно-исследовательском и Конструкторском Институте ЭнергоТехники (НИКИЭТ) под руководством академика Николая Антоновича Доллежаля. Научной частью заведовал Институт Атомной Энергии (ИАЭ) им. Курчатова директор – академик Анатолий Петрович Александров. Вообще, работа в области атомной энергетики в частности и атомной промышленности велась и управлялась ведущими советскими учёными.
Строительство блоков РБМК первой очереди предполагалось осуществлять для нужд Министерства энергетики и электрификации СССР. Учитывая опыт в проект были внесены существенные изменения, повышающие безопасность энергоблоков.
4—- Ленинградская атомная станция (ЛАЭС)». В городе Сосновый Бор
На данный момент серия этих реакторов включает в себя три поколения.
Строительство первой атомной станции, оснащённой реактором РБМК-1000 началось в 1967 году в 4 км от посёлка Сосновый бор, что в 70 км от исторического центра Санкт-Петербурга. 23 декабря 1973 года Государственная приёмная комиссия приняла первый энергоблок в эксплуатацию. ЛАЭС стала первой в стране станцией с реакторами РБМК-1000. Спустя два года вступил в эксплуатацию второй энергоблок Ленинградской АЭС. Затем началось строительство энергоблоков 3 и 4. Энергоблоки 3 и 4 Ленинградской АЭС относятся к второму поколению АЭС с реакторами РБМК-1000
Почти одновременно с ЛАЭС шло строительство энергоблоков с реакторами РБМК-1000 первого поколения. На Курской АЭС также 1 и 2 блоки начало строительства – 1972 и 1973 года, ввод в эксплуатацию – 1977 и 1979 год и Чернобыльской АЭС начало строительства – 1970 и 1973, ввод в эксплуатацию – 1978 и 1979 года соответственно.
А дальше началось проектирование и строительство энергоблоков с реакторами РБМК второго поколения. Основной причиной доработки проекта стало ужесточение правил безопасности. В частности, была внедрена система длительного расхолаживания.
К реакторам нового типа с повышенным уровнем безопасности относились энергоблоки 3 и 4 Курской АЭС начало строительства – 1978 и 1981 года, ввод в эксплуатацию – 1984 и 1986 соответственно.
5—- Чернобыль ЧАЭС
И Реакторы Чернобыльской АЭС с номерами 3 и 4 были энергоблоками второго поколения, тогда как № 1 и 2 были энергоблоками первого поколения, подобными тем, что эксплуатируются на Курской, Ленинградской АЭС. Конструкции РБМК второго поколения были оснащены более надежной защитной оболочкой.
В проект постоянно вносились дополнительные изменения, призванные повысить надёжность и безопасность АЭС. Был применён барабан-сепаратор (БС) большего диаметра до 2,6 м, внедрена трёхканальная система САОР. Увеличено количество насосов аварийной подачи воды, были применены двухэтажные бассейны-локализаторы, что существенно повысило возможности системы локализации аварий.
6—-Это современный вид БЩУ РБМК-1000 Курская АЭС, вид на место старшего инженера управления реактором.
Таким образом реакторы модели РБМК-1000 были установлены на Ленинградской АЭС, Курской АЭС, Чернобыльской АЭС, Смоленской АЭС.
В общей сложности было сдано в эксплуатацию 17 энергоблоков с РБМК.
Аварии и инциденты
Аварии с атомными станциями, как и с любыми техническими устройствами происходят в мире регулярно. И это не зависит от строя, который присутствует в данный момент в стране.
Авария на АЭС Три-Майл-Айленд США, произошла 28 марта 1979 года на втором энергоблоке. В ходе аварии произошло расплавление около 50 % активной зоны реактора, после чего энергоблок так и не был восстановлен. Помещения АЭС подверглись значительному радиоактивному загрязнению.
Авария Сен-Лоран, Франция, 1969 год
Первый уран-графитовый реактор типа UNGG на АЭС Сен-Лоран был запущен в эксплуатацию 24 марта 1969 года. Спустя полгода его работы случился один из серьезнейших инцидентов на атомных электростанциях Франции.
50 килограмм урана, помещенные в реактор начали плавиться.
В результате аварии около 50 кг расплавленного топлива осталось внутри бетонного корпуса, никто не пострадал, но потребовалось остановить блок почти на год для очистки реактора и усовершенствования перегрузочной машины.
С 1952 по 2009 год в США официально зафиксировано по меньшей мере 56 аварий на ядерных реакторах.
Советские аварии на АЭС с реакторами серии РБМК
1975 год авария с разрывом одного канала на первом блоке ЛАЭС и выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду.
1982 год авария разрыв одного канала на первом блоке ЧАЭС была связана с действиями оперативного персонала, грубо нарушившего технологический регламент.
1986 год тяжёлая авария с массовым разрывом каналов на четвёртом блоке ЧАЭС и разрушением активной зоны, приведшая к радиоактивному заражению большой территории. Причины аварии 1986 года были и остаются предметом горячих споров.
7—- Сравнение размеров реакторов второго поколения. Классификация коммерческих реакторов, построенных до конца 1990-х годов.
1991 пожар в машинном зале второго блока ЧАЭС авария связана в первую очередь с нештатной ситуацией на турбогенераторе. Авария 1991 года в машинном зале второго блока ЧАЭС была вызвана отказами оборудования, не зависящими от реакторной установки.
1992 разрыв одного канала на третьем блоке ЛАЭС был вызван дефектом клапана.
Справедливости ради надо сказать что не одна из тысяч АЭС в мире ни обходится
без подобных поломок.
8—-Центральный зал реактора, Вид на плитный настил и разгрузочно-загрузочную машину
В 2011 году очередное обследование состояния реактора первого энергоблока ЛАЭС выявило преждевременное искривление графитовой кладки. В 2012 году, на 37-м году эксплуатации, реактор был остановлен
В 2013 году после ремонта реактор вновь был запущен. Удалось сохранить работоспособность реактора до окончания планового срока службы в 2018 году. Уже в 2013 году аналогичные работы начались на втором энергоблоке Курской АЭС, в 2014 году — на втором энергоблоке ЛАЭС, в 2015 году — на первом энергоблоке Курской АЭС.
По состоянию на 2024 год эксплуатируется 7 энергоблоков с РБМК на трёх АЭС: Ленинградской, Курской, Смоленской.
Закладка новых или достройка существующих недостроенных блоков РБМК в России в настоящее время не планируется.
Устройство реактора РБМК
Все четыре энергоблока ЧАЭС, работавшие к апрелю 1986 года, были оборудованы РБМК-1000 — канальными реакторами
Все они использовали графит как замедлитель нейтронов
воду как теплоноситель и двуокись урана как топливо.
При эксплуатации решалась задача экономного использования нейтронов в активной зоне.
9—- Тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ).
10— Схема энергоблока АЭС с реактором типа 1 дистанционирующая проставка 2 оболочка твэл 3 таблетки ядерного топлива
Что представлял собой новый реактор. Реактор начинается с тепловыделяющего элемента (ТВЭЛ). ТВЭЛ – это трубка из циркониевого сплава, толщина которой 0.9 мм, а диаметр – 13.6 мм. Оставшиеся 11.5 мм занимают спрессованные таблетки диоксида урана — 235. 18 таких ТВЭЛов объединены в тепловыделяющую сборку (ТВС). Внутри неё помимо самих ТВЭЛов находится несущий стержень из оксида ниобия NbO2, крепёжные детали из циркониевого сплава, а также каналы для теплоносителя, то есть воды. Высота одной сборки – 3.5 метра. Последовательное соединение двух ТВС называется тепловыделяющей кассетой (ТВК), её высота – 7 метров.
11— ТВС РБМК-1000: 1 — подвеска; 2 — переходник; 3 — хвостовик; 4 — твэл; 5 — несущий стержень; 6 — втулка; 7 — наконечник; 8 — гайка
Высота ТВК соответствует высоте всей активной зоны. Сама активная зона представляет собой графитовую кладку, состоящую из графитовых колонн.
Всего колонн 2488, в каждой просверлен канал диаметром 114 мм. В этом канале может размещаться одна из 1693 топливных кассет. Благодаря такой схеме реактор и получил наименование РБМК – Реактор Большой Мощности Канальный.
12—1 — плитный настил (тяжелый бетон, 4 т/м3)
2 — засыпка серпентинита (1,7 т/м3)
3 — обычный бетон (2,2 т/м3)
4 — песок (1,3 т/м3)
5 — бак водяной защиты
6 — стальные защитные блоки
7 — графитовая кладка.
13—Структура реактора РБМК. Сверху биозащита, ниже пароводяные отводы от технологических каналов, еще ниже верхняя металлическая плита, еще ниже активная зона и в самом низу система подачи воды в реактор
Всё это располагается в шахте. В самом низу шахты бетонное основание.
Сверху расположена плита её размеры толщина 3 метра, диаметр – 17.5 метров, вес 3000 тонн. Она установлена на кольцевом баке с водой, исполняющем роль биологической защиты.
14—Плитный настил на ЛАЭС.
На полу реакторного зала лежит плитный настил. Такая конструкция реактора позволяет перегружать тепловыделяющие кассеты без остановки реактора с помощью разгрузочно-загрузочной машины
Работа реактора РБМК
С помощью главных циркуляционных насосов (ГЦН) вода через трубопроводы подаётся непосредственно в ТВК.
В них температура кипения воды повышается до 284 градусов по Цельсию. Вода подаётся в активную зону снизу. Образовавшуюся пароводяная смесь направляется к барабан-сепараторам где отделяется от пара. Пар идёт на турбины, а вода снова подаётся в реактор.
15—А это схема работы РБМК
16—Турбинный зал ЧАЭС
Пар вращает турбину, преобразуя тепловую энергию в кинетическую. Эту энергию турбина передаёт на генератор, вырабатывающий электроэнергию. Из турбины пар попадает в конденсатор и пруд-охладитель станции. Эта вода, с помощью питательного насоса подается в барабан-сепаратор. Там она смешивается с водой из пароводяной смеси, пришедшей из активной зоны, после чего уходит в реактор. Так замыкается восьмёрка.
17—Работа стержней регулирования
На случай, если нужно уменьшить мощность, или заглушить реактор. Ведущую роль играют Стержни Управления и Защиты (СУЗ). Стержни вводятся в активную зону или выводятся из неё, тем самым уменьшают или увеличивают мощность соответственно. Введение всех стержней глушит реактор. Стержни, вводятся в реактор сверху.
18— Работа стержней регулирования
Критичность и Реактивность. Критичность — это стационарное состояние потока нейтронов, когда каждую секунду в реакторе происходит одинаковое количество делений ядер урана 235 или плутония 239.
Отличия от стационарного состояния называются реактивностью, положительной или отрицательной. Т.е. реактивность — это отличие критичности от единицы
Критичность может быть на любой мощности, а ввод реактивности вызывает изменение мощности — опять же с любого уровня на любой.
Эксперимент
19—Турбина АЭС РБМК 1000
Эксперимент заключался в отключении внешнего питания перекрытие подачи пара с реактора на турбину и наблюдение за тем, как выбегающий ротор обеспечивает энергией ГЦНы, пока не запустятся дизель-генераторы и не возьмут на себя нагрузку.
Питание — это может пригодиться в случае обрыва или выключения ЛЭП от станции до единой энергосистемы, а использование инерции теоретически помогает пережить момент от обесточивания до запуска резервных дизель-генераторов что занимает примерно 30 секунд.
20—Рабочая программа испытаний
Испытание режима планировалось 4 раза три предыдущих были отложены по разным причинам, не связанным с атомным реактором, например, в 1985 году забыли включить регистрирующие осциллографы на 4 блоке.
Испытания по выбегу турбогенератора было решено начать, видимо, в 01:23:00. К этому моменту энергоблок подошел со следующими параметрами:
Тепловая мощность реактора 200 МВт
Электрическая мощность 40 МВт
Давление в КМПЦ ВК 63/64 кг/см2;7
Температура воды на входе в ГЦН 280.8/283.2 С.
Итак, испытания начались. В 01:23:04 закрыты стопорные клапана ТГ-8, и начался совместный выбег турбогенератора ТГ-8 с ГЦН №.13,14,23,24. Включение в работу дизель-генератора и ступенчатый набор нагрузки закончилось к 01:23:44 и в течение этого времени электроснабжение указанных ГЦН осуществлялось за счет выбега турбогенератора.
21— А это дизель-генераторы, такие же, как на ЧАЭС, подхват нагрузки, который совпал с моментом разрушения реактора.
Наконец, видя успешное завершение эксперимента по выбегу Блок выбега отработал правильно, и дал возможность включится дизель генераторам. Прозвучала команда начальника смены блока Акимова заглушить реактор, что и было выполнено оператором блочного щита управления.
Оператор нажимает в 1:23:40 кнопку ввода АЗ-5 аварийной защиты реактора, после чего все 191 поглощающих стержней СУЗ, практически полностью извлеченных к этому моменту из реактора, начинают идти вниз.
Поглощающие стержни начали движение в активную зону. Однако до конца опустить их не удалось.
22—Реакторная установка РБМК-1000
23—Виды разрушения ТВЕЛ.
Предположительно давление пара в реакторе. Но возможно и что-либо другое, например, разрушение технологического канала задержало их на высоте 2-х метров при высоте реактора 7 метров.
При непогруженных стержнях СУЗ тепловая мощность продолжила стремительно расти, начался неконтролируемый разгон реактора. Зарегистрированы сигналы, свидетельствующие об быстром росте мощности
Из рассказов очевидцев, находящихся в зале управления реактором.
«Через несколько секунд послышался гул. Гул был совершенно незнакомого характера, очень низкого тона, похожий на стон человека. О подобных эффектах рассказывают обычно очевидцы землетрясений и вулканических извержений. Сильно шатнуло пол и стены, с потолка посыпалась пыль и мелкая крошка, потухло люминесцентное освещение, установилась полутьма, горело только аварийное освещение, затем сразу же раздался глухой удар, сопровождавшийся громоподобными раскатами.
Освещение появилось вновь, все находившиеся на БЩУ-4 были на месте, операторы окриками, пересиливая шум, обращались друг к другу, пытаясь выяснить, что же произошло, что случилось.
Дятлов, находившийся в это время между столом начальника смены блока и панелями систем безопасности, громко скомандовал: «Расхолаживаться с аварийной скоростью!»
24— В машзале пожар
В этот момент на БЩУ-4 вбежал машинист паровой турбины (МПТ) Вячеслав Бражник и громко крикнул: «В машзале пожар, вызывайте пожарную машину».
Пример свидетельства очевидцев настоящих землетрясений.
1—-«Я почувствовал какую-то вибрацию, от которой сотрясались стены караульного помещения, сопровождающееся гулом. Первая мысль — это начвещь ставит машины задним бортом к стене караульного помещения и от близко работающего двигателя эти гул и вибрация. Когда же я обратил внимание на то, что электрическая лампа, находившаяся прямо над моей головой, закачалась и. подняв голову, увидел что на потолке образуются трещины и с потолка сыпется штукатурка»
2—-«Этот гул больше похож, на рев турбин самолета конечно находясь от этих турбин примерно на метров 800. Кстати только сегодня у нас в Ташкенте с утра было землетрясение сопровождалось сперва гулом у этого гула частота не человеческая, так что сердце начинает колотить не по детский, а следом шёл удар.
25— У входа в машзал свисающие куски железобетона
Когда свидетели вышли посмотреть то увидели сразу у входа в машзал свисающие куски железобетона и обрывки металлоконструкций.
Выдержки из выводов комиссий
Официальная правительственная комиссия СССР назвала в качестве главной причины действия персонала, нарушавшие технологический регламент.
В качестве дополнения высказались предположения к недоработке технической части реактора.
Неудачная конструкция поглощающих стержней.
Положительный паровой коэффициент реактивности (ПКР), т.е. появление в реакторе положительной реактивности при росте количества пара.
Конструкция твэла. Между топливными таблетками оставлены полости для выхода газообразных продуктов
Сочетания первых двух факторов привели к аварии.
Выброшенное из ТВС топливо прожигает циркониевые стенки технологических каналов. Происходит разгерметизация тракта теплоносителя и начинается его бурное кипение.
Нарастающее давление пара в реакторной кладке приподнимает верхнюю плиту пароводяных коммуникаций и обрывает все остальные трубы технологических каналов. Весь реактор разгоняется на мгновенных нейтронах, за секунду развивая мощность в тераватты.
За это время успеет выделиться по разным оценкам 100-200 гигаджоулей ядерной энергии, которые пойдут разными путями разрушать энергоблок.
Выводы МАГАТЭ
По их мнению, причина аварии кроется в самой конструкции ядерного реактора РБМК-1000. Так, специалисты МАГАТЭ считают, что реактор РБМК-1000 обладал рядом конструктивных недостатков и по состоянию на апрель 1986 года имел десятки нарушений и отступлений от действующих правил ядерной безопасности на любом из реакторов типа РБМК.
26— Специалисты МАГАТЭ
Реактор был спроектирован таким образом, что паровой коэффициент реактивности был положительным, то есть повышение интенсивности парообразования способствовало высвобождению положительной реактивности. Вызывающей возрастание мощности реактора, а пустотный — отрицательным.
В процессе работы реактора через активную зону прокачивается вода, используемая в качестве теплоносителя, но являющаяся также замедлителем и поглотителем нейтронов, что существенно влияет на реактивность. Внутри топливных каналов реактора она кипит, частично превращаясь в пар
Вот эта особенность положительная обратная связь между мощностью и реактивностью и имела непосредственное отношение к причинам аварии. Эти недостатки не были должным образом отражены в проектной и эксплуатационной документации.
Рост мощности вызывал такие процессы в активной зоне, которые приводили к ещё большему росту мощности.
Несмотря на то, что расчётные пустотный и быстрый мощностной коэффициенты реактивности были отрицательными, на деле они оказались положительными, что делало неизбежным взрыв реактора при полном обезвоживании активной зоны.
27— Стержни суз РБМК-1000
Ещё одна из возможных причин аварии «Концевой эффект». Из-за неправильной конструкции стержней СУЗ в реакторе Суть эффекта заключается в том, что в течение первых нескольких секунд погружения стержня в активную зону вносилась положительная реактивность вместо отрицательной.
Конструктивно стержень состоял из двух секций: поглотитель (карбид бора) длиной на полную высоту активной зоны и вытеснитель (графит), вытесняющий воду. При полностью извлечённом стержне, в активной зоне реактора остаётся столб воды. Замещение при движении стержня вниз нижнего столба воды графитом с более низким сечением захвата нейтронов, чем у воды, и вызывало высвобождение положительной реактивности.
И наконец время срабатывания системы защиты АЗ-5. В проекте реактора РБМК-1000 никак не обосновывалось медленный по мнению комиссии 18-21 секунд сброс стержней с самого верхнего положения. Скорость движения органов СУЗ, и по мнению INSAG-7 была недостаточной.
После аварии на Чернобыльской АЭС были реализованы технические мероприятия по повышению безопасности действующих реакторов РБМК-1000.
Активная зона реакторов переведена на уран-эрбиевое топливо с обогащением 2,8% что привело к снижению парового коэффициента реактивности почти в десять раз.
Повышена эффективность аварийной защиты реактора за счёт увеличения количества стержней АЗ с 24 до 33 штук.
Увеличен оперативный запас реактивности до 43–48 регулирующих стержней
внедрены исполнительные механизмы быстрой аварийной защиты системы управления и защиты реактора — СУЗ, позволяющие осуществлять полный ввод стержней АЗ в активную зону реактора не более чем за 2,5 секунды.
Внедрена система сейсмической защиты реакторной установки при землетрясении.
Кроме официальных существуют множество причин аварии 1986 года которые остаются предметом горячих споров. Различные группы исследователей приходили к различным заключениям о причинах аварии.
28— Фотография территории вокруг Чернобыльской АЭС со станции «Мир», 27 апреля 1997 года
Особенно большое количество версий в среде исследователей Конспирологов
Так, например:
1—-Время взрыва совпало со временем пролёта над Чернобылем американского разведывательного спутника Феррет-Д точно так же, как это было в случае со сбитым южнокорейским самолётом 31 августа 1983 года.
2— За несколько минут до аварии сейсмологические станции по всему миру отметили активность движения почвы с эпицентром под четвёртым энергоблоком Чернобыльской АЭС.
Эта версия была опубликована в №12 журнала «Техника – Молодёжи» за 1996 год. Причиной аварии могло стать небольшое землетрясение, зафиксированное сейсмографами сейсмических станций Норинск, Глушковичи и Подлубы как раз за 22 секунды до взрыва.
На такие выводы наталкивает то обстоятельство, что стержни СУЗ не полностью зашли в реактор и возможно не пар помешал им это сделать, а к примеру сдвиг каналов в реакторе.
29— Архивное фото от 14 апреля 1998 года. Работники Чернобыльской АЭС проходят мимо пульта управления разрушенного 4-го энергоблока станции
3—- Высказывалось предположение о том, что это была месть США за взрыв американского челнока, который якобы устроил СССР.
4—- В пятую годовщину аварии, когда история была еще свежа в памяти, Госпроматомнадзор (ГПАН) решил провести собственное расследование и создал для этого свою внутриведомственную комиссию с привлечением специалистов из других организаций. Эту комиссию называют комиссией Н.А.Штейнберга. Основные выводы этого доклада такие же, как и в выводах советской правительственной комиссии 1986 года
Однако компьютерное моделирование не подтвердило ни выводы комиссии Штейнберга, ни версию экспертов МАГАТЭ.
30—Разрушенный турбогенератор ЧАЭС.
На Ленинградской АЭС, где также работают реакторы РБМК-1000, в 1989 году были проведены натурные испытания: на её четвёртом энергоблоке, введённом в строй в 1981 году, были специально созданы те же самые условия, которые возникли на Чернобыльской АЭС в ночь на 26 апреля 1986 года. Как и следовало ожидать, ничего подобного чернобыльскому взрыву не произошло – реактор РБМК-1000 оказался настолько надёжным, что прекрасно работал в самых критических режимах.
31—6 апреля 2006 года сотрудник белорусского радиационно-экологического заказника измеряет уровень радиации в белорусской деревне Воротец
Возможно это не так, но создаётся впечатление из результатов нескольких комиссий МАГАТЭ. Что их больше заботят не истинные причины происшествия, а возможность убрать с рынка основного конкурента.
Ведь назвав виновником взрыва чернобыльской АЭС реактор РБМК-1000 который, по их мнению, был полон конструктивных и технических недостатков. Иностранные специалисты из своих
частных умозаключений и предъявив лишь косвенные улики. Вынесли приговор Советский реактор РБМК-1000 ВИНОВЕН во взрыве на Чернобыльской АЭС. Они фактически обвинили и наших учёных в некомпетентности.
Но если быть по-настоящему объективным, то надо признать, что реакторы РБМК-1000 достаточно надёжные и безопасные. Многие из них отработали по 50 лет и выработали заложенный в их ресурс без особых происшествий. И не до, ни после Чернобыльской катастрофы чего-либо подобного с ними не случалось.
