Кыштым — Чернобыль — Фукусима. Что далее?

3 февраля 1987 г. во время десятидневной поездки в Японию, включавшей дискуссии о политике Горбачева и семинары по геронтологии, организаторы этого турне устроили для меня “рабочий ленч” в Токио с исполнительным директором Японского атомно-индустриального форума Казухизо Мори и четырьмя его коллегами. Японские эксперты хотели подробно расспросить о Кыштымской ядерной катастрофе 1957 г. Об этом же в 1978 г. в течение трех часов меня очень агрессивно допрашивал Эдвард Теллер, создатель американской водородной бомбы.

В 1987 г. Кыштымская катастрофа, представлявшая собой взрыв хранилища отходов от производства плутония для атомных бомб, оставалась все еще засекреченной в СССР, и ее причины и масштабы были неясны. Моя книга The Nuclear Disaster in the Urals, опубликованная в Нью-Йорке в 1979 г. и переведенная в Японии в 1982-м, была единственным источником информации, недостаточным, однако, для включения этой катастрофы, при которой в окружающую среду выброшено миллионы кюри долгоживущих радиоактивных изотопов, в формальный список регистрируемых МАГАТЭ атомных аварий. В то время в него входили британский Виндскейл (1957), американский Тримайл-Айленд (1979) и советский Чернобыль. На формальной шкале аварий они занимали ячейки 3, 5 и 7. Ячейки 4 и 6 были вакантными.

Японские эксперты задавали много вопросов, но на мои вопросы отвечали очень кратко. Я в это время уже начал готовить книгу о Чернобыле и внимательно изучал все материалы международных экспертных комиссий МАГАТЭ, обсуждавших советские отчеты. Все эти документы мне присылали из Научного комитета ООН по действию атомной радиации.

В составе экспертных комиссий всегда были американские, французские, британские или шведские ученые, но не было японских, хотя по числу АЭС Япония находилась на третьем месте в мире. На мой вопрос о причинах такого отсутствия интереса в Японии к Чернобыльской катастрофе Казухизо Мори ответил, что они сочли эту аварию неактуальной для Японии. “У нас подобного произойти не может”, — убежденно сказал он.

Уральская ядерная катастрофа

Кыштым, небольшой уральский город, не имеет прямого отношения к “Кыштымской катастрофе”. Это было кодовое название для секретной переписки. Тот, втрое больший город, в 1957 г. — главный центр CCCР по производству оружейного плутония, — не имел собственного названия и не был обозначен на географических картах. Это был засекреченный п/я 40 в Челябинской области. Здесь располагались три реактора, работавших на природном уране, и радиохимический завод “Маяк” по выделению плутония и остаточного урана из выгоревшего уранового топлива.

Отходы завода в форме концентрированных растворов отвозились в хранилище, расположенное под землей в 10 км от города. Это был комплекс из 20 баков по 250 куб. м, изготовленных из нержавеющей стали. Баки помещали в отдельные бетонные каньоны и закрывали крышками толщиной в полтора метра из тяжелого бетона. Для их охлаждения в каньоны заливалась вода, чтобы раствор остаточных радионуклидов не закипал и не высыхал. В сухом виде такие отходы, содержавшие нитратные и ацетатные соли, были взрывоопасными, тем более что под крышкой накапливался радиолитический водород.

В сентябре 1957 г. охлаждающая система одного из баков, содержавшего около 80 т радиоактивного концентрата, вышла из строя. Смесь закипела и начала высыхать. Днем 29 сентября взрыв водорода, предположительно от искры в электропроводке, детонировал содержимое бака. Второй взрыв, силой около 100 т ТНТ, выбросил из хранилища от 20 до 50 млн. кюри радиоактивных материалов, из которых большая часть была разбросана вокруг хранилища, а 2 млн. кюри в форме аэрозоля были подняты на 1—2 км вверх и распространились ветром в северо-восточном направлении.

Согласно официальному отчету, опубликованному лишь в 1990 г. тиражом в 500 экз. (для участников конференции в Институте атомной энергии им. И. Н. Курчатова), “под радиоактивным следом оказалась территория общей площадью 23 тыс. кв. км. Радиоактивному загрязнению подверглись значительные площади пахотных земель, пастбищ и других сельскохозяйственных угодий. На территории следа было расположено 217 населенных пунктов с общей численностью населения 270 тыс. чел.”*. Однако быстрой эвакуации не проводилось, так как измерение уровней загрязнения такой территории (в основном стронцием-90) было в 1957 г. медленным и трудным из-за выпавшего в октябре снега. В течение полутора лет с этой территории переселили лишь около 10 тыс. чел. из 19 населенных пунктов, дома в которых сжигались.

___________________________________

* Итоги изучения и опыт ликвидации последствий аварийного загрязнения территории продуктами деления урана (Ред. А. И. Бурназян). — М., Энергоатомиздат, 1990.

Частичное рассекречивание Кыштымской катастрофы было произведено на заседании экологической комиссии Верховного Совета СССР (председатель Юрий Щербак) лишь в июле 1989 г. А более полное — в марте 1990-го на специальной конференции в Институте атомной энергии.

Я был приглашен на оба заседания и в марте 1990 г. смог совершить поездку в Челябинскую область для посещения экспериментальной станции, занимавшейся реабилитацией загрязненных радиоизотопами сельскохозяйственных угодий и изучением радиационной экологии. Посетил я и местное кладбище, где были похоронены двое моих студенческих друзей — Евгений Федоров и его жена Клава, — умерших от лейкоза. Профессор агрохимии В. М. Клечковский, мой учитель и друг, был создателем и руководителем этой станции с 1958-го по 1972 г.

Я впервые кратко упомянул о взрыве хранилища ядерных отходов на Урале и обширных загрязнениях окружающей территории в статье в лондонском журнале New Scientist в ноябре 1976 г., спустя почти 19 лет после этого события. И тогда просто не представлял, что оно остается неизвестным. Уже через два дня после моей публикации Джон Хилл, председатель ведомства по атомной энергии Соединенного Королевства, в интервью агентствам новостей, опубликованном в Англии и США, назвал мою статью “научной фантазией и чепухой” (rubbish). Взрыв радиоактивных отходов, по словам Дж. Хилла, “технически невозможен”.

Комментарии американских ученых были еще более резкими, меня обвиняли в попытках напугать западных обывателей опасностью атомных энергетических программ, тогда интенсивно внедрявшихся и в Европе, и в США. Под влиянием этих обвинений я и начал писать свою книгу.

В 1978 г. появилось несколько других не очень точных свидетельств об аварии на Урале в 1957-м. Вскоре меня пригласили в США несколько секретных атомных центров (Брукхэвенский, Аргонский, Окриджский и Лос-Аламосский), где были организованы семинары для обсуждения моего доклада. Объективное обсуждение состоялось лишь в Окриджской национальной лаборатории, имевшей большую группу ученых для изучения радиационной экологии. В других национальных лабораториях меня пытались убедить, что столь масштабная авария не могла произойти без того, чтобы о ней не знали американские ученые.

В Лос-Аламосской лаборатории, расположенной на плато в штате Нью-Мексико, после доклада я был приглашен к директору. Здесь в течение трех часов меня очень агрессивно допрашивал Эдвард Теллер, создатель американской водородной бомбы. Поскольку представленные на семинаре данные, основанные на обобщении множества публикаций по радиоэкологии, неопровержимо доказывали наличие на Южном Урале обширной, в сотни квадратных километров, сильно загрязненной радиоизотопами территории, а исчезновение деревень и поселков подтверждалось фотографиями со спутников, то Э. Теллер и его коллеги выдвинули версию о том, что это загрязнение было результатом испытания в этом районе атомной бомбы или даже переносом радиоактивности с арктического полигона по испытанию водородных бомб на Новой Земле. Эта нелепая теория вошла в специальный отчет Лос-Аламосской лаборатории, опубликованный в 1982 г. (D.V.Soran, D.B. Stillman. An Analysis of The Alleged Kyshtym Disaster Los Alamos National Laboratory).

Ученые из Окриджской лаборатории еще раньше опубликовали свой отчет, в котором подтверждали мои данные и объясняли катастрофу химическим взрывом высохших нитратно-ацетатных солей радионуклидов. Однако лишь после официальных кратких сообщений для прессы, сделанных Министерством атомной энергии в Москве, Кыштымская авария была зарегистрирована МАГАТЭ и получила 6-й уровень, между Тримайл-Айлендом и Чернобылем. Труды конференции Института атомной энергии, на которой было представлено более 30 докладов и видеофильм об аварии, никогда не публиковались.

Секреты Чернобыля

Профилактические работы на 4-м энергоблоке ЧАЭС до аварии

Авария на четвертом реакторе Чернобыльской АЭС, крупнейшая по числу погибших и пострадавших людей и по экономическому ущербу, достаточно хорошо известна и изучена. Повторять здесь основные факты нет необходимости. Однако о том, что причины аварии были кардинально пересмотрены в 1990—1991 гг., знают лишь немногие.

В чернобыльском реакторе использовались графитовые замедлители нейтронов от деления атомов урана-235, и это приводило к очень большому объему активной зоны, но к меньшему давлению внутри нее. Поэтому не сооружался и защитный купол-контайнмент. Графитовые замедлители обеспечивали цепную реакцию урана при более низкой степени его обогащения изотопом-235, а в военных реакторах — и при загрузке в них природного урана. Серьезным недостатком таких реакторов был т.н. положительный паровой коэффициент реактивности (positive void coefficient of reаctivity), при котором мощность реактора возрастала при усиленном образовании пара. Пар, в отличие от воды, не обеспечивает замедление нейтронов. В военных реакторах такой проблемы нет, так как в них отсутствуют турбины и поэтому нет необходимости доводить воду до кипения.

Реакторы чернобыльского типа (РБМК-1000) создавали много проблем для операторов. Именно этот недостаток реакторов был определен Государственной комиссией в ее обширном отчете в МАГАТЭ в августе 1986 г. как главная причина аварии. И вину за нее возложили на персонал атомной станции, действия которого были якобы некомпетентными, с несколькими роковыми ошибками.

Директора ЧАЭС В. Брюханова, главного инженера Н. М. Фомина, его заместителя А. С. Дятлова и дежурных операторов четвертого блока формально обвинили по ст. 220 УК (неправильная эксплуатация взрывоопасных предприятий). Суд, однако, задерживался, так как все обвиняемые находились в больнице с разными стадиями лучевой болезни. Первоначальное обвинение было предъявлено 12 работникам ЧАЭС. Но трое из них умерли от переоблучения, не дождавшись суда. Двое погибли при взрыве реактора.

Заседание Верховного Суда СССР по этому делу состоялось лишь в июле 1987 г. Брюханова, Фомина и Дятлова приговорили в 10 годам лишения свободы. Начальник смены и дежурные операторы, из тех, кто выжил, получили от двух до пяти лет заключения. Применение ст. 220 было необоснованным, так как атомные реакторы не входили в перечень взрывоопасных объектов. В советской системе ответственности было необходимо найти виновных, а не искать причины трагедии в технических недостатках конструкции.

Между тем различные, часто независимые исследования причин Чернобыльской аварии продолжались. Появилось несколько теорий — порою довольно экзотических (шаровая молния, местное землетрясение, пароциркониевая реакция и т.д.). Главный парадокс заключался в том, что взрыв реактора произошел после того, как дежурный оператор нажал на красную кнопку немедленной аварийной остановки реактора.

В начале 1988 г. в журнале “Атомная энергия” была опубликована статья физиков Е. А. Адамова, В. П. Василевского и др., дававшая новый анализ первой фазы аварийного процесса в чернобыльском реакторе. Авторы достаточно убедительно показали, что причиной взрыва реактора была неправильная конструкция контрольных стержней, содержавших бор, с помощью которых осуществлялась аварийная остановка реактора. К концам этих стержней изобретатели станции добавили графитовые наконечники, которые были, однако, на 2,5 м короче высоты активной зоны самого реактора. В том случае, когда контрольные стержни поднимались из реакторной зоны для начала цепной реакции, вводимый в активную зону дополнительный графит (замедлитель нейтронов), увеличивал мощность реактора. Однако слишком короткие графитовые стержни “висели” примерно на расстоянии 1,25 м над дном реактора. Пространство под ними заполнялось водой. При нажатии кнопки АЗ-5 аварийной остановки реактора спуск контрольных стержней вниз, слишком медленный из-за необходимости вытеснения воды, приводил не к уменьшению, а к усилению реактивности в нижней части реактора. Этот эффект продолжался лишь 2—3 секунды, но для нейтронов этого было достаточно.

“Если число стержней СУЗ, опускаемых в активную зону, велико, — писали авторы, — то это может сыграть разрушительную роль... Перед аварией в верхнем положении находилось более 170 стержней защиты, и все они после нажатия кнопки АЗ-5 начали одновременное опускание в активную зону, не очень эффективно поглощая нейтроны и гася реактивность, но очень эффективно обезвоживая нижнюю часть реактора и инициируя там мощный всплеск энерговыделения”**. По существу это был атомный взрыв. Никакой контайнмент не смог бы спасти реактор. Он лишь многократно усилил бы взрывной потенциал по типу бомбы, что привело бы и к разрушению трех других реакторов и всей ЧАЭС.

________________________________________

**Адамов Е. А., Василевский В. П., Ионов А. И. и др. Анализ первой фазы развития аварийного процесса // Атомная энергия. Т. 64, №1, с. 24—29, 1988.

Схема расположения графитовых наконечников

(заштрихованы) стержней аварийной защиты

(1 — боросодержащий стержень, 2 — соединитель, 3 — графитовый наконечник); а — до аварии, b — после аварии, с — после реконструкции в 1987 г.

То, что главной причиной взрыва реактора стала именно неправильная конструкция стержней аварийной защиты, а не ошибки персонала, было очевидно и членам Государственной комиссии. Но обвинить официальных конструкторов реактора они не решились. На все АЭС, имевшие реакторы этого типа (Курской, Смоленской, Ленинградской, Игналинской и Костромской), однако, направили директивные инструкции о необходимости эксплуатировать реакторы РБМК с контрольными стержнями, опущенными вниз на 25% от их прежнего верхнего положения. Мощность реакторов (их было в стране 15) снижалась до 70% проектной. Пропадали миллиарды киловатт электроэнергии. В последующем конструкция стержней была изменена, что позволило восстановить проектную мощность (см. схему).

Главным конструктором реакторов РБМК был академик Н. А. Доллежаль, директор проектного института реакторов. Научным руководителем разработок — академик А. П. Александров, директор Института атомной энергии и президент АН СССР. Их разработки многократно удостаивались высших государственных наград и премий. Сотни других ученых и конструкторов разрабатывали отдельные узлы всей системы. Кто из них конкретно был виновен в ошибочной конфигурации стержней аварийной защиты, остается неизвестным.

Однако официальное признание того, что главной причиной Чернобыльской аварии был дефект в конструкции системы аварийной защиты, приходило медленно. А. С. Дятлов был освобожден из заключения в 1991 г. “по состоянию здоровья”, без снятия судимости. В том же году Госатомэнергонадзор направил в Вену в МАГАТЭ новый отчет о причинах аварии, в котором признавалось, что “реактор не соответствовал нормам безопасности и имел опасные конструктивные особенности”.

Обвинения с персонала АЭС были сняты, их действия, как теперь утверждалось, “нарушениями не являлись, либо не повлияли на развитие аварии”. Однако в широкой прессе об этом не сообщалось, правительство не хотело признавать, что все реакторы этого типа работали много лет с очень высокой степенью риска.

Непосредственно в документах МАГАТЭ вывод о дефектах стержней защиты как главной причине аварии появился лишь в 1993 г., когда Советского Союза уже не было. Дятлов умер в 1995 г. от хронической лучевой болезни. Незадолго до смерти он опубликовал книгу “Как это было”. Однако во множестве очерков и книгах о Чернобыльской аварии, публиковавшихся в СССР, а наиболее подробно — в “Чернобыльской тетради” инженера-атомщика Григория Медведева, напечатанной в “Новом мире” в 1989 г., главными виновниками катастрофы остаются операторы и руководители ЧАЭС. По словам Григория Медведева, непосредственного участника проектирования и строительства ЧАЭС, действия операторов были столь неверными, что “они и стали той последней каплей, которая переполнила чашу терпения реактора”.

Чернобыльская авария была одним из главных факторов экономического и политического кризиса, который привел к распаду СССР. На выборах в Верховный Совет СССР, в Верховные Советы Украины и Белоруссии и в местные советы избирались активисты антиатомных движений и националисты, приобретавшие большое влияние.

В период 1987—1991 гг. 60 атомных реакторов были либо остановлены, либо не достраивались. Ростовская, Крымская, Татарская и Башкирская АЭС, уже почти законченные, были заморожены. Остановлена после землетрясения 1988 г. Армянская АЭС. Вся программа тепловых атомных станций (Горьковская, Воронежская и Одесская) была свернута, хотя некоторые из этих станций уже успешно прошли испытания.

Между тем производство угля и нефти, достигнувшее пика в 1988 г., начало снижаться. Экспорт нефти и газа в страны СЭВ существенно уменьшился, хотя этот блок скрепляла прежде всего дешевая советская энергия. Построенные здесь раньше АЭС стали источником страха, а не благодарности. Дефицит электроэнергии был особенно острым в Армении, Грузии и Эстонии, вызвав остановки множества предприятий, особенно в зимнее время.

В 1991 г., когда я в апреле приехал в Чернобыль для участия в международной конференции, приуроченной к пятой годовщине аварии, в Киеве проходили массовые демонстрации с требованиями прекратить “радиационный геноцид украинского народа”. Чернобыль стал политическим символом.

Чернобыльская АЭС продолжала работать еще много лет на трех реакторах. Второй энергоблок был остановлен в 1993 г., первый — в 1995-м и последний, третий, — в декабре 2000 г. Но осталось выгоревшее реакторное топливо от последнего и прежних циклов, которое держится в бассейнах с постоянной циркуляцией воды. Под контролем находится и саркофаг аварийного блока. Строительство нового “укрытия” только начинается. Ежедневно в Чернобыль приезжают тысячи рабочих в три смены. По существующей программе ЧАЭС будет полностью демонтирована к 2065 г. после двух новых периодов полураспада радиоактивных цезия и стронция.
Фукусима ждала своего часа

Первый реактор для АЭС “Фукусима-1” проектировался и строился для японской компании TEPCO американской корпорацией General Electric. Строительство началось в 1967 г., коммерческая эксплуатация — в марте 1971-го. Проект был рассчитан на 40 лет, и в феврале 2011 г. реактор предполагалось остановить. Однако TEPCO продлила лицензию еще на 10 лет. Это был реактор BWR-3 со скромной мощностью 460 MW. Второй реактор того же типа был более мощным, 784 MW, последний, шестой, введенный в эксплуатацию в 1979 г., — самым мощным, 1100 MW.

Проект обеспечивал сейсмическую устойчивость реакторов к землетрясениям до магнитуды 7,5, именно таким было землетрясение в Калифорнии в 1952 г. Для Японии этого было недостаточно, Великое землетрясение, разрушившее 1 сентября 1923 г. Токио и Йокогаму, оценивалось магнитудой 8,3. Защита от цунами также была скромной, проектировщики не ожидали волны выше 5 м.

Игорь Николаевич Острецов, эксперт по реакторам и один из ликвидаторов Чернобыля, с которым я советовался при написании этой статьи, считает, что наиболее серьезным недостатком проекта было расположение резервных аварийных генераторов электричества “...на берегу, который смотрит на глобальный тектонический разлом, да еще, к тому же, вровень с уровнем моря”. Серьезной конструктивной ошибкой, по его мнению, было и расположение хранилищ отработанного ядерного топлива (ОЯТ) “в подвешенном состоянии” над активной зоной реактора.

На большой высоте эти тяжелые бассейны с циркулирующей для охлаждения ОЯТ водой более чувствительны к подземным толчкам. Чем выше объект, тем больше амплитуда его колебаний при землетрясениях. Именно поэтому они оказались поврежденными и стали терять воду. Заливать их водой пришлось сначала с вертолетов, а затем из водных пушек. Ошибки проекта включали также сброс парогазовой смеси, содержавшей радиолитический водород, из контайнмента не в атмосферу, а в реакторное здание. Что и привело к взрывам водорода, разрушениям зданий и повреждениям сложных теплообменных систем.

В реакторах BWR, строившихся в 1960—70 гг., пар, вращающий турбины, образуется из той же воды, которая замедляет нейтроны в активной зоне реактора. Такая схема очень опасна, так как она значительно увеличивает массу воды, неизбежно накапливающей большие концентрации радиоактивных изотопов. Эти радиоизотопы сильно загрязняют и турбинный зал. Летучие радионуклиды и прежде всего радиоизотопы йода (135 и 131) вентилируются и удаляются через высокую трубу — обычно когда ветер дует в сторону моря. В более современных реакторах для турбин существует самостоятельный контур, в котором пар генерируется в теплообменниках. Создание двух контуров уменьшает общий объем загрязненной воды.

Огромное количество — десятки тысяч тонн — сильно загрязненной радионуклидами воды стало в настоящее время одной из главных проблем Фукусимы. При работающем реакторе эта вода охлаждалась морской водой (21,8 тыс. т в час для реактора 1 и 33 тыс. т в час для более мощных реакторов 2 и 3). Остаточное тепловыделение в остановленных реакторах может составлять около одного процента (это зависит от стадии топливного цикла, равного 12 месяцам). Тысячи тонн воды в сутки необходимы для охлаждения всех систем, и эта вода сильно загрязняется реакторным топливом и ОЯТ. Стекать этой воде некуда, кроме Тихого океана, даже если это противоречит международной конвенции. 2872 кассеты в “подвешенных” хранилищах в четырех аварийных зданиях, поврежденных взрывами водорода, содержат 490 т ОЯТ, не менее 4 т которого составляет плутоний.

“С хранилищами надо что-то придумать, — написал мне Острецов. — Эта проблема должна стать международной. Одна Япония с этим не справится. Радиоактивности здесь намного больше, чем в Чернобыле”. Радиоактивных изотопов в четырех аварийных блоках Фукусимы примерно в 20 раз больше, чем в чернобыльском реакторе. При этом впервые в истории реакторных аварий долговременную опасность создают не только сами реакторы, но и хранилища отработанного топлива. Каждый из семи аварийных объектов требует самостоятельных решений.

Ликвидация аварии на Фукусиме к 25-летней годовщине Чернобыля продолжается лишь полтора месяца. Общий объем выброшенной в окружающую среду радиоактивности пока неизвестен, но он нарастает и приближается к чернобыльскому. Расширяется и “зона отселения”, уже равная по радиусу Чернобыльской. Очистку Чернобыля от радиоактивности обещают к 2065 г. Сумеет ли Япония справиться быстрее с не менее сложной задачей, покажет лишь время.

После аварии на Three Mile Island в 1979 г. в США и Великобритании не было построено ни одной новой АЭС. Стоимость АЭС с дополнительными системами безопасности серьезно возросла и не обеспечивалась страхованием. После Чернобыля на постсоветском пространстве и в Восточной Европе новые АЭС также не строились. Атомная промышленность и в США, и в России существует и развивается. Но она работает только на экспорт и на военные программы. Пока трудно предсказать, какое влияние Фукусима окажет на судьбу атомной энергетики в Японии, Азии и во всем мире.

Жорес МЕДВЕДЕВ