Саркофаги на АЭС «Фукусима-1» не понадобятся

[strf]

Что будет, если… Давайте не будем гадать. Конструкция довольно надёжная - аварию в Японии комментирует Виктор Мурогов

Ситуация на АЭС «Фукусима-1» в Японии остаётся критической. В среду, 16 марта, Kyodo news сообщило о повреждении 70 процентов топливных элементов на реакторе 1-го энергоблока и 33-х процентов - на реакторе 2-го. Всё чаще и подробнее японские эксперты объясняют разницу между Чернобыльской и Фукусимской авариями. К чему может привести дальнейшее развитие событий, STRF.ru рассказал профессор МИФИ Виктор Мурогов.



Виктор Мурогов:  «Если бы японцы не боялись экономических потерь, они могли бы эти реакторы остановить и вывести из эксплуатации. Наверное, для компаний это было слишком дорого, и реакторы продолжали эксплуатировать»
Фото: AtomInfo.ru

Справка STRF.ru:
Мурогов Виктор Михайлович, профессор Национального исследовательского ядерного университета (НИЯУ-МИФИ), доктор технических наук, директор Международного центра ядерного образования (МИФИ-ИАТЭ). Директор ГНЦ ФЭИ (Обнинск) в 1992-1995 годы, заместитель генерального директора МАГАТЭ, директор Департамента ядерной энергии в 1996-2003 годы. Организатор и первый руководитель международного проекта по разработке инновационных АЭС и их ЯТЦ (ИНПРО) и программы по сохранению знаний МАГАТЭ

К чему приведёт расплавление активной зоны реактора? Произойдёт ли из-за этого проплавление корпуса?

- Давайте опираться на реальные факты: такого рода авария была в 1979 году в Три-Майл-Айленд, в Соединённых Штатах. Правда, она случилась на реакторе PWR (Водо-водяной ядерный реактор. - STRF.ru), он двухконтурный. Это принципиальное отличие от кипящего одноконтурного реактора на АЭС «Фукусима-1». Когда реактор обесточивается, прекращается его принудительное охлаждение. Когда в одноконтурном реакторе повреждён трубопровод, он теряет воду и обнажается активная зона с топливными элементами (это стержни с урановым топливом, называемые твэлами. - STRF.ru). В топливных элементах есть остаточное тепловыделение, хотя реактор уже не работает, он заглушён. Остаточное тепловыделение сначала держится на уровне около 7 процентов и постепенно спадает. Сейчас там (в реакторах «Фукусима-1» № 1-3. - STRF.ru), наверное, 3 процента. Исходная мощность реактора - меньше 500 МВт. Получается где-то 15-20 МВт - это довольно много. В результате из-за того что нет воды, топливные элементы начинают разогреваться. Постепенно их оголённые части могут оплавляться. Поэтому японцы и говорят, что треть зоны расплавилась - верхушка расплавляется. То же было в Три-Майл-Айленд. Расплавление приводит к выходу газообразных продуктов деления из топливных элементов.

Схема развития аварии на энергоблоке № 1 АЭС «Фукусима-1» («Фукусима Дайичи»). Устройство реактора типа PWR. Источник: AtomInfo.ru

В Три-Майл-Айленд корпус реактора был герметичный, неповреждённый, поэтому топливо, расплавившись, осталось в реакторе, а летучие продукты деления - под контайнментом. Наружу вышло только 2 процента инертных газов, и практически никто не пострадал. Активная зона была частично разрушена. Потом её восстанавливали, несмотря на большую стоимость этих работ.

К сожалению, реактор в Японии одноконтурный кипящий, а не двухконтурный, как большинство реакторов. Примерно 60 процентов всех реакторов в мире - реакторы под давлением, наподобие нашего ВВЭР, в них эта реакция не приводит к катастрофическим последствиям. А вот 20 процентов, то есть каждый пятый, - это реакторы кипящего типа, как на «Фукусиме-1». Они экономичнее, дешевле, проще. Там контур охлаждения один. Однако если происходит разрыв этого контура, в атмосферу сразу выбрасываются продукты деления.

Почему они сразу в атмосферу выходят, не задерживаясь нигде?

- Если вы на раскалённую сковородку капнете воду, как сейчас японцы забрасывают воду в реактор, то произойдёт паровой взрыв в миниатюре. То есть под контайнментом находится паровая смесь, и, чтобы его не разорвало, рабочие стравливают пар. Частично вместе с ним выходит и водород. Он, смешиваясь с воздухом, образует гремучую смесь, которая легко взрывается.

Частично вместе с паром выходят продукты деления.

Вы спросили насчёт проплавления корпуса. У реактора на Три-Майл-Айленд, где происходила аналогичная авария, корпус был примерно вдвое толще, и он остался цел. А в Японии всё будет зависеть от того, насколько расплавится активная зона: полностью она превратится в расплав, который сконцентрируется внизу корпуса, или персоналу удастся хотя бы частично наладить расхолаживание?



Карта Японии: АЭС «Фукусима-1» и районы, пострадавшие от землетрясения и цунами 11 марта 2011 года

Справка STRF.ru:
В пятницу, 11 марта 2011 года, в Японии произошло землетрясение магнитудой 9. Его эпицентр находился в океане у восточного побережья острова Хонсю, в районе префектуры Мияги. Землетрясение стало самым сильным за всю историю Японии и вошло в пятёрку самых сильных в мире. Подземные толчки и последовавшее цунами повредили системы охлаждения и насосные станции АЭС «Фукусима-1». В субботу, 12 марта, в 15:36 на АЭС «Фукусима-1» произошёл взрыв на 3-м энергоблоке, затем последовал взрыв на 1-м энергоблоке. Ещё два взрыва и пожары произошли на АЭС «Фукусима-1» 15 марта на 2-м и 4-м энергоблоках в 6:10 и 10:22 утра по местному времени

Какова температура плавления твэлов?

- Выше 700 градусов их оболочки уже расплавляются. Обычно сталь плавится где-то в районе 1000 градусов.

Оболочки твэлов стальные?

- Обычно в водо-водяных реакторах в качестве оболочек твэлов используется сталь или циркониевые сплавы. В результате взаимодействия циркония с водой - он выступает как катализатор - происходит гидролиз воды и выход водорода. Для этого нужна высокая температура.

Гремучая смесь взорвалась от искры? Почему взрыв произошёл?

- Наверное, там достаточные температуры. Пар горячий, взорваться может и от высокой температуры.

А нельзя было пар выпустить на улицу сразу, чтобы он не взрывался?

- Тогда полностью выйдет радиоактивность. Ведь в парах находятся радиоактивные изотопы. Японские специалисты пытались найти компромиссное решение: с одной стороны, сбросить давление, с другой - не выпустить всю радиоактивность.

Странно. У них вышли из строя запасные дизели, почему-то нет запасных батарей, и дизель не подвезли. Экстренно закачивают морскую воду в реактор - это тоже очень плохой вариант. Морская соль разъедает оболочку твэлов, они коррозируют - не сразу, но постепенно разрушаются. А раз оболочка разрушается, перекрываются проходные сечения между топливными элементами. Проходное сечение очень маленькое - не больше 5 миллиметров в диаметре. В результате происходит закупорка. Затрудняется охлаждение. А это, в свою очередь, способствует расплавлению.

Могу сказать, что этот реактор один из первых в Японии, самый старый. Ему уже более 40 лет.

Кто его проектировал?

- Лицензия на первые реакторы, вообще говоря, пришла из США от General Electrics. Потом японцы их модернизировали и стали сами строить. Думаю, что эти первые реакторы были построены по американской лицензии.

Как идёт расплавление топлива?

- Сверху, до уровня воды. Стержни плавятся, превращаясь в мягкую массу. Достигая уровня воды, масса охлаждается и застывает. Для того чтобы весь расплав топлива сконцентрировался на дне корпуса реактора, надо, чтобы он полностью был обезвожен. Чем плохо разрушение? С точки зрения экономики плохо, ведь реактор - вещь дорогая. Другой момент: разрушенный пол означает выделение газообразных продуктов деления. Это, конечно, не такая катастрофа, которая была в Чернобыле. Тогда случился мгновенный взрыв. Вышли не просто газообразные продукты деления - в виде раскалённого облака были выброшены частицы топлива. В Японии сейчас этого нет.

Возможен ли взрыв внутри корпуса реактора на «Фукусиме»? Взрыв такой силы, чтобы активная зона прямо на улицу вылетела?

- Я думаю, нет. Там используется топливо низкого обогащения, поэтому ни о каком ядерном взрыве речи быть не может, в принципе. Мощность его уже не может вырасти, она только падает. Здесь не прошло мгновенной реакции, которая случилась в Чернобыльском 4-м энергоблоке. В Чернобыле реакция в реакторе была мгновенной, с увеличением мощности в 50-100 раз. Это был разгон реактора.

В Японии же реактор заглушён. В нём сейчас есть только остаточное тепловыделение. Ядерная реакция там не идёт.

Нейтронов там в миллионы раз меньше, чем при реакции. Там идут просто радиоактивные распады. Однако мощность где-то порядка 20 мегаватт может расплавить топливо.

Из какого материала сделан корпус реактора? На какую температуру рассчитан? Что, если в нём совсем не будет воды и расплав повредит корпус и уйдёт вниз?

- Это худший вариант. Надо думать, вода там есть, и японские специалисты понимают, что его надо ею заливать. Корпус рассчитан на давление где-то 70 атмосфер. На плавление активной зоны корпус вряд ли рассчитывали в то время, но это мощный металл, очень прочный корпус. Не просто «оболочечка», а корпус толщиной порядка 20 сантиметров.

А что произойдёт, если воды не будет и реактор не смогут охлаждать?

- Раз пар есть, значит, там вода. Давайте не будем гадать: «Что будет, если…». Конструкция нормальная, достаточно надёжная. Персонал всё-таки дисциплинированный, знает своё дело. В любом случае японцы будут стараться заливать его водой. Можно разные варианты охлаждения придумать - пока решили использовать морскую воду.



Разрушенное после взрыва здание реактора на АЭС «Фукусима-1»

Допустим, в одном из блоков будет очень высокое радиационное излучение - как тогда заливать?

- Всё зависит от уровня разрушения активной зоны: чем больше разрушение, тем больше активность. Как заливать? Это на месте надо решать. Смотреть, какие трубопроводы повреждены, какие есть возможности закачки воды.

Выходит, какие-то варианты всегда можно придумать даже при очень высокой радиоактивности?

- Конечно. Если рассуждать о последствиях, то в данном случае вся беда в том, что была переоценена безопасность таких кипящих одноконтурных реакторов. Именно подобные реакторы крайне опасно устанавливать в нестабильных сейсмических зонах. В новых реакторах первый контур охлаждения находится внутри контайнмента, на мощной бетонной плите. Первый контур практически всегда остаётся герметичным. Невозможно придумать ситуацию, чтобы первый контур разрушился от землетрясения. По герметичному контуру всегда циркулирует вода.

А японский реактор - старого типа: 1971 год - это дочернобыльский вариант. В нём радикально не изменили инженерную безопасность. В этом старом реакторе нет того, что сейчас предусмотрено в новых: воздушного охлаждения, циркуляции воздуха, огромных труб, наружных теплообменников (за счёт циркуляции воздуха корпус всегда охлаждается), резервных ёмкостей с водой и всего остального…

Возможен ли неуправляемый разгон цепной реакции в этом реакторе?

- Это невозможно в принципе. Там слишком маленькое обогащение топлива - 2-3 процента. Это глубоко подкритический режим (когда масса радиоактивного материала меньше критической массы, при которой идёт активное выделение энергии. - STRF.ru), когда реактор остановлен. А он у них остановлен.

Там уран?

- Уран, обогащённый на 3 процента. Для того чтобы пошла критическая реакция, нужно как минимум больше 20 процентов, то есть в 10 раз больше. Там этого нет в принципе.

Сколько времени надо охлаждать три реактора на «Фукусиме», где осталось топливо? Какие последствия могут быть?

- Если там есть вода и охлаждение, то проблемы никакой нет. Тепловыделение реактора спадает по экспоненте. Через месяц оно будет незначительным. Единственная опасность: выход газообразных радиоактивных продуктов, которые составляют не больше маленькой доли от всех продуктов. Это не катастрофа, а техническая проблема. В чём отличие современных реакторов (поколения 3+), проектируемых и оборудованных по требованиям МАГАТЭ? При любой аварии, которая на них бы ни происходила, не должна требоваться эвакуация населения. А эти реакторы - дочернобыльского типа. Если бы японцы не боялись экономических потерь, они могли бы эти реакторы остановить и вывести из эксплуатации. Наверное, для компаний это было слишком дорого, и реакторы продолжали эксплуатировать. Почему не построили запасные охлаждающие ёмкости и теплообменники - это другой вопрос.

Нужно ли будет строить саркофаги над этими реакторами?

- Нет. Там есть контайнменты, они не разрушены.

В реакторы в течение нескольких месяцев надо будет заливать воду?

- Нет, залить - и он станет сам охлаждаться. При определённом уровне тепловыделения вода будет просто нагреваться. Но уже не будет испарения огромных масс и необходимости их выброса в атмосферу. Важно наладить циркуляцию: вода снимает тепловыделение, отходит и нагревается на 100-200 градусов, охлаждается и снова заходит в реактор. И никаких проблем нет.

А потом, когда реактор охладится, топливо перегрузят в хранилище?

- Да. Это непростая операция, потому что топливо там уже негерметично. Надо будет найти специальное хранилище. В стационарном хранилище содержится нормальное, неразрушенное топливо. А это нужно будет на переработку отправлять - в Японии есть, кстати, заводы по переработке топлива. Но прежде всего надо вывести реакторы из аварийного состояния.

Пичугина Татьяна для STRF.ru