Исходное событие

Новая версия позволила обосновать наиболее естественный сценарий аварии. В настоящий момент он представляется таким.

В 00 часов 28 мин 26.04.86 г., переходя в режим электротехнических испытаний, персонал на БЩУ-4 допустил ошибку при переключении управления с системы локального автоматического регулирования (ЛАР) на систему автоматического регулирования мощности основного диапазона (АР). Из-за этого тепловая мощность реактора упала ниже 30 МВт, а нейтронная мощность упала до нуля и оставалась таковой в течение 5 минут, судя по показаниям самописца нейтронной мощности [5]. В реакторе автоматически начался процесс самоотравления короткоживущими продуктами деления. Сам по себе этот процесс никакой ядерной угрозы не представлял. Даже, наоборот, по мере его развития способность реактора поддерживать цепную реакцию уменьшается вплоть до полной его остановки независимо от воли операторов. Во всём мире в таких случаях реактор просто глушат, затем сутки-двое выжидают, пока реактор не восстановит свою работоспособность. А затем запускают его снова. Процедура эта считается рядовой, и никаких трудностей для опытного персонала 4-го блока не представляла.

Но на реакторах АЭС эта процедура весьма хлопотная и занимает много времени. А в нашем случае она ещё срывала выполнение программы электротехнических испытаний со всеми вытекающими неприятностями. И тогда, стремясь «быстрее закончить испытания», как потом объяснялся персонал, они стали постепенно выводить из активной зоны реактора управляющие стержни. Такой вывод должен был компенсировать снижение мощности реактора из-за процессов самоотравления. Эта процедура на реакторах АЭС тоже обычная и ядерную угрозу представляет только в том случае, если вывести их слишком много для данного состояния реактора. Когда количество оставшихся стержней достигло 15, оперативный персонал должен был реактор заглушить. Это было его прямой служебной обязанностью. Но он этого не сделал.

Рис. 1. Мощность (N_p) и оперативный запас реактивности (R_оп) реактора 4-го блока на отрезке времени от 25.04.1986 до официального момента аварии 26.04.1986 [12] (овалом выделен предаварийный и аварийный отрезки времени)

Кстати, первый раз такое нарушение случилось в 7 ч 10 мин 25 апреля 1986 г., т.е. чуть ли не за сутки до аварии, и продолжалось примерно до 14 часов (см. рис. 1). Интересно отметить, что в течение этого времени поменялись смены оперативного персонала, поменялись начальники смены 4-го блока, поменялись начальники смены станции и другое станционное начальство и, как это не странно, никто из них не поднял тревоги, как будто всё было в порядке, хотя реактор уже находился на грани взрыва.. Невольно напрашивается вывод, что нарушения такого типа, по-видимому, были обычным явлением не только у 5-й смены 4-го блока.

Этот вывод подтверждают и показания И.И. Казачкова, работавшего 25 апреля 1986 г. начальником дневной смены 4-го блока: «Я так скажу: у нас неоднократно было менее допустимого количества стержней – и ничего...», «...никто из нас не представлял, что это чревато ядерной аварией. Мы знали, что делать этого нельзя, но не думали...» [18]. Образно выражаясь, реактор долго «сопротивлялся» столь вольному обращению с ним, но персонал всё-таки сумел его «изнасиловать» и довести до взрыва.

Второй раз это случилось уже 26 апреля 1986 г. вскоре после полуночи. Но по какой-то причине персонал не стал глушить реактор, а продолжал выводить стержни. В результате в 01 ч 22 мин 30 с. в активной зоне оставалось 6...8 управляющих стержней. Но и это персонал не остановило, и он приступил к электротехническим испытаниям. При этом можно уверенно предположить, что персонал продолжал вывод стержней до самого момента взрыва. На это указывает фраза «началось медленное повышение мощности» [1] и экспериментальная кривая изменения мощности реактора в зависимости от времени [12] (см. рис. 2).

Рис. 2. Изменение мощности (N_p) реактора 4-го блока на отрезке времени от 23 ч 00 мин 25.04.1986 до официального момента аварии 26.04.1986 (увеличенный участок графика, обведённого овалом на рис. 1). Обращает на себя внимание постоянный рост мощности реактора вплоть до самого взрыва

Во всём мире никто так не работает, ибо нет технических средств безопасного управления реактором, находящимся в процессе самоотравления. Не было их и у персонала 4-го блока. Конечно, никто из них не хотел взрывать реактор. Поэтому вывод стержней свыше разрешённых 15-ти мог осуществляться только на основе интуиции. С профессиональной точки зрения это уже была авантюра в чистом её виде. Почему они на неё пошли? Это отдельный вопрос.

В какой-то момент между 01 ч 22 мин 30 с и 01 ч 23 мин 40 с интуиция персоналу, по-видимому, изменила, и из активной зоны реактора оказалось выведено избыточное количество стержней. Реактор перешёл в режим поддержания цепной реакции на мгновенных нейтронах. Ещё не созданы и вряд ли когда будут созданы технические средства управления реакторами в таком режиме. Поэтому в течение сотых долей секунды тепловыделение в реакторе возросла в 1500...2000 раз [5,6], ядерное топливо нагрелось до температуры 2500...3000 градусов [23], а далее начался процесс, который называется тепловым взрывом реактора. Его последствия сделали ЧАЭС «знаменитой» на весь мир.

Поэтому событием, инициировавшим неуправляемую цепную реакцию, было бы более правильно считать избыточный вывод стержней из активной зоны реактора. Как это произошло в остальных ядерных авариях, закончившихся тепловым взрывом реактора, в 1961 г. и в 1985 г. А уже после разрыва каналов полная реактивность могла возрасти за счёт парового и пустотного эффектов. Для оценки индивидуального вклада каждого из этих процессов необходимо детальное моделирование самой сложной и наименее разработанной, второй фазы аварии.

Предлагаемая автором схема развития Чернобыльской аварии представляется более убедительной и более естественной, чем ввод всех стержней в активную зону реактора после запоздалого нажатия кнопки АЗ-5. Ибо количественный эффект последнего у разных авторов имеет довольно большой разброс от достаточно больших 2 β до пренебрежимо малых 0,2 β. А какой из них реализовался при аварии и реализовался ли вообще, неизвестно. Кроме того, «в результате исследований различных коллективов специалистов... стало ясно, что одного ввода положительной реактивности только стержнями СУЗ с учётом всех обратных связей, воздействующих на паросодержание,недостаточно для воспроизведения такого всплеска мощности, начало которого зарегистрировано системой централизованного контроля СЦК СКАЛА IV энергоблока ЧАЭС» [7] (см. рис. 1).

В то же время давно известно, что вывод управляющих стержней из активной зоны реактора сам по себе может дать гораздо больший выбег реактивности – более 4 β [13]. Это, во-первых. А, во-вторых, научно ещё не доказано, что стержни вообще входили в активную зону. Из новой же версии следует, что они и не могли туда войти, ибо в момент нажатия кнопки АЗ-5 уже не существовало ни стержней, ни активной зоны.

Таким образом, версия эксплуатационщиков, выдержав проверку аргументами качественного характера, не выдержала количественной проверки и её можно сдавать в архив. А версия учёных после небольшой поправки получила дополнительные количественные подтверждения.

2.2. «Первый взрыв»

Неуправляемая цепная реакция в реакторе 4-го блока началась в некоторой, не очень большой части активной зоны и вызвала местный перегрев охлаждающей воды. Скорее всего, она началась в юго-восточном квадранте активной зоны на высоте от 1,5 до 2,5 м от основания реактора [23]. Когда давление пароводяной смеси превысило пределы прочности циркониевых труб технологических каналов, они разорвались. Изрядно перегретая вода почти мгновенно превратилась в пар довольно высокого давления. Этот пар, расширяясь, подтолкнул массивную 2500-тонную крышку реактора вверх. Для этого, как оказалось вполне достаточно разрыва всего нескольких технологических каналов. На этом закончилась начальная стадия разрушения реактора и началась основная.

Двигаясь вверх, крышка последовательно, как в домино, разорвала остальную часть технологических каналов. Многие тонны перегретой воды почти мгновенно превратились в пар, и сила его давления уже довольно легко подкинула «крышку» на высоту 10...14 метров. В образовавшееся жерло ринулась смесь пара, обломков графитовой кладки, ядерного топлива, технологических каналов и других конструкционных элементов активной зоны реактора. Крышка реактора развернулась в воздухе и упала обратно ребром, раздавив верхнюю часть активной зоны и вызвав дополнительный выброс радиоактивных веществ в атмосферу. Ударом от этого падения можно объяснить двойной характер «первого взрыва».

Таким образом, с точки зрения физики «первый взрыв» собственно не был взрывом, как физическим явлением, а представлял собой процесс разрушения активной зоны реактора перегретым паром. Поэтому сотрудники ЧАЭС, рыбачившие в аварийную ночь на берегу пруда-охладителя, не услышали звука после него. Именно поэтому сейсмические приборы на трёх сверхчувствительных сейсмостанциях с расстояния 100...180 км смогли зарегистрировать только второй взрыв.

2.3. «Второй взрыв»

Параллельно с этими механическими процессами в активной зоне реактора начались различные химические реакции. Из них особый интерес вызывает экзотермическая пароциркониевая реакция. Она начинается при 900°C и бурно проходит уже при 1100°C. Её возможная роль более подробно изучалась в работе [19], в которой было показано, что в условиях аварии в активной зоне реактора 4-го блока только за счёт этой реакции в течение 3 с могло образоваться до 5000 м³ водорода.

Когда верхняя «крышка» взлетала в воздух, в центральный зал из шахты реактора вырвалась эта масса водорода. Перемешавшись с воздухом центрального зала, водород образовал детонационную воздушно-водородную смесь, которая затем взорвалась, скорее всего, от случайной искры или раскалённого графита. Сам взрыв, судя по характеру разрушений центрального зала, носил бризантный и объёмный характер, аналогичный взрыву известной «вакуумной бомбы» [19]. Именно он и разнёс вдребезги крышу, центральный зал и другие помещения 4-го блока.

После этих взрывов в подреакторных помещениях начался процесс образования лавообразных топливосодержащих материалов. Но это уникальное явление является уже следствием аварии и здесь не рассматривается.