Анатомия катастрофы

Чтобы понять, чего именно нам бояться на Фукусиме, стоит вернуться к школьному курсу физики. То, что происходит внутри атомного реактора в штатном режиме, — это распад уранового топлива. Ядро урана сталкивается с нейтроном, распадается, при этом появляются новые нейтроны. Этот процесс сопровождается выделением тепловой энергии. Дальше новорожденные нейтроны вновь сталкиваются с атомами урана. Идет цепная реакция. На атомных электростанциях урановое топливо загружают внутрь реактора в так называемых твэлах (тепловыделяющих элементах). Выделенное в ходе цепной реакции тепло отводят, пропуская между твэлами воду. При этом решается двуединая задача — реактору не дают перегреться, а высвобожденная при этом тепловая энергия превращается в электричество.

А что произошло на Фукусиме-1? «Землетрясение вызвало потерю внешнего энергоснабжения атомной станции, — рассказывает главный инженер проекта Балтийской АЭС (ОАО «СПбАЭП») Иван Грабельников, — при этом, как и предусмотрено, были запущены аварийные дизель-генераторы, но их работу нарушило нахлынувшее цунами». Когда станция оказалась обесточенной, в систему перестала поступать вода и, как следствие, прекратилось охлаждение реактора. Ядерную реакцию можно замедлить, но нельзя остановить. Поэтому без охлаждения начался постепенный разогрев реактора. Твэлы стали плавиться, а их оболочка — деформироваться. Оставшаяся в системе охлаждения реактора вода, контактируя с твэлами, превращается в пар, насыщенный радиоактивными веществами.

В такой ситуации персонал станции попытался сбить температуру, для чего было принято единственно правильное решение — охлаждать реактор морской водой. Хотя... «Закачка морской воды — это жест отчаяния», — считает главный инженер «Атомэнергопроекта» Сергей Светлов. Но возникла следующая проблема: чем больше в раскаленном реакторе появлялось воды, тем больше пара он генерировал. Специалисты из двух зол выбрали наименьшее — принялись стравливать пар в атмосферу. Все радиоактивные элементы, как уверяют специалисты, имеют короткий срок жизни. Будто бы уже через час после сброса уровень радиации падает в десять раз, большинство радионуклидов распадается в атмосфере.

Пострадавшие энергоблоки Фукусима‑1 были построены еще в 1970‑х годах. АЭС относится к первому поколению атомных станций и не имеет средств управления на случай так называемых запроектных аварий, которые происходят при стечении целого ряда неблагоприятных факторов. Известно, что на реакторах этого типа есть пять степеней защиты. Первая — непосредственно твэл, вторая — ТВС (тепловыделяющие сборки), своеобразный пучок из цилиндров-твэлов, покрытый стальным кожухом. Еще одна защита — непосредственно корпус реактора, представляющий собой стальной купол. А дальше идет контаймент — защитная оболочка реактора толщиной в данном случае 160 миллиметров. И пятая степень защиты — бетонная коробка здания реактора. По сути контаймент — последний надежный барьер, отделяющий радиоактивную среду от внешнего мира. Для сравнения можно представить работу бытовой пароварки. Если вовремя не сбрасывать скапливающийся в ней пар, то рано или поздно крышку сорвет. Так и в случае с АЭС. На Фукусиме сброс давления (а следовательно, и взрывоопасного пара) происходит посредством аварийной вентиляции. «Взрыв выделившегося при этом водорода означает, что средства его контроля и подавления либо отсутствовали, либо их было недостаточно», — считает Иван Грабельников.

В результате перегрева нарушилась целостность топливных сборок на трех реакторах из шести. На втором реакторе повреждена защитная оболочка. Нарушена система охлаждения четырех реакторов и повреждены их здания. И хотя до сих пор поступающей информации недостаточно, чтобы представить картину в деталях, известно, что на АЭС произошла серия взрывов на энергоблоках, причем часть из них в так называемых бассейнах выдержки. Дело в том, что отработанное топливо вынимают из реактора и погружают в бассейн выдержки для последующего охлаждения. Такие резервуары есть при каждом реакторе. Несмотря на то что в твэле, извлеченном из реактора, цепная реакция прекращается (то есть атомы урана перестают делиться), там идет деление дочерних продуктов, что тоже сопровождается мощным выделением тепла. После удара цунами система насосов была обесточена и вода перестала закачиваться в бассейны. Разогретые твэлы принялись превращать оставшуюся там воду в пар. Как только вода выкипела, урановые сборки начали плавиться, возникла пароциркониевая реакция и начал выделятся водород, скапливающийся под крышей энергоблока, что и привело к взрывам.

Чернобыль-2

Итак, факт налицо: на Фукусиме случилась атомная авария. Последует ли катастрофа? Этот вопрос, без преувеличения, беспокоит едва ли не весь мир. Атомщики уже присвоили аварии на японской АЭС пятый уровень из семи возможных по международной шкале INES. Для сравнения: лишь Чернобыль получил самый высокий балл. Но то ли еще будет. «Интенсивность тепловыделения имеет свойство уменьшаться. Если сегодня, например, реактор выделяет около 6 мегаватт тепла, то через десять дней это значение упадет до 4 мегаватт, еще через десять — до двух, и постепенно процесс затухнет естественным путем», — считает Булат Нигматулин, заместитель министра по атомной энергии с 1998 по 2002 год. Но есть и другие сценарии развития ситуации, среди которых присутствует вариант, близкий к чернобыльскому.

В первую очередь специалистов беспокоит такой вопрос: может ли возникнуть неуправляемая ядерная реакция? Ведь в Чернобыле-то имела место такая реакция, приведшая к тепловому (а по мнению некоторых, к ядерному) взрыву. Эксперты утверждают, что для повторения сюжета необходимо наличие определенных условий. Например, разрушение циркониевой оболочки твэлов. А оно уже произошло в результате их оплавления. Отсутствие оболочки вокруг уранового топлива само по себе некритично: нейтроны и без того свободно проходят сквозь нее, как бы не замечая ее существования. Но без циркониевой оболочки уран внутри реактора начал перемещаться сам по себе, и так называемые замедлители уже не способны регулировать реакцию штатным образом. Неуправляемое перемещение топлива крайне опасно. Маленький кусочек урана не может взорваться. Но существует критическая масса, при которой начинается неконтролируемая реакция. «При сплавлении ядерного топлива теоретически возможно, что в реакторе появится уран, масса которого превысит критическую, — считает физик-атомщик Герман Лукашин, много лет проработавший в НИИ технической физики в Снежинске, — в этом случае неминуемо произойдет ядерный взрыв».

Есть и другие опасности. Температура внутри неохлаждаемого реактора очень высокая. А это в результате может привести к расплавлению его оболочки. «В таком случае основная проблема заключается лишь в том, смогут ли ликвидаторы сдержать температуру, — делится своим мнением руководитель энергетической программы организации «Гринпис Россия» Владимир Чепуров. — Если она поднимется свыше тысячи градусов, то топливо превратится в лаву. Возникнет смесь из циркония, урана и плутония». А далее раскаленная масса разрежет корпус реактора как масло, выльется в грунт и застынет на глубине примерно двух метров. Эта «лужа» станет мощнейшим источником радиации, который можно будет успокоить, лишь возведя над ним саркофаг, аналогичный чернобыльскому. «Если японцам удастся остудить содержимое реактора, то по идее через какое-то время оно затвердеет, — считает Сергей Светлов, — тогда можно считать, что самое страшное позади. В противном случае последствия будут очень тяжелыми».

Куда ветер дует

В случае неуправляемой цепной реакции и последующего ядерного взрыва, при соответствующих метеоусловиях, большая часть территории вокруг Японских островов, в том числе и восточное побережье России, могут угодить в зону загрязнения. Пороговой величиной полученной человеком радиации, безопасной при добавлении ее к естественному фону, считается 1 миллизиверт в год. «Это предел техногенной зоны, после которого человек попадает в зону риска», — говорит Владимир Чепуров. Если доза радиации составляет от одного до ста миллизиверт, это допустимый порог аварийного облучения. Следующий этап — это 100 миллизиверт в год. После такой дозы риск заболеть увеличивается. Далее с ростом дозы облучения будут усиливаться негативные последствия для организма. 600 миллизиверт — это угроза развития онкологии. 5—6 тысяч миллизиверт смертельны. Для сравнения: в Чернобыле разрешенный порог составлял 250 миллизиверт. Чтобы получить чернобыльскую дозу, ликвидатор на японской АЭС должен проработать в районе второго реактора Фукусимы в момент максимального выброса на протяжении 35—40 минут.

Ученые из Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН уже посчитали, что уровень радиации в 20-километровой зоне при самом худшем раскладе составит примерно 20 миллизиверт, и на основании этого пришли к выводу, что до жителей России радиация не докатится. Но экологи все равно встревожены. «Высокий уровень радиации может распространиться в радиусе около 250 километров», — считает Чепуров. По его мнению, если авария продлится в течение месяца, то в таком случае в «грязную зону» попадет Токио и его пригороды. Под вопросом окажется здоровье миллионов людей. Однако, как считают опрошенные «Итогами» эксперты, жителям России ничего не угрожает. От места аварии до Владивостока — около тысячи километров, до Камчатки — примерно две тысячи, а до Курильских островов — почти 800 километров. Но не рано ли успокаиваться?

Не секрет, что ситуацию на японской АЭС усугубляют пожары. Горячий воздух по законам физики поднимается вверх, а вместе с ним и радиоактивные вещества. То же самое происходило в Чернобыле, когда горящий графит поднимал радиоактивные элементы на высоту около десяти километров и оттуда посредством мощных воздушных потоков экспортировал радиацию на всю Европу. Главный вопрос, который сейчас больше всего волнует экологов: на какую высоту поднялось радиоактивное облако над Фукусимой? «Чем выше поднимается столб дыма, тем на большую поверхность распространяется радиация, — говорит сопредседатель группы «Экозащита» Владимир Сливяк. — 16 марта уровень радиации в Токио, а это в 250 километрах от станции, превышал норму в 40 раз. Из этого мы можем сделать вывод, что зона заражения уже порядка 300 километров». В состав опасных облаков входят цезий, йод, ксенон. Большая часть радиации распадается в атмосфере в первые часы или сутки, однако остаются долгоживущие цезий-137 и цезий-134, период полураспада которых составляет 30 лет. Ветер пока выносит их в Тихий океан, но если он изменит направление, то пятно загрязнения расползется по обширным территориям суши. Дело в том, что в Тихом океане доминирует западный перенос — ветры, направленные от тропической области высокого давления (25—30 градусов северной широты) к области низкого давления умеренных широт (45—60 градусов северной широты). «Сейчас ветер дует с запада на восток, соответственно все вредные потоки идут в противоположную от наших берегов сторону, — поясняет ведущий научный сотрудник Института глобального климата и экологии Александр Минин. — Но если направление ветра изменится, то опасность нам может грозить и с воздуха. Загрязнение распространится фактически по всей поверхности Земли, особенно затронув наш Дальний Восток и Сибирь, а также западные области США и Канады. От опасных веществ может пострадать экосистема Тихого океана — а ведь рыба из Тихого океана идет на нерест в наши дальневосточные реки. Можно предположить, что как только в мире узнают об утечке радиации, покупать нашу рыбу никто не будет, но вылавливать ценные породы вряд ли перестанут. Скорее всего, она пойдет на внутренний рынок».

Тем не менее лоббисты ядерных программ продолжают убеждать нас, что у атома исключительно мирные намерения. Мол, аварии такого уровня происходят с периодичностью один раз в десять тысяч лет. Если верить расчетам, то в ближайшие 20 тысяч лет на планете больше атомные реакторы не закипят. Что ж, этого времени как раз хватит, чтобы произошел распад тех радионуклидов, которые загрязняют Землю уже сегодня.