4-й энергоблок Чернобыльской АЭС
Материал из Documentation.
4-й энергоблок Чернобыльской АЭС — один из действовавших энергоблоков Чернобыльской АЭС. Реактор — РБМК-1000.
[править] История
В 1983 году состоялся запуск 4-го энергоблока.[1]
Во время физического пуска 4-го энергоблока в 1983 году, при проведении экспериментов, наблюдалось внесение положительной реактивности после сброса в зону стержней СУЗ, в первые секунды их хода. Это отражено в отчёте по физпуску энергоблока.[2]
4-й энергоблок был принят 31 декабря 1983 года без испытания выбега турбогенератора.[3]
На проектную мощность (1000 МВт) реактор 4-го энергоблока был выведен в марте 1984 года.[4]
[править] Составные части энергоблока
[править] Активная зона
После аварии, в результате обследования выяснилось, что активная зона отсутствует в шахте реактора.[5]
До начала 1990 года не было обнаружено ни одного крупного скопления фрагментов активной зоны. Удавалось найти отдельные поврежденные и целые ТВС, но не более 20 в одном месте. Тем не менее некоторая информация о расположении фрагментов активной зоны была собрана при обследовании помещений 4-го энергоблока.[6]
[править] Бак биологической защиты
При исследовании 4-го энергоблока ЧАЭС, проведённом после аварии, выяснилось, что окружающий реактор бак биологической защиты цел, в нём даже сохранилась вода.[7]
[править] Бассейн-барботер
Так как слой лавы лавообразного ядерного топлива в одном из потоков достигал 0,5 м, а паросбросные трубы бассейна-барботера выступают над полом на 350 мм, поток пролился в помещения бассейна-барботера 012/15 на отметке 2,20 м и 012/7 на отметке 0,65 м.[8]
При исследовании помещений бассейна-барботера было обнаружено, что во многих из них на высоте примерно 1,0-1,1 м от пола (это обычный уровень воды в бассейне-барботере) на металлоконструкциях оказались топливосодержащие пемзы плотностью ~0,14-0,18 т/м3. Из-за своей лёгкости пемзы всплывали на поверхность воды и имели возможность неспешно расплываться по помещениям. Эти пемзы были обнаружены в помещениях бассейна-барботера на расстояниях до 30 м от блоков паросбросных труб, через которые сверху стекали топливосодержащие расплавы.[9]
То, чего опасались (попадания расплава в воду бассейна-барботера, ради чего искали способ спустить из него воду), произошло до спуска воды из барботера в пруд-охладитель (значит, этого можно было не делать).[10]
[править] Блочный щит управления
Блочный щит управления (БЩУ) на 4-м энергоблоке ЧАЭС находился между турбинным отделением и реактором. Он был центром всего контроля 4-го энергоблока.[11]
После аварии БЩУ был в сильной пыли.[12]
[править] Главные циркуляционные насосы
После аварии все ГЦНы — и с южной, и с северной стороны остались в штатном положении.[13]
[править] Графит
Константин Чечеров утверждал: «Это [природу взрыва на чернобыльской АЭС] можно было бы понять уже по тому, сколько графитового лома осталось на станции и вокруг неё. По нашим, да и не только нашим, оценкам, было обнаружено менее 10 % остатков графитовой кладки.»[14]
[править] Металлоконструкция схемы Е
Во время аварии начались сильные и частые гидроудары, на поверхности реактора начали подниматься и опускаться кубики верхней радиационной защиты (масса одного кубика, стоящего на технологическом канале, 350 кг). Следовательно, металлоконструкция схемы Е в это время находилась в штатном положении.[15]
После аварии, верхняя металлоконструкция схемы Е вместе с активной зоной, графитовыми отражателями с периферийными каналами охлаждения, металлоконструкцией схемы КЖ, верхними трактами наращивания, тепловой защитой и плитным настилом, разгрузочно-загрузочной машиной оказалась поднятой на высоту не менее 15 м над полом центрального зала. Металлоконструкция схемы Е, опустившись, осталась стоять на ребре (под углом около 15° к вертикали), перекрыв собой проём шахты реактора; оставшееся свободное пространство между стенами шахты реактора и металлоконструкцией схемы Е перекрыто спутанными трубами верхних пароводяных коммуникаций, бетонными и металлическими фрагментами строительных конструкций.[16]
Верхняя часть реактора, как кастрюля крышкой, была закрыта металлоконструкцией схемы «Е» — «Еленой» на профессиональной терминологии.[17]
[править] Металлоконструкция схемы Л
Последствия термического воздействия в период активной стадии аварии можно охарактеризовать выплавлением основания южной металлической опоры схемы Л.[18]
[править] Металлоконструкция схемы ОР
После аварии, нижняя металлоконструкция схемы ОР, смяв под собой опорную металлоконструкцию схемы С и разрушив нижние компенсаторы с серпентинитовой засыпкой, опустилась в подреакторное помещение 305/2 почти на 4 м.[19]
Схема «ОР» опустилась примерно на 3,8 м. Её юго-восточный квадрант — ¼ ОР отколот и находится ниже остальной схемы — ¾ «ОР».[20]
Высокотемпературный процесс в ходе аварии, по-видимому, протекал очень короткое время, о чём, в частности, свидетельствуют:[21]
- необгоревшая и не изменившая цвет окраска дна металлоконструкции схемы ОР в непосредственной близости от края, где эта конструкция была расплавлена;
- небольшое число целых и разрушенных графитовых блоков без следов горения на верхней поверхности металлоконструкции схемы ОР, точнее, на её тепловой защите из стальных блоков;
- бетонные плиты, лежащие после аварии на металлоконструкции схемы ОР, не подвергшиеся высокотемпературному воздействию и не потерявшие прочности. Исследования показали, что они не нагревались выше 250°С.
[править] Металлоконструкция схемы С
После аварии, конструкции схемы «С» были смяты опустившейся схемой «ОР».[22]
Высокотемпературный процесс в ходе аварии, по-видимому, протекал очень короткое время, о чём, в частности, свидетельствуют необгоревшие листы металлоконструкции опоры С, лежащие под металлоконструкциями схемы ОР и окрашенные в светло-зелёный цвет.[23]
[править] Отработавшие кассеты урана
Кроме ядерного топлива в южном бассейне выдержки на момент аварии хранилось по разным источникам 109, 169±3, 135 — данные сотрудников авторского надзора НИКИЭТа, проверявших журналы по ядерной безопасности, 116 отработавших кассет — от 12502,3 до 19728,4 кг урана, или от 14126,4 до 22291,2 кг его диоксида.[24]
[править] Подреакторное помещение 305/2
[править] Лавообразное ядерное топливо
Юго-восточная часть подаппаратного помещения 305/2 стала центром образования и растекания лавообразного ядерного топлива.[25]
Один из потоков лавообразного ядерного топлива вместе с расплавленным металлом из юго-восточной части подреакторного помещения 305/2 на отметке 10,0 м перетёк в её юго-западный квадрат и через паросбросный клапан — в помещение парораспределительного коридора 210/7 на отметке 6,00 м.[26]
Другой поток лавообразного ядерного топлива из юго-восточной части помещения 305/2 на отметке 10,0 м через два паросбросных клапана протёк до отметки 6,0 м в помещение 210/6 парораспределительного коридора.[27]
Ещё один поток лавообразного ядерного топлива из юго-восточной части помещения 305/2 на отметке 10,0 м протекал через пролом в стене шахты реактора в помещение 304/3 до отметки 9,3 м. Поток, вероятно, был бурным, так как сорвал, деформировал и вынес к дверному проёму металлоконструкции ограждения электрошкафов.[28]
[править] Трубы водяных коммуникаций
После аварии были смяты и прижаты к бетонной плите пола помещения 305/2 многочисленные трубы нижних водяных коммуникаций.[29]
[править] Песок
Песок из пространства между баком «Л» и стенами шахты ректора высыпалась в южную часть помещения 305/2.[30]
[править] Подреакторные помещения
В подреакторном помещении учёные обнаружили некоторое количество вещества, которое было обозначено на рабочих планах как «кучи глины» и «слоновья нога» — это и была топливная радиоактивная магма, стекшая по паросбросным трубам.[31]
[править] САОР
25 апреля 1986 года САОР (система аварийного охлаждения реактора) начали выводить на смене И. И. Казачкова (его смена была с 8 до 16 часов). Это была очень большая и тяжёлая работа, поскольку там ручная арматура. Одна задвижка требует около 45 минут. Задвижка — это как штурвал на паруснике, только чуть поменьше и стоит горизонтально. Чтобы её закрыть, она требует усилий двух людей, а лучше — трёх. Это всё вручную делается. Казачкову потребовалась практически вся смена на вывод САОР.[32]
[править] Система локализации аварий
Система локализации аварии выдержала аварию, на которую не рассчитывалась. Расплав попал в воду системы локализации аварии и застыл, охлаждённый водой, ничего не взорвав, не проплавив, даже не подплавив бетон фундамента.[33]
[править] Стержни СУЗ
Данные о распределении глубины погружения стержней СУЗ: 17 стержней достигли нижних концевых выключателей, из них 12 — из верхнего положения (время опускания стержня 18 с).[34]
[править] Центральный зал
В момент начала аварии В. И. Перевозченко видел перед собой центральный зал 4-го энергоблока ЧАЭС.[35]
[править] Шахта реактора
Высокотемпературный процесс в ходе аварии, по-видимому, протекал очень короткое время, о чём, в частности, свидетельствуют:[36]
- упавшие в шахту реактора и сохранившие окраску — светло-зелёный цвет листы металлической облицовки стен центрального зала;
- упавшая в шахту реактора железобетонная строительная конструкция в виде короба, сохранившая изнутри окраску розового цвета.
Исследования 1988—1989 годов, которые проводились внутри объекта «Укрытия» Комплексной экспедицией при ИАЭ им. И. В. Курчатова, показали, что основное предположение, на котором строилась модель 1986 года — предположение о том, что сброшенные с вертолётов материалы попали в шахту реактора и засыпали её толстым слоем, не соответствовало действительности.[37]
В середине 1988 года исследователям удалось с помощью специально пробуренных скважин, введя в них перископ и телекамеры, увидеть то, что находится внутри самой шахты реактора. Сколько-нибудь заметного количества сброшенных с вертолётов материалов они там не обнаружили.[38]
Когда два с половиной года спустя после аварии Константин Чечеров и его товарищи спустились в шахту рванувшего реактора, они установили, что топлива там не было. Внутрь реактора не попало также ни одной свинцовой болванки, сброшенной с вертолётов. На дне шахты лежало зато несколько бетонных плит, которые оказались плитами стен центрального зала. Исследования бетона этих плит показали, что они не испытывали воздействия высоких температур. Больше того, на них сохранилась краска, рассчитанная на температуры не более 300 градусов.[39]
[править] ЭВМ «Скала»
Информационно-вычислительный комплекс «СКАЛА» производил необходимые операции и расчёты и выдавал всё это на блочный щит управления. ЭВМ создавались тепличные условия, поддерживалась температура 22-25 градусов, постоянно работала нагнетающая вентиляция.[40]
В ночь с 25 на 26 апреля 1986 года, во время проведения испытаний на 4-м энергоблоке, ЭВМ регистрировала все отклонения от программы испытаний и записывала их на специальную ленту.[41]
После аварии погасло электрическое освещение и ЭВМ отключилась. Через несколько минут подали аварийное питание. Сотрудникам АЭС удалось запустить ЭВМ, удалось прикрыть «шкафы» ЭВМ от воды, которая в это время стала литься с потолка.[42]
[править] Ядерное топливо
На момент аварии в активной зоне реактора 4-го энергоблока ЧАЭС находилось 1659 кассет с 190,2573 тонн урана, или 215,0064 тонн его диоксида. Масса урана в одной кассете составляет 114,7 кг, диоксида урана в одном твэле — 3,6 кг.[43]
При вводе положительной реактивности произошло разрушение топливных таблеток и ТВЭЛов. В ряде мест ядерное топливо (UO2) из-за интенсивного тепловыделения и малого теплосъёма нагрелось до температуры плавления циркония (tпл. = 1852 градусов Цельсия). Циркониевая оболочка ТВЭЛов расплавилась и начала растворять в себе топливные таблетки с образованием жидкой уран-циркониевой эвтектики. Взрывы, разрушившие активную зону, позволили этой эвтектике и непосредственно топливу, имеющему высокую температуру, вступить во взаимодействие со строительными и конструкционными материалами, попавшими в шахту реактора. А главное — начать расплавлять часть опустившейся схемы «ОР» (юго-восточный квадрант), её металлические конструкции, серпентинитовую засыпку и т. п.[44]
При контакте уран-циркониевой эвтектики с диоксидом кремния (основная составляющая лав) образовалась тройная система UO2-SiO2-ZrO2. Минимальная температура поверхности ликвидуса этой системы равна температуре плавления тройной эвтектики и ориентировочно составляет 1500 градусов. Дальнейший процесс образования лавы шёл при температурах (1500 ÷ 2600) градусов. Минимальное значение температуры может быть обосновано необходимостью расплавления большой массы металла (в схеме «ОР»), максимальное подтверждается присутствием в силикатной матрице глобул топлива с примесью циркония (система ZrO2 — UO2).[45]
Послеаварийными исследовательскими работами ядерное топливо обнаружено в следующих видах: таблетки диоксида урана в отдельных ТВС, твэлах и их фрагментах; диспергированное топливо в виде горячих частиц, как пыль и аэрозоль; топливо, попавшее в состав лавообразной топливосодержащей массы и растекшееся по нижним помещениям блока; топливо в водных растворах и кристаллических легкорастворимых оксикарбонатных соединениях.[46]
В 1989 году были обнаружены скопления лавообразной топливосодержащей массы в помещениях парораспределительного коридора, бассейна-барботера и помещении 217/2.[47]
В начале 1990 года по отдельным измерениям температуры и теплового потока с помощью теплометрических расчётов, при которых считалось, что единственным источником тепла является топливо, были получены первые данные о количестве топлива в парораспределительном коридоре — 23±7 т урана и подаппаратном помещении 305/2 — 75±25 т урана.[48]
В 1996 году утверждалось: «В настоящий момент нет достоверных данных о количестве ядерного топлива во фрагментах активной зоны».[49]
По состоянию на 1996 год имелись две версии определения количества ядерного топлива в лаве. По первой версии, используя результаты теплометрических измерений, количество урана определено в 135±30 т (1990 год), по второй, по результатам прямых измерений топливной массы, значительно меньше — 23,45±4,4 т диоксида урана (1992 год). Фактически ядерного топлива должно быть ещё меньше, так как не учтены газовые пустоты в скоплениях лавы, и неизвестно, какие не содержащие ядерного топлива материалы оказались внутри этих скоплений.[50]
В 2011 году Константин Чечеров утверждал: «Мы посчитали <…> количество [ядерного] топлива [реактора 4-го энергоблока], оставшегося на станции [после аварии]. Самыми простыми способами — рулеткой и линейкой — мы измеряли объемы ТСМ (топливосодержащего материала, в основном расплавов уранового топлива и бетона), брали образцы, измеряли содержание в них урана, а потом решали школьные задачки на умножение и сложение. В результате получилось то, чего мы и ожидали, — дефицит топлива в четвёртом блоке составил как минимум 90 %.»[51]
