Знание-сила, 1997 № 04 (838)

Коллектив авторов

«Может быть два типа аварий в атомных станциях»,— говорит Владимир Григорьевич Асмолов, доктор технических наук, директор Института проблем безопасности Российского научного центра «Курчатовский институт».

Пример аварий первого класса — это Чернобыль. Реактор на этой станции бескорпусной. У него нет герметичной оболочки, и состоит он из тысячи шестисот труб, в которых находятся топливные элементы. И вот в таком котле неожиданно началось увеличение мощности, которое в свою очередь привело к перегреву топливных элементов и выкипанию воды. Имеющаяся в блоке жидкость была рассчитана на четыре мегаватта тепловой мощности, а в Чернобыле при взрыве было реализовано около ста мегаватт.

При

проектировании таких бескорпусиых реакторов рассчитывали их безопасность так, что учитывали их поведение только при максимальной мощности, при которой разгон просто не может произойти. А мало-мальски продолжительную работу реактора на сверхмалой мощности в теоретических выкладках не предусмотрели. Тогда это казалось действительно логичным: реактор «живет» на минимальной мощности очень мало времени — только пуск и остановка. Но оказалось, что для реактора такого типа это самый опасный режим, потому что именно в этом режиме вода стремительно превращается в пар и разгон реактора становится необратим, а взрыв неминуем.

Между тем люди, которые работали в ту ночь на станции, проводили эксперимент и в силу разных случайных совпадений попали именно в эту точку фазового перехода, в которой реактор сработал, как бомба. Уже давно пора не человека защищать от техники, а технику от человека. Поэтому сейчас на атомных станциях введен двадцатиминутный перерыв между тем моментом, когда произошла авария, и моментом, когда может вмешаться человек. Двадцать минут работает автоматика, давая человеку возможность спокойно осмыслить все происходящее и принять верное решение.

Сегодня в реакторах чернобыльского типа повторение аварии впрямую невозможно. Ведь не так было сложно убрать этот эффект обезвоживания на малой мощности. Впрочем, в Чернобыле было еще одно обстоятельство — из-за экономии топлива и денег была сделана довольно своеобразная система аварийной зашиты, которая представляла из себя, образно говоря, совмещение педали газа с педалью тормоза.

Надо отметить, что реакторы чернобыльского типа — чисто российское изобретение, которое родилось из промышленных реакторов, изготавливающих плутоний. Во всем остальном мире, за редким исключением, реакторы имеют стальной корпус, который в свою очередь помещен в герметичную оболочку. Именно с такого типа конструкциями связан, на взгляд Владимира Асмолова, второй тип аварий: «Либо прекращается подача воды в реактор, либо происходит разрыв трубопровода на выходе из реактора, и тогда вся вода вытекает из реактора. Результат этих происшествий один: температура внутри реактора повышается, активная зона расплавляется и стекает вниз».

А что будет происходить позже, когда вещество при температуре 2700—2800 градусов попадет на дно реактора? Ответ на этот вопрос российские ученые начали искать еще в 1989 году, когда организовали крупномасштабный проект «Расплав».

Поведение расплава в корпусе реактора в то время было практически не исследовано, и считалось, что, учитывая уровень температур и химическую агрессивность этого вещества, проведение экспериментов невозможно.

В 1991 году к российским физикам присоединились американские, а когда через несколько лет стало ясно, что и их денег не хватает для исследований, ученые обратились к международному сообществу, и с 1994 года в проекте «Расплав» участвуют уже пятнадцать стран.

Такие большие ресурсы задействованы, конечно, не зря. Дело в том, что в рамках одной программы одновременно идет работа над несколькими проектами — ведь проблемы, над которыми сейчас работают ученые, возникли впервые. «По сути дела, нам пришлось создавать заново отдельные технологии, новые материалы»,— говорит один из участников проекта

Николай Павлович Киселев.

Для измерения температуры расплава после нагрева ее электрическим током ученым пришлось создавать уникальные термометры, которые работали при 2700—2800 градусов Цельсия. Однако выяснилось, что графит, на котором устанавливался индуктор, может соседствовать с расплавленной массой всего секунды. Поэтому ученые подобрали комбинацию пластин из вольфрама, тантала и графита, которая служит протектором и нагревателем и может держать начинку около десяти часов.

Кроме всего прочего, эту конструкцию нельзя было делать сварной, потому что из-за перепадов температуры в ее корпусе возникают микротрещииы, по которым может пролиться расплав. Однако у существующего порошкового вольфрама нет нужной прочности, а прокатать вольфрам никто в мире не мог. 11о в прошлом году, после семимесячной работы, российскими умельцами-туляками была прокатана вольфрамовая плита размером восемьдесят на сорок сантиметров.

«Главной задачей было создать такую конструкцию, в которой можно было бы нагреть, удержать и исследовать естественную конвекцию в расплавленном веществе,— рассказывает Владимир Асмолов.— Ведь важно выяснить, можно ли за счет внешнего охлаждения отвести тепловые потоки из реактора. Возникает ли при такой аварии естественная циркуляция бассейна расплава или нет.

Дело в том, что если расплав не циркулирует, то максимальные тепловые потоки находятся в нижней, застойной точке реактора и снять тепло из этой области практически невозможно. По наш последний эксперимент показал, что циркуляция все-таки существует и есть возможность охладить расплав».

Результаты обнадеживающие — ведь если по тем или иным причинам произойдет авария в реакторе, то вещество из него не выплеснется за его пределы и не проплавит корпус. Это будет утрата энергетического блока, экономический удар, но при этом люди не пострадают.

Международный проект продолжается, и хочется верить, что его уникальные результаты окажутся полезными для проектировщиков, но не будут иметь практического применения.

• Для моделирования ученые вырезали своеобразный ломтик нижней части корпуса реактора, набив его брусками спеченной двуокиси урана с окисью циркония и с металлическим цирконием. Именно это вещество будет в случае аварии стекать на дно реактора. Диаметр модели равен восьмидесяти сантиметрам, высота — сорока (реальные размеры реактора составляют четыре метра на пятнадцать).

• Результат эксперимента —спекшаяся, остывшая масса.

• Герметичная камера, в которой впервые в мире плавились двести килограммов «внутренностей» реактора.

ТЕМА НОМЕРА

Евгений Штенгелов