Развитие представлений о причинах и процессах аварии
Эволюция представлений о причинах и основных процессах аварии. Согласно первой официальной версии [45], здание блока было разрушено взрывом водорода. Однако для наработки соответствующего количества водорода, например, за счет радиолиза необходимо затратить энергию почти на порядок больше, чем впоследствии может выделиться при взрыве этого водорода, т.е. до взрыва водорода должно быть почти мгновенное десятикратное энерговыделение для его образования. (При этом в КМПЦ нет свободного объема для накопления такого количества водорода). Если же не будет мгновенного энерговыделения для мгновенного образования водорода, то опорожнение КМПЦ при его разгерметизации исключает саму возможность наработки водорода (нет теплоносителя - нет исходного сырья для наработки водорода - нет водорода).
Следующим официальным вариантом версии причины, приведшей к взрыву, разрушению реакторной установки с выносом за пределы блока в атмосферу от одного до трех процентов радиоактивности, накопившейся в тепловыделяющих элементах реактора, было предложено считать "значительное и быстрое парообразование"; взрыв был назван паровым [46]. По третьей официальной версии 1986 г. [47], произошел быстрый разогрев активной зоны и тепловой взрыв. Это важное развитие характеристики взрыва, поскольку тепловой взрыв является обобщающим понятием класса явлений, когда оказывается невозможным тепловое равновесие между реагирующим веществом и окружающей средой безотносительно источника энерговыделения [48], которым может быть химическая реакция (например, взрывчатое вещество) или ядерная реакция (в этом случае взрыв по природе энерговыделения будет ядерным). В "Информации" [9] было конкретизировано, что к разрушению реактора привело резкое возрастание мощности, т.е. рост энерговыделения был связан с ядерной реакцией деления, тем не менее, было решено считать, что в результате пароциркониевой и других химических экзотермических реакций "образовалась содержащая водород и оксид углерода смесь газов, способная к тепловому взрыву при смешении с кислородом воздуха" после разгерметизации реакторного пространства [9]. Однако еще до первого официального сообщения версии причин аварии [45], как видно из акта от 05.05.86, Комиссия по расследованию причин аварии на энергоблоке № 4 ЧАЭС пришла к выводу, что "авария... произошла в результате неконтролируемого разгона реактора", т.е. была мощностной - что в обтекаемой форме было сообщено МАГАТЭ [9] через четыре месяца после заключения комиссии экспертов.
Априорное моделирование аварийных процессов в условиях отсутствия достоверных исходных данных в 1986 г., возможно, было единственным методом, способным хотя бы временно удовлетворить потребность в оценке происшедших и вызывающих опасения грядущих событий. Однако уверенность в том, что гипотетические представления не могут заменить знание фактического послеаварийного состояния энергоблока, РУ, ядерного топлива, предопределили необходимость и направленность экспериментальных исследований, в спектре которых за прошедшие годы не убавилось ни одной линии, т.е. все вопросы 1986 г. остаются незакрытыми, а первоначальные модели, по-прежнему, требуют либо веры, либо доказательности, без чего вместо научно обоснованных заключений остаются мнения.
В результате многократного повторения априорных представлений 1986 года о начале и развитии аварии, у авторов многих публикаций (например, [9, 20, 49-52]) сложилось устойчивое мнение, что разрушение реактора вызвали два тепловых взрыва, которые последовали за катастрофически быстрым увеличением мощности реактора. Эти два тепловых взрыва послужили причиной начального выброса радиоактивности в атмосферу [49].
Было ли, на самом деле, два взрыва? Каким образом это было определено?
В действительности ведь никаких приборов «взрывометров» на АЭС нет. Число "два" назвали некоторые сотрудники станции, которые находились на блоке в ночную смену. Как же был установлен факт взрыва? По сотрясению помещений, в которых они находились, гулу, грохоту. Чем могли быть вызваны эти сотрясения? Если падает с двадцатиметровой высоты стотонная железобетонная стеновая плита, - будет ли сотрясение от падения ощущаться в здании? Несомненно. И таких плит упало множество [5]. Упал мостовой кран в ЦЗ. Пятисоттонная РЗМ поднялась не менее, чем на 15 м, при падении проломила железобетонное верхнее перекрытие пультовой РЗМ [5] - это также должно было несомненно вызвать сотрясение здания. Падение почти трехтысячетонной металлоконструкции схемы Е [5] тем более должно было вызвать сотрясение здания. Таким образом, событий, вызвавших сотрясения здания, было множество. И в зависимости от удаленности и взаимного расположения события (падения чего-либо, взрыва и т.п.) и помещения, в котором находились люди, наблюдатели выделяли одно, два, три, много событий, которые они интерпретировали как взрывы - именно такие количественные оценки работавших в ночь аварии на 4-м блоке зафиксированы в их свидетельствах, а не безоговорочные два. И, конечно, никаким голосованием нельзя сделать выбор из этих сообщений, что было в точности два взрыва.
Однако были и некоторые приборные измерения. На расстоянии 100¸150 км от ЧАЭС расположены три сейсмостанции, сейсмографы двух из которых зарегистрировали сейсмособытие в районе ЧАЭС, близко совпадающее по времени с аварией на АЭС [54]. Анализ сейсмограмм геофизиками не выявил двух раздельных событий, в "Заключении экспертов" Российской АН и Национальной АН Украины они выделяют одно событие на фоне вибраций в течение нескольких секунд. Представляется, что это можно считать экспериментальным основанием отказаться от устойчивого мнения о двух взрывах в пользу одного взрыва на фоне менее значительных толчков, очевидных обоснований происхождения которых более, чем достаточно.
Где же произошел взрыв, где находилась область центра очага взрыва?Казалось естественным предположение, что взрыв произошел в шахте реактора. Известны публикации (например, [55]), в которых утверждалось, что шахта реактора полностью разрушена. Однако это оказалось поспешной ошибочной оценкой: скрупулезные исследования шахты реактора, подреакторных помещений, центрального зала позволили установить, что шахта реактора как раз цела и для предположений о происшедших в ней каких-то серьезных взрывах нет наблюдательных данных - в ней были сделаны фото- и видеосъемки (и через исследовательские скважины, и плечевой камерой - люди многократно бывали в бывшем реакторном пространстве после аварии), и теперь всем доступен визуальный анализ послеаварийного реакторного пространства, степени сохранности металлоконструкций РУ, не несущих на себе взрывных разрушений. Зато ретроспективный анализ деформаций строительных конструкций позволили установить пространственное положение центра взрыва: на высоте ~20¸30 м над полом ЦЗ, северо-восточнее оси реактора [6].
Хронологически, согласно первой информации об аварии, подготовленной для МАГАТЭ [9], началу роста мощности предшествовало нажатие кнопки аварийной защиты АЗ-5, что послужило поводом многолетних исследований в научных центрах разных стран эффекта вытеснителей стержней СУЗ [8, 56]. Однако в анализе, выполненном специалистами ГПАН СССР [57, 62], было отмечено, что причина, по которой была нажата кнопка АЗ-5, "достоверно не установлена", и "установление этой причины поможет идентифицировать версию развития аварии".
Собранные свидетельства очевидцев развития аварии на 4-м блоке ЧАЭС воссоздают несколько отличную от “канонизированной” последовательность событий на энергоблоке во время аварии: через несколько секунд после того, как начались испытания, послышался гул низкой частоты, объемный, похожий на раскат грома, началась сильная вибрация здания, зашатались колонны в помещении, послышались мощные удары сверху, с потолка посыпалась штукатурка, крошка, плитка, в районе
7-го турбогенератора по ряду Б рухнули железобетонные плиты кровли в машинном зале, не дойдя до 8-й машины, после чего погас свет в машзале, на БЩУ, во всем энергоблоке; через несколько секунд зажегся аварийный свет; пересиливая шум, окриками, операторы пытались выяснить, что произошло? - находившимся в это время между столом НСБ и панелями систем безопасности ответственным за проведение испытаний была дана команда на аварийную остановку реактора [17].
Что же было причиной гула, грохота, почему рухнула кровля машзала и затем погас свет? Из выделенной сотрудниками смены хронологической последовательности основных событий понятно, что этой причиной не могло быть нажатие кнопки АЗ-5, поскольку, соответствующая команда была дана позже, когда уже был снесен шатер ЦЗ, и можно было нажимать любые кнопки – реактор уже перестал существовать.
Анализ функционирования ЭЭС энергоблока в режиме выбега ТГ-8. Анализ функционирования электроэнергетической системы АЭС в режиме выбега турбогенератора 4-го блока ЧАЭС 26.04.86 установил, что существенную роль в развитии аварии играли действия режимной автоматики и защиты электроэнергетической системы (ЭЭС) блока, которые не допускают функционирования ЭЭС собственных нужд реактора при нерегламентных снижениях частоты вращения и напряжения турбогенератора. Снижение частоты вращения выбегающего ТГ-8 приводило к плавному, но значительному снижению производительности подключенных к нему ГЦН. В результате срабатывания первой ступени защиты по минимальному напряжению (имевшей настройку по напряжению 0,75 Uн и задержку по времени 0,5¸1,5 с) были отключены в течение 0,7 с четыре из восьми ГЦН (1.23’39,9" - ГЦН14; 1.23’40" - ГЦН24; 1.23’40,5" - ГЦН13; 1.23’40,6" - ГЦН23), уже имевших перед отключением снижение исходной производительности более 20%. Более интенсивным было снижение подачи питательной воды “выбегающих” ПЭН при уменьшении частоты в сети. С учетом снижения оператором подачи питательной воды до начала эксперимента (см. Рис. 13.5) режим выбега ТГ (и некоторое время до его начала) протекал при практически полном отсутствии подачи питательной воды в реактор в условиях практически полного извлечения стержней-поглотителей из активной зоны [56]: в ~ 0.33’ , по разным оценкам, ОЗР составлял 1,9¸8 стержней РР. Рост плотности нейтронного потока, обеспечивший подъем мощности реактора, должен был вести к резкому уменьшению ксенонового отравления реактора и еще большему увеличению плотности нейтронного потока и соответствующему росту энерговыделения. Если бы в это время по каким-то причинам расход теплоносителя уменьшился, то точка вскипания должна была бы опуститься из верней части активной зоны вниз, где и должен был бы начаться аварийный перегрев из-за положительного пустотного эффекта при почти полном отсутствии штатных поглотителей в активной зоне. Анализ показал, что причины уменьшения расхода, были заложены в программе испытаний, точнее, в электротехнической схеме этих испытаний и внутренней защите электродвигателей ГЦН от нерегламентных режимов работы.
Уменьшение расхода, как возможную техническую причину начала перегрева ТВС, ТК, предполагали и зарубежные [58, 59], и отечественные эксперты: «авария ... произошла в результате неконтролируемого разгона реактора вследствие запаривания ТК активной зоны из-за срыва циркуляции в контуре МПЦ», но анализ работы режимной автоматики показал аргументированную последовательность электротехнических событий, которые должны были неизбежно привести сначала к резкому уменьшению, а затем и прекращению расхода теплоносителя и соответствующим последствиям.
Результаты исследований и анализа некоторых аварийных процессов. Рассматривались два возможных механизма разрушения труб топливных каналов: 1) под действием ударной волны, которая может возникнуть внутри ТК в случае парового взрыва, - результата взаимодействия диспергированного или расплавленного топлива с водой в ТК; 2) вследствие интенсивного разогрева стенок труб до температур ~ 600 0С и выше, когда механические свойства материала уже не обеспечивают целостности труб при номинальном давлении в ТК; быстрый разогрев в этом случае обеспечивается непосредственно контактом горячего диспергированного или расплавленного топлива со стенкой трубы и собственным энерговыделением трубы в резко возрастающем нейтронном потоке при разгоне реактора.
Диспергирование топлива реактора ЧАЭС-4 соответствовало очень высоким энерговыделениям, ~ 8 МДж/кг и более [60, 61]. При таких энерговыделениях в топливе несущественное в условиях нормальной эксплуатации энерговыделение в материале труб ТК становится настолько большим, что может обеспечить разогрев трубы ТК со скоростью несколько сотен градусов в секунду. Этот же эффект - рост энерговыделения в воде - обеспечивает дополнительное увеличение паросодержания в ТК.
Паровая фаза в ТК создает эффективный демпфер для ударных волн, поэтому разрушение труб ТК по первому механизму представляется маловероятным. Разогрев стенок труб ТК при разгоне реактора представляется неизбежным, причем прочностные свойства из-за разогрева деградируют на коротком временном интервале (1¸2 с).
Из зафиксированных результатов последствий аварии и из зарегистрированных данных (до момента прекращения регистрации) очевидно, что развитие процесса разрушения происходило неравномерно по объему активной зоны [25], и поэтому условное разделение аварии на две фазы: а) рост нейтронной и тепловой мощности до разрушения активной зоны и реактора, и б) разрушение активной зоны, прекращение цепной реакции - является серьезным упрощением.
Расчеты изменения реактивности при разрушении ТВС с выходом газообразных продуктов деления (ГПД) и первоначальной локализацией разрушенного топлива (за исключением ГПД) в объеме ТК в пределах активной зоны показали [69], что в диапазоне температуры ядерного топлива от 1000К до 3500К эффект обезвоживания топливных каналов в однородной решетке полностью сохраняет свой характер. Абсолютная величина эффекта полного обезвоживания (при изменении плотности теплоносителя от 0,78 до 0,01 г/см3) составляет около 1,8 % (Dk/k). Потеря ГПД под оболочкой вызывает увеличение реактивности примерно на 0,4 % или 0,8 bэф. Эта величина близка к первоначальному вводу реактивности, обусловленному положительным выбегом при срабатывании аварийной защиты. Эффект полной потери ГПД составляет ~ 7 bэф и превышает эффект полного обезвоживания активной зоны. Максимальная величина выделяемой при этом реактивности была оценена из условий полного разрушения ТВС во всей активной зоне и составила около 4 % (~ 7 bэф). Т.е. несмотря на разрушение твэлов разгон и разогрев системы могут продолжаться. По оценкам [62] в течении 0,2 с средняя температура топлива могла оказаться равной 4825К, а максимальная 6764К. При этом давление пара диоксида урана в твэлах наибольшей мощности должно было превысить 50 МПа. Как известно [63], графитовые блоки разрушаются под действием номинального внутреннего давления в трубе ТК, равного 7 МПа, при этом происходит образование трещин и хрупкое разрушение на крупные фрагменты. Однако, как показал анализ материалов фото-видеосъемки 26-28 апреля 1986 г., в результате аварии поверхности строительных конструкций, технологическое оборудование многих помещений энергоблока были покрыты графитовой пылью. Это означало, что либо давление разрушения должно было быть много больше 7 МПа и приложено практически мгновенно почти ко всему объему графитовой кладки, либо распыление графита (абляция, сублимация) должны происходить из-за высокого теплового потока (при температуре топлива 4825¸6764К это могло быть реальным). Так как продуктами горения углерода являются газы СО и СО2, понятно, что графитовая пыль не могла быть продуктом горения, но тем не менее оказалась выброшенной наружу. Показательно, что в помещениях водяных коммуникаций ни на стенах, ни в теплоизоляции, вырванной из-под разорванной стальной облицовки, графитовой пыли в явном виде, как на верхних отметках, не наблюдалось.
Анализ возможности горения неразрушенной графитовой кладки реактора РБМК позволил установить [69], что наиболее благоприятные условия возгорания графитовой кладки в тяжелых авариях при массовой разгерметизации ТК и реакторного пространства (РП) могут быть созданы при наличии достаточного количества окислителя (кислорода воздуха или водяного пара) и высокой температуры графита (800¸1000 оС). Однако паровое окисление может продлиться несколько секунд, и основным должно быть окисление атмосферным воздухом при естественной циркуляции. При этом горение должно происходить на боковых поверхностях графитовых блоков, в щелях между блоками. Консервативные оценки убыли графита за счет горения в щелях дали значение 195 кг на весь реактор за 5 часов. Выделяемое при горении небольшое количество тепла уносится газовой смесью и не участвует в разогреве графитовой кладки, который происходит за счет остаточного тепловыделения топлива. Остаточное тепловыделение в топливе (если топливо сохранилось) рассматривалось как запальный и поддерживающий фактор для процесса горения графитовой кладки.
Экспериментальные исследования показали: для воспламенения и поддержания горения реакторного графита должны быть созданы определенные условия, отвечающие двум основным требованиям: поддержание температуры поверхности реакции не ниже 1000 0С при одновременном обеспечении подачи окислителя (кислорода воздуха). Реально такие условия выполняются в печи, где реализуется подача окислителя и обеспечивается тепловая изоляция, препятствующая излишнему стоку тепла в окружающее пространство. Наличие таких условий не обнаружилось при обследовании реакторной шахты, как не было обнаружено и следов горения графита в этой шахте.
Хронология развития предаварийных и аварийных событий. Последовательность предаварийных и аварийных событий может быть условно разбита на пять этапов, имеющих специфические особенности.
1. Подготовительный этап, связанный со штатным снижением мощности реактора с номинального уровня до 700¸1000 МВт (тепл.), согласно программе испытаний, начался 25.04.86 в 01.06’ и был прерван на уровне 50% номинала по требованию диспетчера Киевэнерго в 14.00’, продолжен в 23.10’.
2. Этап, связанный со стабилизацией мощности реактора для выполнения программы испытаний с выбегом ТГ-8, длился с 00.05’ 26.04.86 до 01.03’. В этот период СИУР не смог удержать реактор, находившийся в состоянии сильного ксенонового отравления, на мощности согласно программе испытаний, произошло самоглушение реактора. Последующий (через 4 мин) подъем мощности был недопустим из-за отравления реактора. В нарушение программы испытаний вместо снижения мощности реактора с 3200 МВт (тепл.) до установленного программой диапазона проведения испытаний 700-1000 МВт (тепл.) – после фиксации уровня мощности 720-760 МВт было начато ее снижение, а после самозаглушения реактора мощность была с большим трудом поднята с нуля до ~ 200 МВт, для чего потребовалось извлечь из активной зоны практически все стержни СУЗ.
3. Подготовка систем и технологического оборудования РУ к проведению испытаний выбега ТГ-8 с 01.03’ до 01.23’04’’.
4. Испытания выбега ТГ-8 (начало в 01.23’04’’), перешедшие в разгон реактора на мгновенных нейтронах, - до начала разрушения активной зоны (до 01.23’45’’-01.23’47’’ или ранее) – первая фаза аварийного процесса.
5. Активный аварийный процесс разрушения РУ (примерно с 01.23’45’’-01.23’47’’ или ранее, до ~ 01.24’).
При этом для адекватного понимания развития аварии были выделены, как наиболее важные, следующие факты [8]:
1. Нейтронно-физическое состояние активной зоны (физически не обоснованный, программой не предусмотренный подъем мощности после того, как реактор из-за глубокого отравления самозаглушился, т.е. прекратилась цепная реакция деления).
2. Глубокое снижение ОЗР (из-за высокого темпа снижения мощности, когда СИУР не смог удержать ее на уровне согласно программе). Величина ОЗР, рассчитанная после аварии по данным программы ПРИЗМА, при использовании стандартной кривой высотного энергораспределения составила 1,9 стержня РР или 6-8 стержней РР – при использовании фактической кривой энергораспределения на момент аварии. Согласно регламентным требованиям, ОЗР должен быть не менее 15 стержней, при котором реактор должен быть немедленно заглушен.
3. Снижение недогрева до кипения теплоносителя на входе в ГЦН и активную зону из-за почти полного прекращения расхода питательной воды при большом общем расходе теплоносителя через КМПЦ.
4. Суммарный сигнал мощности по БИК в процессе испытаний до момента регистрации сигнала АЗ-5 в 01.23’39’’ заметно не изменялся. Информация о сформировании сигналов АЗМ и АЗС по всем камерам БИК была выдана программой ДРЕГ к 01.23’43’’, когда сигнал БИК увеличился в 2,5 раза от исходного (рост мощности с 5¸6 % до 13¸15 %), [15].
5. Время от закрытия СРК до отключения электропитания ГЦН, подключенных к выбегающему ТГ-8, составляло 35,9¸36,6 с. Т.е. экспериментально была подтверждена возможность использования энергии механического выбега ТГ для электропитания потребителей СН в течении максимум 35,9 с с момента обесточивания энергоблока.
Наложение зафиксированной персоналом смены энергоблока последовательности событий на хронологию данных систем регистрации в сочетании с представлением о физических процессах в активной зоне позволяет составить следующую последовательность событий с момента начала испытаний:
-1.23’04» – начало испытаний, начало падения частоты и напряжения питания электродвигателей ГЦН и ПЭН, запитанных от выбегающего ТГ;
-1.23’16» – срабатывание защиты генератора по частоте с задержкой не более 30 с – никаких сигналов на БЩУ при таком срабатывании не было предусмотрено Программой испытаний – СИУР об этом событии ничего не знал;
-~1.23’38,4» – 1.23’39,4» –начало срабатывания защит электродвигателей ГЦН по напряжению с задержкой 0.5-1.5 с;
-1.23’39,9» – 1.23’40,6» (+1”):
· отключение четырех ГЦН и ПЭН, запитанных от выбегающего ТГ-8, срабатывание защиты по напряжению;
· закрываются обратные клапаны на напоре этих ГЦН, происходит кавитационный срыв подачи остальных ГЦН по перегрузке, возникают гидроудары, вибрация оборудования и строительных конструкций (ощущавшиеся персоналом и зарегистрированные сейсмостанциями явления, возможно, начались даже раньше – перед остановом ГЦН, когда вблизи 600 об/мин оборотная частота становится равной собственной, “балочной” частоте ГЦН как вертикальной балки с защемленной опорой);
· слышен гул низкой частоты, грохот, ощущаются удары выше отметки + 10 м: именно в нижней части активной зоны отсутствовали стержни-поглотители, здесь имел место наибольший рост плотности нейтронного потока, быстрее всего происходило разотравление (выгорание Xe-135) и росло энерговыделение, а при резком падении расхода или поступлении в ТК неравновесного пара еще до падения расхода происходил еще больший рост энерговыделения (положительный пустотный эффект);
· перегрев топлива, оболочек твэлов и труб ТК, разрушение труб ТК и выход теплоносителя в кладку;
· тепловое разрушение (расплавление, прожигание) юго-восточного квадранта нижней плиты (сх. ОР), потеря устойчивости опоры реактора (сх. С), обрыв всех труб ТК;
· возникновение нескомпенсированного действия сил давления и реакции струй – сил, превосходящих силу тяжести активной зоны с верхней плитой (сх. Е), обрыв трубопроводов ПВК и трубопроводов контура СУЗ, рушится кровля ЦЗ;
· полное прекращение поступления теплоносителя в ТК противотоком из БС и в каналы СУЗ из напорного бака, как следствие – рост реактивности за счет положительного пустотного эффекта, дожигания накопленных в активной зоне “ядов” и соответственно рост энерговыделения в топливе и конструкционных материалах активной зоны, который завершается разрушением активной зоны, поднявшейся под крышу шатра ЦЗ;
· рушится кровля машзала, многотонные фрагменты железобетонных строительных конструкций падают в ЦЗ, в шахту реактора, смятая обечайка (сх. КЖ) падает в середину ЦЗ, скафандр РЗМ проламывает потолочное перекрытие пультовой, верхняя плита (сх. Е) падает, почти полностью перекрывая шахту реактора;
-1.23’46» – (не позже) отключение от системы электроснабжения выбегающего ТГ защитой по частоте;
-~1.23’49» – исчезновение электропитания СН от сетевого трансформатора Т6;
-~1.23’51» – включение аварийного питания, электрического освещения, дается команда на аварийное расхолаживание реактора, нажимается кнопка АЗ-5.
Такая последовательность событий может быть подвергнута более скрупулезному хронологическому анализу: несмотря на то, что по данным ВНИИЭМ, например, максимальное расхождение времени СЦК СКАЛА и Единого координатного времени составляет до +/- 2 с, есть временной репер, который позволяет выстроить показания различных систем регистрации в конкретный зафиксированный всеми приборами момент времени – момент отключения собственных нужд блока. Однако в любом случае более важным должно быть объяснение зафиксированных сигналов АЗ-5.
Первый сигнал – в 01.23'39» (по телетайпу) или 01.23'40» (по ДРЕГ). Появление сигнала сопровождалось всеми необходимыми при АЗ-5 действиями автоматики энергоблока, хотя причина его появления нигде не была зарегистрирована. Приблизительно в течение 1 с сигнал исчез и повторно был зарегистрирован в интервале от 01.23'41» до 01.23'43» уже с указанием причин: АЗМ и АЗСР, т.е. начался разгон реактора.
С учетом того, что вскоре после начала испытаний послышался гул и ощущалась вибрация здания, а автоматика аварийной защиты выполнена на электромеханических реле (герконы), то возможным объяснением появления первого сигнала АЗ-5 могло быть действие мощных вибраций, вызвавших мгновенное механическое замыкание и размыкание контактов в логической части АЗ, что было интерпретировано как формирование сигнала АЗ-5 со всеми последующими действиями, но без регистрации причины. Тем не менее, к этому времени создались условия для начала роста мощности, что и было зафиксировано регистрацией причин появления второго сигнала АЗ-5: АЗМ, АЗСР.
Сопоставление данных различных систем регистрации с другой информацией, полученной из эксплуатационных источников, позволяет сформировать хронологию технологических процессов на энергоблоке № 4 в период 25-26.04.86 (Таблица 13.2).
Таблица 13.2 Хронология технологического процесса на энергоблоке № 4 ЧАЭС 25-26.04.86
| Дата | Время | Событие |
| 25.04.86 | 01.00¢ | Блок на мощности N(т) = 3100МВт, N(э) = 930 МВт. |
| 01.06¢ | Начало разгрузки энергоблока; оперативный запас реактивности (ОЗР) равен 31 стержню ручного регулирования (РР). | |
| 03.45¢ | Начата замена состава газовой продувки графитовой кладки реактора с азотно-гелиевой смеси на азот. | |
| 03.47¢ | Тепловая мощность реактора 1600 МВт. |
Продолжение Табл. 13.2
| Дата | Время | Событие |
| 07.10¢ | ОЗР равен 13,2 стержня РР | |
| 13.05¢ | Отключен от сети ТГ-7; N(т) = 1600 МВт, N(э)тг-8 = 450 МВт. | |
| 14.00¢ | САОР отключена от контура циркуляции. | |
| 15.20¢ | ОЗР равен 16,8 стержня РР. | |
| 18.50¢ | Питание оборудования собственных нужд, не участвующего в испытаниях, переведено на рабочий трансформатор Т-6. | |
| 23.10¢ | Продолжена разгрузка энергоблока, ОЗР равен 26 стержням РР. | |
| 26.04.86 | 00.05¢ | Тепловая мощность реактора 720 МВт. |
| 00.28¢ | При тепловой мощности реактора около 520 МВт оператор отключил локальный регулятор мощности (ЛАР). Автоматические регуляторы мощности основного диапазона (1АР, 2АР, АР-1, АР-2) задействовать не удалось из-за выхода на верхний концевик и невключения из-за недопустимого разбаланса токов БИК и ЗМ. Снижение СИУРом уставки АР кнопкой “быстрое снижение мощности” не предотвратило уменьшения нейтронной мощности практически до нуля. Подъем мощности начат через 4-5 мин. | |
| 00.34¢03" (*) | Тепловая мощность реактора восстановлена до 160 МВт. | |
| с 00.41¢ до 01. 16¢ | Отключение от сети ТГ-8 для снятия вибрационных характеристик на холостом ходу. | |
| 00.43¢37" | Выведена из работы аварийная защита по отключению обоих ТГ. | |
| с 00.43¢37" до 01.18¢52" | Отмечены отклонения уровня в БС за пределы срабатывания аварийной защиты "-600 мм" (аварийная уставка понижения уровня была установлена на уровне "-1100 мм"). В 01.06¢ повышен расход питательной воды до 1200¸1400 т/ч для восстановления уровня в БС. | |
| 01. 03¢ | Тепловая мощность реактора поднята до 200 МВт, электрическая нагрузка ТГ-8 – 40 МВт | |
| 01. 03¢ | Включен в работу ГЦН 12. | |
| 01. 07¢ | Включен в работу ГЦН 22 | |
| 01. 09 ¢ | Снижен расход питательной воды до 90 т/ч по правой и до 180 т/ч по левой стороне при общем расходе по контуру 56000¸58000 м3/ч. В результате температура на всасе ГЦН составила 280,8 оС – левая (северная) сторона и 283,2 оС - правая (южная) сторона. | |
| 01.18¢52" | Сигнал МПА (по ДРЕГ). Причина не установлена. | |
| 01.22¢30" | Произведена запись параметров СЦК СКАЛА на магнитную ленту. |
Окончание Табл. 13.2
| Дата | Время | Событие |
| 01.23¢04" | По команде ключом ЗУ закрыт СРК турбины № 8. Начался её выбег. Нажата кнопка МПА. По программе испытаний кнопка МПА и ввод в действие ключа ЗУ должны производиться одновременно. Нажатие кнопки МПА системами регистрации не зафиксировано | |
| 01.23 ¢39" (по телетайпу) | Зарегистрирован сигнал АЗ-5, стержни АЗ и РР начали движение в активную зону. Сигнал исчез в течение ~ 1 с. | |
| 01.23 ¢40" (по ДРЕГ) | Исполнение команды (движение стержней вниз) приостановлено. | |
| 01.23 ¢41" (по телетайпу) | Вторично зарегистрирован сигнал аварийной защиты. На этот раз – по началу разгона. | |
| 26.04.86 | 01.23 ¢43" (по ДРЕГ) | По всем боковым ионизационным камерам (БИК) появились аварийные сигналы по периоду разгона (АЗС) и по превышению мощности (АЗМ). ДРЕГ считывала информацию в интервале от 40-й до конца 43-ей сек. |
| с 01.23 ¢45" до 01.23 ¢47" (по ДРЕГ) | Регистрация снижения расходов ГЦН в левой половине с 28000 до 18000 м3/ч, запитанных от шин надежного питания, и недостоверные показания расходов ГЦН, подключенных к шинам выбегающего ТГ-8. Увеличение давления в БС с 65,5 до 72,7 кгс/см2 в левой половине и до 80,4 кгс/м3 в правой половине. Подъем уровня воды в БС. | |
| 01.23 ¢48" (по ДРЕГ) | Восстановление расходов ГЦН в левой половине до 29000 м3/ч. Дальнейший рост давления в БС (левая половина – 75, 2 кг/см2, правая – 88,2 кг/см2) и уровня в БС. Срабатывание быстродействующих редукционных устройств сброса пара в конденсатор турбины. | |
| 01.23 ¢49" | Сигнал аварийной защиты "повышение давления в реакторном пространстве". Уставка срабатывания 0,15 кгс/см2. Обесточивание СЦК СКАЛА, приборов БЩУ-4, относящихся к потребителям электропитания первой категории |
(*) - неопределенность в регистрации момента времени различными системами может быть до 5 с.
Восстановление последовательности событий. Несмотря на то, что исследования аварийного энергоблока исчерпывающими считать нельзя, тот набор фактических данных о последствиях аварии, который удалось собрать, позволяет, - с некоторыми предположениями, данными регистрации параметров до момента ее прекращения, результатами математического моделирования первой фазы аварии, - сформировать описание последовательности событий разрушения реактора.
Зарегистрированные данные показаний ВРД в предаварийный период выявили существенную неравномерность в распределении мощности по половинам реактора.
В юго-восточном квадранте, где располагался максимум энерговыделения, в нижней части активной зоны происходит первое разрушение группы каналов, которое приводит к резкому росту давления в РП (Рис. 13.26а) и деформации кладки. В результате нагружения обечайки (схема КЖ) контактным усилием от кладки и давлением парогазовой смеси происходит разрушение обечайки (Рис. 13.26). Возросшим давлением в пространстве между обечайкой (КЖ) и баком биологической защиты (схема Л) разрушаются нижний и верхний компенсаторы у нижней и верхней плит. К объему РП подключаются объемы СЛА (через подреакторное помещение и обратные клапаны), объемы сепараторных боксов и ЦЗ. Это снижает темп роста давления в РП.
Рис.13.26 (ц) Последовательность событий при разрушении реактора
Процесс разрушения ТК охватывает весь юго-восточный квадрант активной зоны. Разрушающееся (диспергированное, испаряющееся) топливо подхватывается потоком теплоносителя (противотоком) из БС. Теперь каждый разрушенный в нижней части ТК работает как неоптимальный реактивный двигатель с твердой активной зоной гетерогенного типа цилиндрической формы с осевым течением потока рабочего тела (воды) [64] (или как плазмотрон) с температурой струи (плазмы) в несколько тысяч градусов [65]. Начинается разрушение нижней части конструкции. Происходит абляция графита, попавшего в поток высокотемпературного газа (плазмы), плавление и диспергирование расплава металла и засыпки нижней плиты (из минерального щебня и гали). Расплавы металла и засыпки, перемешиваясь, выбрасываются потоком в подреакторное и смежные с ним помещения, через клапаны в полу подреакторного помещения (Рис. 13.26 в) расплав выбрасывается в ПРК (скорость течения расплава с учетом закона сохранения энергии оценена как 5¸6 м/с). Высокотемпературными струями потока повреждаются нижняя часть стенки бака биологической защиты и южная опора (марка С-4). Расплавление более чем 1/4 нижней плиты (схемы ОР) сопровождается повреждением и потерей устойчивости опоры реактора (схемы С). Потеря устойчивости опоры, и движение вниз нижней плиты вызвало разрушение (отрыв) остальных ТК. После разрыва ТК давление над схемой ОР резко возросло, что, с одной стороны, ускорило ее опускание, с другой, привело к выбрасыванию из реакторной шахты всей активной зоны вместе с верхней плитой (схемой Е) и обечайкой (схемой КЖ), которая оторвалась от нижней плиты по нижнему гофру (Рис. 13.27). В то время как активная зона вместе с верхней плитой уходит вверх (Рис. 13.26 г), скачок давления, возникший при отрыве оставшихся ТК, усиленный перегревом в активной зоне рабочего тела (по крайней мере, в ее юго-восточном квадранте), обрушился на подреакторное помещение и смежные с ним. Сотрясение здания воспринимается на БЩУ-О, находящемся на расстоянии ~25 м от помещения ВК, как взрыв (первый). Деформированы стены подреакторного помещения (южная стена проломлена), 2000-тонная ОР падает на бетонное перекрытие, но более 1600 “калачей” ВК демпфируют удар; ударная волна сотрясает железобетонную коробку южного ППБ, вызывая в нем деформацию продольных стальных балок, (Рис. 13.24).
Рис. 13.27 Северо-восточная часть пом. 305/2. Опустившаяся на ~4 м нижняя плита (м/к сх. ОР).
