Математическое моделирование в экологии:
Историко-методологический анализ

2.3. Чернобыльская катастрофа

Материалы о Чернобыле широко опубликованы. Мы пользуемся тремя источниками: [32], [44], [81]. Философски важно сформулировать один вывод, который, безусловно, верен и вытекает, в частности, и из названных источников, но достаточно явственно в них не высказан. Катастрофа произошла не от недостаточного внимания к проблеме безопасности эксплуатации ядерного реактора, а от действий, первоначальной целью которых было — совершенствование идеологии и конструкции системы безопасности. Вмешались, конечно, заранее не предвидимые и априори совершенно невероятные цепи ошибок в действиях персонала.

В отношении Чернобыля этот вывод вполне доказуем, потому что существующие публикации достаточно подробны. Но сопоставим эту аварию с другой аварией, в отношении которой трудно высказаться столь же определенно, потому что подобных публикаций нет.

Летом 1988 года на железной дороге Ленинград—Москва случилась страшная катастрофа. Сошел с рельсов скорый поезд. Многие вагоны опрокинулись и загорелись. Погибли сотни людей (в отношении непосредственной гибели во время аварии — гораздо больше, чем в Чернобыле). В средствах массовой информации проходила следующая реконструкция хода аварии.

Железнодорожный путь в районе аварии после его контроля был найден не вполне исправным. Были выставлены знаки, ограничивающие скорость движения. Но машинисты поездов запрашивали по радио свое начальство — как им относиться к этим знакам. Начальство отвечало: «Ничего, поезжайте», машинисты ехали, и все обходилось благополучно. Однако в кабине электровоза того поезда, который потерпел аварию, якобы, находился представитель службы безопасности движения. Будто бы, увидев знак ограничения скорости, он сказал: «Я за жизнь пассажиров отвечаю» и то ли сам дал экстренное торможение, то ли приказал машинисту это сделать. При экстренном торможении нагрузка на рельсы и ее несимметрия, естественно, резко возросли. Путь разошелся и случилось то, что случилось.

Трудно судить, соответствует ли эта версия истине, поскольку подробное описание хода аварии (настолько, насколько его можно вообще восстановить), не публиковалось. Но сама мысль, что техника безопасности — вещь обоюдоострая, верна и заслуживает всяческого внимания.

Чтобы понять, какие проблемы техники безопасности пытались решить в Чернобыле, нужно задуматься не над тем, как включить генератор энергосистемы в работу, а над тем, как его в случае необходимости остановить. В энергосистеме постоянно возникают те или иные локальные неисправности, требующие отключения и/или остановки тех или иных аппаратов. В случае остановки нужно, во-первых, отключить генератор от электросети — и тут мы уповаем на благоприятное срабатывание тех или иных выключателей. Во-вторых, нужно остановить механическую систему, которая вращала генератор. Опять-таки, проще всего сделать это в случае гидрогенератора: достаточно перекрыть поток воды, вращающей турбину. Правда, в редких случаях и здесь может получиться неудача вплоть до затопления водой машинного зала; в этом случае гидростанция надолго выйдет из строя, но это редчайший случай. Несколько сложнее остановить турбогенератор тепловой электростанции. В этом случае избыток пара сбрасывается в атмосферу и гасятся форсунки, создающие пламя в котле.

Но что касается атомного энергетического реактора, то тут есть специфическая проблема. Чтобы прекратить ядерную реакцию на нейтронах, достаточно ввести в реактор поглощающие стержни защиты. Конструкторы предусмотрели, что стержни вынимаются из реактора РБМК наверх, а вводятся вниз — (отсюда и выражение «бросаю защиту»). То и другое обычно делается посредством электромоторов, но, в крайнем случае, эти моторы можно просто отключить, и тогда стержни пойдут вниз под действием собственного веса. Но после прекращения ядерной реакции продолжается радиоактивный распад нестабильных изотопов, на который вообще никак нельзя повлиять. Так во время аварии на американской АЭС «Тримайл-Айленд» 28 марта 1979 года защита была успешно сброшена автоматикой, но из-за остаточной радиоактивности продолжало выделяться тепло в количестве примерно 4% от тепловой мощности реактора, что составляло 111 тыс. кВт (т. е. 111 тысяч электрических чайников). Это тепло нужно куда-то деть. Поэтому циркуляция воды в системе охлаждения реактора должна продолжаться длительное время и после остановки ядерной реакции.⁹

Для работы циркуляционных насосов (равно как и прочего необходимого оборудования) нужна электроэнергия. Постоянно прорабатывается такой сценарий аварии, при котором электростанция не только сама не вырабатывает энергии, но и оказывается полностью отрезанной от энергосистемы. На такой случай атомные электростанции снабжаются собственными дизельными электростанциями. Но на запуск дизелей требуется что-то порядка двух минут, а эти две минуты могут оказаться очень важными. Поэтому возникла идея использовать на это время энергию выбега турбины с ротором генератора (выбег означает вращение по инерции без расхода пара), что требует некоего специального режима возбуждения магнитного поля в генераторе. Этот вариант и хотели испытать в Чернобыле, потому что теоретический расчет во всех деталях невозможен (так ведь всегда бывает: теория — одно, а практика — другое).

Атомный энергоблок ЧАЭС состоит из реактора и двух турбогенераторов (это очень важно, что из двух, так как при необходимости остановить один из них тепло от реактора можно использовать во втором, плавно снизив мощность). Блок №4 (соответственно, турбоагрегаты №№7 и 8) предполагалось остановить на плановый ремонт. Во время остановки реактора удобно и правильно провести испытания с использованием энергии выбега турбогенератора. В частности, такой критически настроенный автор, как Г. У. Медведев, принципиально не имеет ничего против. Такие испытания проводились и ранее, но полного удовлетворения не дали. Руководство Чернобыльской АЭС решило на этот раз провести эксперимент хорошо. В частности (насколько можно судить по тексту Г. У. Медведева), задумывался не просто более «чистый» эксперимент, но и предполагалось повторное проведение эксперимента, если бы с самого начала что-то получилось не так, как задумано.

Поскольку подобный эксперимент производился с расчетом на его возможное повторение, то реактор вводился в такой режим, при котором неизбежно должны были автоматически сработать различные предусмотренные конструкцией реактора защиты, что не позволило бы осуществить программу эксперимента. Поэтому часть защит была сознательно отключена. Это касалось, в частности, той системы аварийного охлаждения реактора, которая временно стабилизировала ситуацию во время аварии на АЭС «Тримайл-Айленд». Любая автоматическая защита предназначена для того, чтобы годами ожидать аварийного сигнала и в нужный момент сработать. Крайне маловероятно, чтобы эта ситуация возникла в заранее заданный непродолжительный отрезок времени (в данном случае — в течение предполагаемого эксперимента). Принципиально говоря, на Чернобыльской АЭС планировалось то самое, что делает каждый хозяйственный русский мужичок, если он хочет воспользоваться электросваркой. Обычные аппараты электрической защиты немедленно отключатся, если на них повесить сварочный аппарат. Нужно либо загрубить защиту (наиболее ответственные люди так и делают), либо попросту повесить сварочный аппарат на провода воздушной линии, минуя электросчетчик и всякую защиту (обычная ситуация). Если даже загорится сварочный трансформатор (что маловероятно), то хозяин находится тут же при нем и всегда может оторвать или отрубить топором один провод (этого достаточно), а большой пожар в любом случае практически невозможен.

Конечно, ядерный реактор — не сварочный аппарат, но ситуация психологически аналогичная. Операторы считали, что во время испытаний они будут начеку и в любом случае могут сбросить аварийную защиту, на чем все и закончится. Так бы оно и случилось, и человечество ничего бы и не знало об эксперименте на Чернобыльской АЭС и вообще о Чернобыле, если бы не цепь совершенно невероятных случайностей.

Итак, в 23 часа 25 апреля 1986 года началось снижение мощности четвертого блока с целью вывода его в плановый ремонт и проведения эксперимента в этом процессе. Планировалось провести все днем 25 апреля. Но диспетчеру Киевэнерго не хватило мощности энергосистемы и в 14 часов он попросил поработать еще несколько часов. Система аварийного охлаждения была уже отключена, и впоследствии, когда на судебном процессе руководству станции будут неловко шить уголовное преступление, мотив грубейшего нарушения — эксплуатация реактора с отключенной аварийной системой — всплывет. Фактически эта система, разумеется, за эти несколько часов не потребовалась, а подготовка и проведение эксперимента была перенесена на ночное время. По мнению Г. У. Медведева, вполне могло ничего не случиться, если бы не перенос испытания.

Роковую роль сыграл тот сон наяву, в который человеку свойственно погружаться вообще и тем более ночью. Началось с того, что старший инженер управления реактором — молодой парень — не справился с управлением и уронил мощность: до 30 Мвт тепловых, т. е. до 1% номинальной тепловой мощности 3200 Мвт (эти 3200 Мвт тепловых дают 1 млн. кВт = 1000 Мвт электрической мощности: к.п.д. около 30%). По программе испытаний перейти в режим выбега ротора полагалось при мощности 700...1000 Мвт, т. е. эксперимент был безнадежно сорван. А для эксперимента собралось несколько десятков человек. Тут бы им набить по очереди физиономию оператору и разойтись спать. Но командовавший операцией зам. главного инженера станции рассудил иначе: он приказал поднимать мощность (тоже видно спал наяву). Оператор было отказался, но начальник обругал его «японским карасем», а он и без того чувствовал себя крайне виноватым. Подняли стержни защиты и к часу ночи 26 апреля повысили мощность до 200 Мвт тепловых. Осталось внутри активной зоны очень мало стержней (по одним сведениям шесть-восемь, по другим — восемнадцать, а толком никто не знает). Из-за этого и из-за процесса «отравления реактора», т. е. нежелательного накопления некоторых изотопов, в особенности нестабильного йода, реактором было крайне трудно управлять.

За два часа — с 23 часов до часа ночи — можно было бы и понять, что эксперимент безнадежно сорван (положенной по программе эксперимента мощности 700...1000 Мвт достичь так и не удалось). Тут бы и одуматься и прекратить эксперимент, да видно, Бог судил иначе.

Трудно поверить, но согласно тексту Г. У. Медведева, все-таки отключили в 1 час 23 минуты 04 секунды от системы электропитания циркуляционные насосы, переведя их на питание от выбега ротора ([44], стр. 26, стр. 34): «все восемь главных циркуляционных насосов работали от выбегающего турбогенератора». Расход воды через реактор стал падать; по этой и по другим причинам повысилась температура, вода вскипела, стало очевидно плохо. В 1 час 32 минуты 40 секунд начальник смены операторов сбросил аварийную защиту.

А с аварийной защитой дело, оказывается, обстоит не столь просто, как с топором, которым можно обрубить провод. Серьезный специалист Г. У. Медведев настойчиво проводит ту точку зрения, что конструкция стержней защиты реактора РМБК такова, что их концевые участки, входя в активную зону, в первый момент не гасят ядерную реакцию, а способствуют ее разгону. Иными словами, сброс защиты означает взрыв реактора, если он уже находился в неустойчивом состоянии, как это было в Чернобыле. В отличие от других высказываний Г. У. Медведева, это место дружно оспаривается многими другими специалистами. Мы не можем сказать, что есть истина: возможно, что 1) Г. У. Медведев не прав; 2) Г. У. Медведев прав, но ни один человек — в данном случае конструктор РБМК — не может сознаться перед самим собой, в том, что он допустил подобную страшную ошибку. Как бы то ни было, Г. У. Медведев полагает, что эта особенность конструкции РБМК не была понята ни руководством, ни операторами Чернобыльской АЭС. В этом случае первородный грех глупости непосредственно открывает врата ада.

Не пошли в активную зону управляющие стержни. Начальник смены рванулся к пульту оператора и обесточил приводы, чтобы стержни упали от собственной тяжести. Но они застряли на глубине два — два с половиной метра вместо положенных семи: видимо началось разрушение реактора и каналы деформировались. При перегреве реактора циркониевые оболочки тепловыделяющих элементов разлагают воду на водород и кислород — образуется гремучая смесь. На «Тримайл-Айленде» ждали взрыва с тротиловым эквивалентом три тонны. Сколько именно было взрывов в Чернобыле, где именно и какой мощности, неизвестно. Но разрушения были совершенно ужасными.

В обширных цехах электростанций при нормальной работе находится очень мало людей. Такая картина, как на Балаковской АЭС 27 июня 1985 года, когда вырвало предохранительный клапан и живьем сварились четырнадцать человек, произошла в период пусконаладочных работ.¹⁰ Поэтому непосредственно в момент взрыва погиб лишь один человек. В сравнении с взрывом атомной бомбы, чернобыльский ад разверзался постепенно.

Многие тонны раскаленного ядерного топлива и реакторного графита были разбросаны как в пределах разрушенного здания четвертого блока, так и вокруг него. Загорелась битумная крыша здания, возникли пожары и внизу в машинном зале, где было и машинное масло, и водород для охлаждения генераторов. Ценой собственной жизни погасили пожар на крыше пожарные и в машинном зале — персонал станции и тем спасли третий блок, расположенный в том же здании.

Родилась легенда о том, что реактор цел, а взрыв произошел в баке системы аварийного охлаждения реактора. Г. У. Медведев считает ее автором того же зам. главного инженера, который приказал поднимать мощность. Так это или не так, но многие поверили в эту легенду. Психологическую модель можно найти у того же В. Пелевина.¹¹ Души умерших проходят сорок дней воздушных мытарств. В первый день они стараются сделать вид, что ничего не произошло. «Любочка ... стала обеими руками оттирать след протектора с обвисшей на раздавленной груди белой кофточки... Шушпанов пытался заткнуть колпачком от авторучки пулевую дырку в виске, Каряев — вправить кости своего проломленного черепа, Шувалов зачесывал чуб на зубастый синий след молнии...»

Вот и в Чернобыле люди гибли ради того, чтобы подать охлаждающую воду в реактор, которого уже не существовало. Все коммуникации были оторваны взрывом, и вода затопляла кабельные полуэтажи, вызывая короткие замыкания и нарушая тем самым работу оставшихся энергоблоков. В плавящуюся активную зону не попадало ни единой капли этой воды. Легенду доложили в Москву, и из ЦК последовал приказ: «Организуйте аварийное охлаждение реактора». Гибельная и вредная деятельность вроде бы получила смысл.

Рассвело, и на дворе станции можно было видеть кучи реакторного графита, который ни с чем нельзя спутать, но своим глазам не верили. Колоссальную радиацию нечем было измерить: под руками были лишь приборы на 3,6 рентгена в час, которые зашкаливали. Был один прибор на 1000 рентген в час, но он сгорел в момент включения. Другой находился в каптерке, но ее завалило взрывом. Правда, у начальника гражданской обороны был прибор на 250 рентген, который во многих местах зашкаливал, но ему не верили. В результате население города Припять, где жили люди, работавшие на станции, с семьями, было эвакуировано на сутки позже, чем это было бы технически возможно.

⁹ На «Тримайл-Айленд» роковую роль сыграла неисправность предохранительного клапана. В момент аварии температура и давление в реакторе повысились настолько, что через предохранительный клапан пароводяная смесь была выброшена из реактора. Система аварийного охлаждения через две минуты добавила в реактор холодную воду, давление в реакторе нормализовалось, но... предохранительный клапан не сел на место. Удержать воду внутри реактора в жидком состоянии можно лишь при достаточно высоком давлении (в пределах нормы). Но из-за неисправного предохранительного клапана давление оставалось низким, вода кипела, а пароводяную смесь циркуляционные насосы качать не могли (см. Г. У.Медведев [44], стр. 8). Часть реактора осталась без охлаждения, намечалась авария масштаба чернобыльской, но Бог спас. Ни персонал станции, ни окрестное население сильно не пострадали, погиб лишь реактор. Скандал в Конгрессе США, однако, был великий. Конгрессмены считали, что они слишком поздно узнали об аварии, и это лишило их возможности в нужный момент опуститься на колени и молить Бога, чтобы пронесло. Президент Картер посетил электростанцию 1 апреля (уже появилась надежда на благополучный исход) и призвал население «спокойно и точно» выполнять правила эвакуации, если таковая потребуется. Считается, что за 31 марта и 1 апреля из 200 тысяч человек, проживающих в радиусе 35 километров от станции, 80 тысяч покинули свои дома (благо, как известно, все население Соединенных Штатов можно одновременно посадить в собственные автомобили). (Вернуться)

¹⁰ Медведев [44]: «Трупы из кольцевых помещений вокруг шахты реактора вытаскивали к аварийному шлюзу и складывали к ногам бледного как смерть некомпетентного главного инженера.» (Вернуться)

¹¹ Рассказ «Вести из Непала» [52]. (Вернуться)