Чернобыль и Фукусима: взгляд через годы или неизвестные подробности

— Прошло 30 лет со дня аварии на Чернобыльской АЭС в Украине и 5 лет от аварии на Фукусиме в Японии. Что общего в этих двух авариях и чем они отличаются?

— И авария на ЧАЭС в 1986 году, и авария на АЭС Фукусима Дайичи в 2011 году — это крупные радиационные аварии максимального 7-го уровня по Международной шкале ядерных событий (INES). В аварии на ЧАЭС участвовал 1-канальный реактор типа РБМК-1000, в Фукусимской аварии участвуют 4 реактора типа ВВЭР. Обе аварии привели к значительному выбросу радиоактивных веществ в окружающую среду. В Управлении ядерной и промышленной безопасности (NISA) оценивают радиоактивное излучение от японской станции в момент аварии на порядок ниже, чем от Чернобыльской. Оценка выброса Фукусимской аварии составляет ~ 11% по I-131 и ~ 35% по Cs-137 от выброса при аварии на Чернобыльской АЭС. Однако многие специалисты предупреждают, что остается вероятность превышения суммарных выбросов радиации с АЭС Фукусима Дайичи ввиду малой эффективности мероприятий японской стороны по ликвидации аварии.

На ЧАЭС произошел неуправляемый разгон реактора. Авария происходила при работе реактора на мощности. Всё радиоактивное топливо в процессе работы на мощности практически мгновенно было разрушено. В результате выброс продуктов деления и самого топлива во внешнюю среду был очень большим. На Чернобыльской АЭС в аварию было вовлечено около 190 т двуокиси урана. Официально МАГАТЭ причиной аварии считает конструкционные особенности реактора РБМК-1000.

Авария на 4-м блоке ЧАЭС в 1986 г. продемонстрировала уязвимость к «человеческому фактору» как в выборе направления развития ядерной энергетики в СССР, так и в проектировании. Выбор направления был предопределен несомненными успехами в создании промышленных реакторов-наработчиков плутония и отсутствием необходимых мощностей в производстве оборудования для реакторов типа ВВЭР. Несмотря на существенные отличия в физике и теплогидравлике предложенных реакторов типа РБМК от освоенных промышленных реакторов, в целях экономии ресурсов и времени было решено отказаться от создания реактора-прототипа и сразу приступить к серийному производству этих еще «не доведенных до ума» реакторов.

На стадии проектирования особенности физики и теплогидравлики реакторов типа РБМК досконально не были проанализированы. Обнаружение положительного плотностного эффекта реактивности в реакторах типа РБМК также не рассматривалось большой проблемой, т. к. аналогичный эффект фиксировался и в промышленных реакторах, которые успешно эксплуатировались. Совмещение во времени стадий проектирования и эксплуатации реакторов типа РБМК привело к множественным проектным ошибкам, которые выявлялись лишь во время эксплуатации и устранялись путем множественных модернизаций на уже работавших и строящихся АЭС.

14 июня 1986 г. Николай Иванович Рыжков (тогда председатель Совмина СССР) обобщил результаты аварии на ЧАЭС, сказав: «Мне кажется, что эта авария на Чернобыльской АЭС была не случайной, что атомная энергетика с некоторой неизбежностью шла к такому тяжелому событию».

К сожалению, судьба канальных реакторов типа РБМК напоминает судьбу дирижаблей в начале-середине 20-го века — оптимистичное начало и бесславный конец. Громадный потенциал канальных реакторов в части обеспечения гибкости топливного цикла и наработки любых изотопов, в которых нуждается и промышленность, и медицина, оказался нереализованным. На данный момент большая часть реакторов этого типа выведена из эксплуатации. Последние «динозавры» остались только на Курской и Ленинградской АЭС.

На АЭС Фукусима Дайичи ситуация была, конечно, существенно отличительной.

11 марта сильнейшее землетрясение и последовавшая за ним самая большая за последние 1000 лет волна цунами, опустошили побережье региона Тохоку на северо-востоке главного японского острова Хонсю. Землетрясение и цунами повредили 14 реакторов на 4 атомных станциях на Тихоокеанском побережье — Онагава (3 реактора, Tohoku Electric Power Co.), Фукусима Дайичи, Фукусима Дайини (6 и 4 реактора cоответственно, обе станции принадлежат Tokyo Electric Power Co. — TEPCO), Токай Дайини (1 реактор, Japan Atomic Power Co. — JAPCO). 4 из 6 блоков Фукусима Дайичи получили тяжёлые повреждения с последующим массированным выбросом радиоактивности в окружающую среду.

10 реакторов на других АЭС избежали плавления активной зоны и выброса радиоактивности благодаря счастливому стечению обстоятельств. Репроцессинговый завод в Роккассо (префектура Аомори, 300 км к северу от Онагавы) полностью потерял внешнее электроснабжение, но тяжёлых повреждений не получил благодаря успешному запуску резервных дизель-генераторов.

Расследованием причин катастрофы на АЭС Фукусима Дайичи занимались до настоящего времени 6 различных комиссий: TEPCO, комиссия кабинета министров, комиссия парламента (NAIIC), RTIF (Японский фонд исследований и инвестиций), AESJ (Ядерное общество Японии), комиссия независимых экспертов профессора Омаэ. Их выводы неполны и часто противоречат друг другу.

Основной причиной катастрофы считается землетрясение и цунами. Только NAIIC заключила, что плавление зоны на энергоблоке 1 наступило ещё до прихода цунами. В 2011 году МАГАТЭ провело Fact Finding Expert Mission. Выводы миссии так же носили общий характер.

Какова же приблизительная картина аварии? Операторы станции заглушили свои реакторы сразу после 9-балльного землетрясения. Землетрясение такой мощности не разрушило реактор. Заглушенные реакторы штатным образом начали охлаждаться водой. Через 3 дня тепловая мощность не превышала 1% от стартовой тепловой мощности, то есть по масштабу тепловыделения эта авария потенциально могла бы иметь гораздо меньший эффект, чем на ЧАЭС.

Однако землетрясение вызвало мощную волну цунами, которая достигала высоты более 10 метров. Эта волна цунами, разрушила и залила помещение дизель-генераторов, которые аварийно обеспечивали циркуляцию воды. Почему аварийные дизель-генераторы были размещены у самой кромки океана, не совсем понятно. Выход из строя аварийных дизель-генераторов привел к прекращению процесса расхолаживания топлива. В стальной оболочке вокруг реакторов началось парообразование, повысилось давление.

Когда оно существенно превысило штатный уровень, операторы станции были вынуждены начать стравливать пар в бассейн-барботер. Кризису теплоотдачи на АЭС Фукусима Дайичи подверглись 4 энергоблока. Из стальной емкости реакторов 1, 2, 3 блоков вода опустилась довольно низко, поскольку операторы стравливали воду и пар в бассейн-барботер. Часть топлива обнажилась, разрушились его оболочки. В атмосфере пара произошла паро-циркониевая реакция, стал выделяться водород. Операторы были вынуждены стравить его в зал реактора. Водород в смеси с кислородом воздуха образовал взрывоопасную смесь, которая привела к взрывам, и часть летучих продуктов деления попала в атмосферу. Так аварийная ситуация развивалась на первом и третьем блоках. На втором блоке произошло практически то же самое. Но взрыв водорода произошел в барботере.

На четвертом блоке вся активная зона в момент катастрофы была вынута из реактора и находилась в бассейне выдержки, где обычно производится её переформирование, установка новых сборок и т. д. Поскольку здесь никакие насосы охлаждения тоже не работали, уровень воды упал, часть активной зоны обнажилась.

По разным оценкам в аварию на АЭС Фукусима Дайичи вовлечено около 4800 т топлива и его состояние предполагается частично поврежденным (по-разному в разных энергоблоках).

Выводы, с которыми согласны практически все комиссии, проводившие расследование, указывают на то, что одной из главных причин Фукусимской аварии была недостаточная подготовленность персонала к оперативному реагированию, которая привела к многочисленным непреднамеренным ошибкам при управлении авариями.

— Могли бы вы назвать цифру погибших в результате аварий на Чернобыльской АЭС и на Фукусиме?

— Разрушение четвёртого блока ЧАЭС произошло в ночь с пятницы на субботу. В кратчайшие сроки, по распоряжению специальной правительственной комиссии, прилетевшей из Москвы, из опасной (30-километровой) зоны было эвакуировано около 300 тыс. человек, в том числе всё население города Припять (около 30 тыс. человек).

Задача быстрейшей ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС по своим масштабам, сложности, ответственности за судьбы огромного числа людей, затратам и влиянию на международный политический климат в то время не имела аналогов ни в отечественной, ни в мировой инженерной практике. Первоначально, в 1986—1987 гг., в работах по ликвидации последствий аварии было задействовано 350 тыс. работников аварийно-спасательных служб, пожарных работников АЭС, военных строителей, служащих правоохранительных органов. Около 3940 человек получили предельно высокие дозы радиации. Впоследствии число зарегистрированных ликвидаторов возросло до 600 тыс. человек.

Утечку радиоактивных веществ из разрушенного четвёртого блока необходимо было срочно остановить. Как это сделать конкретно, не знал никто. Выполнение уникальной задачи по консервации аварийного энергоблока советское правительство 15 мая 1986 г. поручило Минсредмашу, руководителем которого был легендарный Ефим Павлович Славский — трижды Герой Социалистического Труда, кавалер 11 орденов Ленина. Научное руководство было возложено на Академию наук СССР в лице академика Виталия Алексеевича Легасова. Генеральным проектировщиком технического решения по консервации аварийного блока было назначено ленинградское Всесоюзное проектно-конструкторское, научно-исследовательское и технологическое объединение (ВНИПИЭТ), которое возглавлял профессор Владимир Александрович Курносов.

В ходе обсуждения возможных вариантов тогда было признано (да и в настоящее время сохраняется такое же мнение), что наиболее рационально задачу локализации последствий крупных аварий на АЭС следует решить путём создания над аварийным реактором специальной защитной оболочки-укрытия, препятствующего выходу опасных веществ из разрушенного блока. Такое временное укрытие над четвертым блоком ЧАЭС под названием «саркофаг» было спроектировано в Ленинграде объединением ВНИПИЭТ. «Саркофаг» построили в рекордные сроки — за пять с половиной месяцев и сдали в эксплуатацию к ноябрю 1986 г.

Убытки и потери от Чернобыльской по разным подсчётам в денежном выражении исчисляются суммой до 130 млрд. долл.

Наряду с масштабами катастрофы на Чернобыльской АЭС, отсутствовали заранее разработанные технологии локализации и устранения последствий крупных аварий в атомной энергетике. По этой причине уже в середине мая 1986 г. около 150 пожарных и работников АЭС были госпитализированы вследствие облучения в разных дозах. К концу июня умерли 26 человек.

По официальным данным, на Фукусиме было эвакуировано более чем 130000 жителей префектуры Фукусима. Общее число эвакуированных из трёх подвергшихся землетрясению и цунами префектур составило 267000. На февраль 2014 г. 28500 человек проживали во временных жилищах в городах Минами-Сома, Нами, Нарага. Всего за прошедшие три года после катастрофы временные жилища получили 98144 человека в основном в префектурах Ибараки, Точигу, Нагано.

Правительство начало эвакуацию населения с заражённых территорий, исходя из превышения предела дозы 20 мЗв/год с 21 апреля 2011. Радиус зоны составил 20—30 км. На март 2014 года определены и узаконены парламентом как территории, подвергшиеся радиоактивному загрязнению 101 муниципалитет в 8 префектурах. Причём в 11 муниципалитетах Фукусимы восстановительные работы проводились за счёт правительства страны. В остальных — за счёт местных бюджетов. Дезактивационные и восстановительные работы на сегодняшний день проходят с трудом. Причинами являются технические трудности, недостаток места хранения РАО, нехватка рабочей силы.

Во время катаклизма в префектуре Фукусима погибло 1607 чел. В последующий период умер 1671 человек, по данным полиции за три года зарегистрировано 46 случаев суицида. Все эти смерти власти связывают с событиями на АЭС.

На 11июля 2014 г. было подано более 2,2 млн. исков на сумму около 40 млрд. долларов по возмещению ущерба от инцидента на АЭС. Около 2 млн. из них было удовлетворено. Цунами смыло в море 25 млн. тонн мусора, 2 млн. тонн остались на поверхности воды и постепенно дрейфуют в сторону Аляски и Калифорнии.

Состояние ликвидации аварии на Фукусимской АЭС таково: на начало 2014 года на площадке работали 32000 чел. 4000 — персонал TEPCO, остальные — рабочие подрядных организаций. С марта 2011 по начало 2014 г. 173 чел. получили дозу 100 мЗв, их них 9 чел. — 200 мЗв. В настоящее время объективно установлено, что на энергоблоках 1, 2, 3 активная зона расплавлена. Ведётся расхолаживание кориума (отверждённого расплава топлива) различными способами.

Первоначально энергоблоки 5 и 6 планировалось вновь запустить в эксплуатацию, и компания всячески поддерживала их в состоянии безопасного холодного останова. Но в декабре 2013 года TEPCO приняла решение об окончательном выводе из эксплуатации блоков 5 и 6. Решение принято под давлением правительства Абе в связи с проведением олимпийских игр 2020 года в Токио.

Для ускорения работ правительство в апреле 2014 г. учредило новую, независимую от TEPCO, компанию — Fukushima Daiichi Decommissioning & Decontamination Engineering Company.

Перед вновь созданной компанией, владельцем аварийной АЭС TEPCO, правительством Японии стоят сложнейшие проблемы, требующие безотлагательного решения и которые в настоящий момент пока не решены:

1. Расхолаживание расплавленного топлива, точное расположение которого остаётся неопределённым.

2. Обеспечение циркуляции теплоносителя по контуру, выполненному в условиях ликвидации аварии по временной схеме и являющемуся источником постоянных локальных инцидентов.

3. Обращение с большим и всё возрастающим количеством радиоактивной воды, хранящейся на территории в более чем 1000 текущих баках (сделанных на болтовых соединениях). Всего на территории хранится на настоящий момент 500000 тонн в баках и 90000 тонн в зданиях станции.

4. Гарантирование прочности конструкций зданий реакторного отделения и бассейнов выдержки в виду продолжающихся афтершоков и возможности сильного землетрясения.

5. Освобождение бассейнов выдержки и перемещение отработанного ядерного топлива в безопасное хранилище. 18 ноября 2014 года начато удаление топлива с блока 4.

6. Проведение исследований для определения места и характера повреждения контайнмента (оболочки реакторов). Выяснение возможностей ремонта.

7. Предотвращение радиоактивных выбросов в окружающую среду грунтовые воды, море, атмосферу. Концентрация радиоактивных веществ в атмосфере на площадке составляет 0,0013 Bq/м³, что соответственно приводит к экспозиционной дозе 0,3 мЗв/год.

8. Проведение радиационно-опасных работ при дефиците рабочей силы. (Квалифицированный персонал, способный производить эти работы, быстро набирает разрешённую дозу.)

Работы по решению выявленных проблем идут полным ходом. Вместе с тем часть явлений не были проанализированы. Прежде всего в первые дни после аварии в выбросах был зарегистрирован ксенон, что говорило о продолжающейся реакции деления в кориуме (отверждённом расплаве топлива).

— Сколько лет еще будут угрожать людям последствия Чернобыля?

— По данным отечественных исследователей, на сегодня около 90% радиоактивных выпадений переместилось с поверхности почвы на глубину до 10 см. Количество опасных для человека изотопов радиоактивного цезия и радиоактивного стронция, которые давали основной вклад в загрязнение пострадавших территорий, в связи с периодом полураспада (около 30 лет) уменьшилось в два раза. Таким образом, в настоящее время после проведения тщательного радиационного мониторинга можно будет изменить статус большей части территорий, отнесенных к загрязненным.

— Какие на сегодняшний день вредные факторы действуют на людей и животных в зоне отчуждения?

— По-прежнему остаются опасными для человека территории, загрязненные интенсивными топливными выпадениями, к ним относится ближняя (5 км) зона ЧАЭС. Опасность этих топливных выпадений связана с тем, что они содержат мелкодисперсные фрагменты уранового топлива и продуктов его деления — трансурановые нуклиды (такие, как плутоний, америций, кюрий и т. д.). Эти нуклиды обладают крайне высокой токсичностью и канцерогенностью, а также длительным периодом полураспада (некоторые до 24000 лет). Кроме того, в связи с искусственностью их происхождения в природе отсутствуют их химические аналоги, и живой организм не может их идентифицировать и полноценно вовлекать в биологические цепочки, чтобы выводить из организма.

— Сейчас на территории Чернобыля живут люди. Кто-то проверяет, исследует их здоровье? За 30 лет после аварии ученые узнали что-то новое, непредвиденное раньше о влиянии радиации на человека и окружающую среду?

— Все сотрудники станции систематически проходят плановые медосмотры, существует большая накопленная база данных. За 30 лет после аварии получено немало интересных результатов, многие из них опубликованы впервые в мире.

— В каком состоянии сейчас атомные станции в Украине? Не так давно в СМИ была информация о ЧП на Запорожской АЭС. Правда ли это?

— Без комментариев.

— Существует ли альтернатива атомной энергетике?

— Альтернативы нет. Мировая ядерная энергетика возрождается.

В 2015 году Китай подключил к сети 8 новых энергоблоков. И по суммарной мощности действующих АЭС, а также по числу действующих энергетических реакторов вышел на фактическое третье место (если не считать замороженные, но формально «действующие» энергоблоки Японии) после США и Франции. В этом же году власти КНР подтвердили сохранение целевых показателей для национальной ядерной энергетики на 2020—2021 гг. в 58 ГВт установленной мощности. На первое место по числу и суммарной установленной мощности АЭС Пекин планирует выйти к 2030 г.

2015 г. ознаменовался широким наступлением китайского ядерного экспорта на новые рынки. В географии китайской ядерной экспансии в этом году (в разной степени вовлечения китайской стороны и на разных стадиях сотрудничества) засветились Аргентина, Британия, Румыния, Иран, Иордания, Кения, ЮАР. Причем в списке покупателей именно китайских ядерных реакторов значатся не только традиционный уже Пакистан, но и такие новички, как Аргентина и Иран. А в качестве стран, где в обозримом будущем с высокой вероятностью могут появиться блоки «Made in China», называются уже не только Кения и ЮАР, но и Британия.

В 2015 году вернулись в работу два блока на японской АЭС Сендай. Разрешения на эксплуатацию получены уже для 5 блоков. Согласно озвученным в ноябре планам, планируется вернуть в работу 21 энергоблок. Относительно судьбы еще 18 японские регулирующие органы пока решают.

В 2015 году до фазы энергопуска подошел реактор БН-800 на Белоярской АЭС (Россия). Причем в 2016 году уже в Индии местные атомщики планируют запуск в работу своего аналогичного реактора. Т. е. на быстрых нейтронах и с натриевым теплоносителем. Хотя и значительно менее мощного и своей оригинальной конструкции. Так что в «быстром натрии» очевидны два мировых лидера. На первом месте со значительным отрывом — Россия, на втором — Индия.

В целом же АЭС в мире строятся, и в ближайшие годы ожидается бодрый ввод в строй новых блоков в Китае, России, Южной Корее, ОАЭ, Пакистане, Индии. Но что куда важнее, так это глобальные цифры 2015 года.

В мире в 2015 году уже подключены к сети 9 новых реакторов (8 в Китае, 1 в Южной Корее). Последний раз в мире 9 новых энергоблоков подключалось …аж в 1993 г. И с тех пор до 2015 г. этой цифры достигнуть не удавалось.

— Развивается ли в Украине сейчас атомная энергетика?

— Без комментариев

— Почему Евросоюз хочет закрыть атомные станции в Украине?

— Отсутствует система подготовки эксплуатирующего персонала. В настоящее время средний возраст персонала наших атомных станций около 60 лет.

— Ваше отношение к экскурсиям в зону Чернобыльской аварии? Опасны они или нет.

— По-прежнему остаются опасными для человека территории, загрязненные интенсивными топливными выпадениями, к ним относится ближняя (5 км) зона ЧАЭС. Высока вероятность вдохнуть фрагмент топливной частицы вместе с пылью в ветреную сухую погоду. При попадании 10^-6 грамма плутония (трансурановый нуклид) в легкие человека вероятность рака легких составляет 100%.

— Какие излучения не ловят бытовые и промышленные дозиметры, которые есть во время экскурсий.

— Альфа-излучение не регистрируется бытовыми дозиметрами. Основными альфа-излучателями являются трансурановые нуклиды, как уже описывалось выше, они опасны при попадании во внутрь (в середину) организма.

— Есть информация, что объект укрытие начал проседать из-за грунтовых вод и может рухнуть на энергоблок. Вам что-то об этом известно?

— Временное укрытие над четвертым блоком ЧАЭС под названием «саркофаг» было построено в рекордные сроки — за пять с половиной месяцев и сдано в эксплуатацию к ноябрю 1986 г. Свою задачу оно полностью выполнило: радиоактивные выбросы, опасные для человека, были локализованы.

Всего в конструкции «саркофага» было уложено около 400 тыс. м³ бетона, смонтировано 7,3 тыс. тонн металлоконструкций, снято и перемещено 90 тыс. тонн грунта. Использовались элементы массой до 160 т. Перекрытие «саркофага» включало 27 металлических труб диаметром 1220 мм, длиной 36 м каждая. Понятно, что такое уникальное сооружение, в таких уникальных условиях, да ещё в столь сжатые сроки не могло быть построено без существенных недостатков.

Из-за высокой радиации монтаж конструкций «саркофага» выполнялся преимущественно дистанционно, с помощью телевизионных установок. Большинство их узлов и соединений исключали сварку и точную фиксацию. Несущие конструкции пришлось опирать на уцелевшие после взрыва опоры (фундаменты), прочность которых не могла быть определена достоверно. Из-за сильной радиации должный контроль за качеством монтажа осуществить было невозможно.

По этим причинам укрытие над четвёртым блоком ЧАЭС не получилось герметичным. Общая площадь разного рода щелей и отверстий в оболочке «саркофага» превысила тысячу квадратных метров. Атмосферная влага, попадая внутрь укрытия, соединялась с карбидом бора, создавая кислую среду, которая существенно увеличивала скорость коррозии стальных конструкций, в том числе балок и опор. Все это было известно заранее, поэтому срок службы «саркофага» ещё на этапе проектирования был ограничен 20—30 годами.

Кроме того, территория ЧАЭС относится к территории Украинского Полесья, для которого характерна интенсивная заболоченность. При строительстве станции в свое время были проведены большие мелиорационные работы по осушению территории. При ликвидации аварии в 1986 году большая часть этих каналов была нарушена, что привело к постепенному заболачиванию и подтоплению территории станции (так, например, к 2000 году уровень грунтовых вод на промплощадке ЧАЭС поднялся на 1,20 м).

Поэтому о возможности обрушения мне неизвестно, но то, что срок эксплуатации многих объектов в зоне отчуждения уже истек, — это достоверный факт и в настоящее время требуются интенсивные финансовые вливания для локализации этих объектов.