Географические аспекты радиоактивного загрязнения Беларуси

     Глава 1. Авария на Чернобыльской атомной электростанции и                         факторы распределения зон  загрязнения на территории Беларуси 

      Человеческая  деятельность в области добывающей промышленности, осуществление крупномасштабных энергетических проектов, развитие транспортной сети, расширение промышленных и сельскохозяйственных комплексов, а также увеличение современных мегаполисов изменяют глобальное равновесие между биосферой и техносферой. Результат этих процессов — повышение уровня загрязнения обширных территорий вредными химикатами и радиоактивными отходами. В дополнение к росту загрязнений и постепенной деградации естественных экосистем и окружающей среды время от времени случаются крупные промышленные аварии, которые драматически изменяют экологическую ситуацию и приводят к большим экономическим потерям. По имеющимся оценкам, они составляют каждый год примерно 1,2—1,5% от мирового валового продукта.

      Чернобыльская катастрофа имеет особый статус. Во-первых, она сейчас признана величайшей технологической катастрофой нашей планеты. Во-вторых, миллионы людей в различных странах пострадали от ее воздействия. В-третьих, катастрофа создала новую долгосрочную радиоэкологическую ситуацию на территориях многих европейских стран. Сейчас можно говорить об обширных радиоэкологических провинциях, возникших в биосфере в результате человеческой деятельности (рис. 1.1). Катастрофа легла тяжелым грузом на национальные экономики пораженных стран. Например, по оценкам исследователей, экологические потери Беларуси в 1986—2015 гг. составят более чем 235 млрд. долларов США.

      Чернобыльская атомная электростанция (ЧАЭС) (51°23′14″ с. ш. 30°06′41″ в. д.) расположена на границе Украины и Беларуси (рис. 1.2). Она находится вблизи города Припять, в 18 километрах от города Чернобыль, в 16 километрах от границы с Белоруссией в 100 км на северо-запад от Киева и в 310 км на юго-восток от Минска, состояла из четырех реакторов типа РБМК-100 (реактор большой мощности канальный). Реакторы имеют графитовый замедлитель, системы   охлаждения     на                      и генирируют мощность 1000 МВт в одном     блоке.       Центральная      часть                  

Рис. 1.1. Расчетное пространственное        реактора состоит из графитовых блоков

распределение радиоактивности над            (25x25x60 см),    сложенных    вместе  и

Северным  полушарием на 10-й день           образующих цилиндр   диаметром   12 м

после Чернобыльской аварии                  и высотой 7 м. Имеется 1661 отдельных

вертикальных  каналов для топлива. Масса урана  в топливе составляет 114,7 кг.

      Ко времени аварии на ЧАЭС использовались четыре реактора РБМК-1000 с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность 3200 МВт) каждый. Ещё два аналогичных реактора строились. ЧАЭС производила примерно десятую долю электроэнергии Украины.

       Катастрофа  произошла в 1 ч 23 мин 26 апреля 1986 г., когда на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС произошел взрыв, который полностью разрушил реактор. В результате двух последовательных взрывов 1000-тонная плита перекрытия с реактора была сдвинута, пострадала крыша здания  4 - го

Рис. 1.2. Фотография Чернобыльской АЭС со       блока. Здание  энергоблока  час-

 станции «Мир», 27 апреля 1997        тично обрушилось, в различных помещениях и на крыше начался пожар. Впоследствии остатки активной зоны расплавились. Смесь из расплавленного металла, песка, бетона и частичек топлива растеклась по подреакторным помещениям. Приток воздуха в поврежденный реактор вызвал горение графита. Дымы и газы поднялись па высоту более 1 км. В атмосферу были выброшены благородные газы, продукты распада и большое количество уранового топлива, в том числе изотопы урана, плутония, иода-131 (период полураспада 8 дней), цезия-134 (период полураспада 2 года), цезия-137 (период полураспада 30 лет), стронция-90 (период полураспада 28 лет).

       Непосредственно во время взрыва на четвёртом энергоблоке погиб один человек (ещё один скончался в тот же день от ожогов), однако этим число жертв не ограничилось. Вскоре после аварии на ЧАЭС прибыли пожарные и начали тушение огня, в основном на крыше машинного зала между третьим и четвёртым блоком. Они не имели никаких индивидуальных средств защиты и не знали о радиационной опасности. Все они получили высокие дозы радиации и многие впоследствии умерли от лучевой болезни. В распоряжении персонала были только дозиметры с пределом измерения 1 миллирентген в секунду. Из двух имевшихся приборов на 1000 рентген в час один вышел из строя, а другой оказался недоступен из-за возникших завалов. Поэтому никто точно не знал реальных уровней радиации в помещениях блока и вокруг него. Неясным было и состояние реактора.

     С 26 апреля по 6 мая 1986 г., когда реактор  заглушили, 3—8% общего количества радиоактивных веществ в 1 млрд. Кu было выброшено и окружающую среду. Более тяжелые частицы выпали около станции, более легкие унесло радиоактивное облако. Вскоре они достигли  Западной Европы, Атлантики, Ближнего Востока и Японии.

     Существует  два различных подхода к объяснению причины чернобыльской аварии, которые  можно назвать официальными, а также несколько альтернативных версий разной степени достоверности.

     Первоначально вину за катастрофу возлагали исключительно, или почти исключительно, на персонал. Такую позицию заняли Государственная  комиссия, сформированная в СССР для  расследования причин катастрофы, суд, а также КГБ СССР, проводивший собственное расследование. МАГАТЭ в своём отчёте 1986 года также в целом поддержало эту точку зрения. Значительная часть публикаций в советских и российских СМИ, в том числе и недавних, основана именно на этой версии. Грубые нарушения правил эксплуатации АЭС, совершённые персоналом ЧАЭС, по этой версии, заключались в следующем:

• проведение эксперимента «любой ценой», несмотря на изменение состояния реактора;
• вывод из работы исправных технологических защит, которые просто остановили бы реактор ещё до того как он попал бы в опасный режим;
• замалчивание масштаба аварии в первые дни руководством ЧАЭС.

    Однако  в последующие годы объяснения причин аварии были пересмотрены, в том  числе и МАГАТЭ. Консультативный комитет по вопросам ядерной безопасности (INSAG) в 1993 году опубликовал новый отчёт, уделявший большее внимание серьёзным проблемам в конструкции реактора. В этом отчёте многие выводы, сделанные в 1986 году, были признаны неверными. В современном изложении, причины аварии следующие:

• реактор был неправильно спроектирован и опасен;
• персонал не был проинформирован об опасностях;
• персонал допустил ряд ошибок и неумышленно нарушил существующие инструкции, частично из-за отсутствия информации об опасностях реактора ;
• отключение защит либо не повлияло на развитие аварии либо не противоречило нормативным документам.

     Реактор РБМК-1000 обладал рядом конструктивных недостатков, которые, по мнению специалистов МАГАТЭ, стали главной причиной аварии. Считается также, что из-за неправильной подготовки к эксперименту по «выбегу» генератора и ошибок операторов, возникли условия, в которых эти недостатки проявились в максимальной степени. Отмечается, в частности, что программа не была должным образом согласована и в ней не отводилось достаточного внимания вопросам ядерной безопасности. Недостатки реактора заключаются в следующем:

• Во время работы реактора, через активную зону прокачивается вода, используемая в качестве теплоносителя. Внутри реактора она кипит, частично превращаясь в пар. Реактор имел положительный паровой коэффициент реактивности, т. е. чем больше пара, тем больше мощность, выделяющаяся за счёт ядерных реакций. На малой мощности, на которой работал энергоблок во время эксперимента, воздействие положительного парового коэффициента не компенсировалось другими явлениями, влияющими на реактивность, и реактор имел положительный мощностной коэффициент реактивности. Это значит, что существовала положительная обратная связь — рост мощности вызывал такие процессы в активной зоне, которые приводили к ещё большему росту мощности. Это делало реактор нестабильным и опасным. Кроме того, операторы не были проинформированы о том, что на низких мощностях может возникнуть положительная обратная связь.
• Ещё более опасной была ошибка в конструкции управляющих стержней. Для управления мощностью ядерной реакции в активную зону вводятся стержни, содержащие вещество, поглощающее нейтроны. В РБМК, однако, их нижняя часть была сделана из непоглощающего материала (алюминиевого цилиндра, заполненного графитом). Когда стержень двигался вниз, эта непоглощающая часть вытесняла воду, которая, пусть и в небольшой степени, поглощает нейтроны. Если стержень находился в верхнем положении, опускание стержня в первые секунды приводило к росту реактивности (так называемый «концевой эффект»). Перед аварией значительное количество управляющих стержней находилось в верхнем или близком к нему положении, из-за низкого запаса реактивности, поэтому, кнопка аварийного останова в первые секунды увеличивала мощность, вместо того чтобы немедленно остановить реактор.

     Эвакуация приблизительно 115 тыс. человек, живших в 30-километровой зоне, была завершена 6 мая 1986 г. Бетонный "саркофаг" для реактора четвертого блока был готов в ноябре 1986 года (рис. 1.4).

     После аварии на 4-м энергоблоке работа электростанции были приостановлена из-за опасной радиационной обстановки. Однако уже в октябре 1986 года, после обширных работ по дезактивации территории и постройки «саркофага», 1-й и 2-й энергоблоки были вновь введены в строй; в декабре 1987 года возобновлена работа 3-го.

     В течение лета 1986 г. поврежденный реактор был охлажден, по возможность выделения радионуклидов не была устранена, кроме того, руины реактора представляли большую  для окружающей среды.   Внутри   него  находилось1659 контейнеров с ядерным горючим (около 180 т радиоактивных материалов и продуктов деления вместе с остатками разрушенной конструкции реактора). Катастрофа произошла в конце рабочего цикла активной зоны четвертого реактора, и накопление в нем радиоактивных материалов в этот момент было максимальным.

      Для предотвращения дальнейшего выделения радионуклидов в окружающую среду было решено построить над развалинами реактора бетонное укрытие.

     Бетонная  и стальная структура саркофага была построена вокруг реактора (расстояние между опорами составляло 55 м). Остатки стен и верхней части здания были использованы в качестве основы для этой конструкции. Верхний слой почвы около реактора был удален, и эту площадку покрыли бетоном и асфальтом.

     Саркофаг  оборудован нейтронными датчиками для обнаружения в ядерном топливе цепной реакции, для этого в разрушенный реактор ввели  жидкий нейтронный поглотитель. Были установлены виброакустические датчики для Рис.1.4 Четвертый блок Чернобыльской электро-    контроля механической устойчи-

станции, находящийся под саркофагом              вости топливной массы и элементов саркофага. Ведется мониторинг динамики температуры и теплового потока в выбранных точках под реактором и в его верхней части. Уровень гамма-излучения регистрируется в различных частях разрушенного реактора. В ноябре 1986 г. строительные работы над руинами четвертого блока были завершены и выделение радионуклидов в окружающую среду прекратилось. Инженеры спроектировали саркофаг, предполагая, что это сооружение будет служить несколько десятилетий. Однако уже пять лет спустя стало ясно, что