Чтобы понять причины аварии на «Фукусиме-1», нужно представить себе устройство реактора. Атомный реактор (в упрощенном виде) состоит из следующих основных элементов. Это активная зона, в которой находятся состоящие из урана или плутония тепловыделяющие элементы: здесь происходит собственно атомная реакция — деление тяжелых ядер, сопровождающееся выделением тепла. Следующим важным элементом являются замедлители, уменьшающие энергию свободных нейтронов и позволяющие управлять скоростью атомной реакции. В АЭС разной конструкции для этого могут использоваться вода, тяжелая вода, графит и бериллий. Активную зону окружает отражатель, предотвращающий утечку нейтронов за пределы зоны. Другими элементами являются система охлаждения реактора, системы управления и силовая установка, преобразующая тепловую энергию реактора в электричество.
Основными опасностями при эксплуатации реактора является его перегрев, который может привести к плавлению ядерного топлива и тепловому взрыву, или физическое разрушение теплообменных контуров, в которых содержится огромное количество радиоактивной воды. В обоих случаях реактор срабатывает как «грязная бомба»: основной ущерб наносится не взрывом, а вследствие выброса радиоактивного материала. Это самые неблагоприятные сценарии развития аварийной ситуации в реакторных зонах современных АЭС.
По текущей версии именно неполадки в системе охлаждения стали причиной аварийной ситуации на «Фукусиме-1».
Пока полной информации об аварии нет, но относительно достоверно известно следующее. В момент землетрясения все три действующих реактора на «Фукусиме-1» были одновременно заглушены. Примерно через час после первых подземных толчков аварийные дизельные генераторы, питающие систему охлаждения реактора, по неустановленной пока причине вышли из строя, и система перешла на питание от аварийных аккумуляторов, емкости которых было достаточно на 8 часов работы. Из-за сложной физики процессов, происходящих в активной зоне, реактор продолжает производить тепло продолжительное время после «заглушки» и нуждается в активном охлаждении. Из-за выхода из строя генераторов и ограниченной емкости аварийных аккумуляторов в какой-то момент (в какой – еще предстоит установить точно) охлаждение оказалось недостаточным, реактор стал перегреваться, что привело к повреждению тепловыделяющих элементов (твэлов) и частичному расплавлению уранового топлива. Российские эксперты также подтверждают, что твэлы в японском реакторе были, по всей видимости, повреждены. «Однако сам факт повреждения твэлов еще не означает, что японцам приходиться иметь дело с катастрофой масштаба Чернобыля», — считает доктор физико-математических наук Аркадий Киселев, заведующий отделом радиационных аварий Института проблем безопасного развития атомной энергетики (ИБРАЭ).
«Реактор не разрушен, и массового выброса топлива и продуктов распада во внешнюю среду не произошло».
После этого произошел взрыв. По последним данным, состояние аварийного реактора на АЭС «Фукусима-1» остается стабильным: взрыв на АЭС не привел к разрушению активной зоны реактора и его защитных оболочек, что могло привести к выбросу ядерного топлива и продуктов его распада из активной зоны.
Чем в таком случае объясняется взрыв на «Фукусиме-1»?
Возможно, что при стравливании лишнего давления (уровень которого превысил коэффициент запаса прочности корпуса в 2,1 раза) из реактора вырвался водород, образовавшийся при контакте перегретого пара с металлическими частями конструкции реактора. Но это только предположение. В любом случае взрыв произошел не внутри самого реактора, что привело бы к его разрушению, а снаружи.
В настоящий момент сотрудники АЭС охлаждают активную зону, закачивая в реактор морскую воду. «Сейчас это главная задача – охладить реактор, и японцы, похоже, решают ее успешно», — считает Киселев.
«Активная зона реактора, скорей всего, сильно повреждена. Заливать морской водой его придется еще дней десять». В реакторах такой конфигурации плавление топлива может привести к тяжелому повреждению активной зоны, и дальнейшая его эксплуатация практически невозможна. То есть реактор попросту выбрасывают»,
- оценивает дальнейшую судьбу японского реактора заведующий лабораторией моделирования аварийных процессов при тяжелых авариях ИБРЭА Валерий Стрижов.
Авария на атомной электростанции «Фукусима» стала первой катастрофой на атомном объекте, обусловленной воздействием, хотя и косвенным, природной стихии. До сих пор крупнейшие аварии имели «внутренний» характер: их причиной являлось сочетание неудачных элементов конструкции и человеческого фактора.
Такими причинами был вызван взрыв на Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года. 25 апреля 4-й энергоблок был остановлен для планового ремонта, на время которого было запланировано несколько испытаний оборудования. В соответствии с программой мощность реактора была понижена, и тут начались проблемы, связанные с явлением «ксенонового отравления» (накоплением изотопа ксенона в реакторе, работающем на пониженной мощности, еще больше тормозящим работу реактора). Для компенсации отравления были подняты поглощающие стержни, начался рост мощности. Что произошло дальше, в точности не ясно. В докладе Международной консультативной группы по ядерной безопасности отмечено: «Достоверно не известно, с чего начался скачок мощности, приведший к разрушению реактора Чернобыльской АЭС». Этот внезапный скачок попытались заглушить, опустив поглощающие стержни, однако из-за их неудачной конструкции замедлить реакцию не удалось, и произошел взрыв.
Авария на станции «Три Майл Айленд» (Three Mile Island) в США 28 марта 1979 года произошла по еще более прозаическим причинам. Отказ насосов системы охлаждения реактора включил аварийную систему подачи воды, однако та не сработала, поскольку задвижки на ее насосах оказались закрыты: их позабыли открыть после планового ремонта, проводившегося несколькими днями ранее. Сама по себе эта проблема не могла стать фатальной, но наложились неисправность одного из предохранительных клапанов и ошибка персонала, неправильно интерпретировавшего получаемые данные. В результате реактор частично расплавился, было выброшено некоторое количество радиоактивной воды. Загрязнение оказалось несущественным, эвакуацию населения решили не проводить, хотя губернатор Пенсильвании посоветовал покинуть зону в пять миль от станции беременным женщинам и детям дошкольного возраста. Полностью причины аварии станции «Три Майл Айленд» также не объяснены, но некоторое сходство с событиями на «Фукусиме-1» наблюдается: и там и здесь причиной перегрева реактора стали неполадки в системе охлаждения. Только если у американцев эти неполадки были следствием халатности и конструктивных недоработок, у японцев они были спровоцированы форс-мажором.
Однако вопрос, почему так быстро были выведены из строя все аварийные генераторы энергии на «Фукусиме-1», остается в силе. Японцев, похоже, больше подвели именно эти дизели, а не старенький и все-таки, как показали события, надежный реактор.
В самой Японии это также не первый случай аварии на АЭС. В 1981 году 300 работников станции «Цуруга» получили серьезную дозу радиации в результате неисправности системы. В 1997 году произошел взрыв на станции в Токай, в 2004 на станции «Михама-3» в результате взрывного выброса пара погибли 5 сотрудников. Учитывая, что в настоящее время в Японии действуют 54 атомных реактора на 19 АЭС, авария на «Фукусиме-1», очевидно, станет поводом для обсуждения системных проблем безопасности этого вида энергетики в стране.
Инциденты различной степени опасности на АЭС не редкость. Международное агентство по ядерной энергетике насчитывает их 29 – от небольших аномалий до катастроф уровня Чернобыля. С другой стороны, до сих пор лишь Чернобыль, «Три Майл Айленд», а теперь «Фукусима» остаются самыми известными за пятьдесят лет эксплуатации ядерной энергии в 32 странах. Вне поля зрения общественности остались серьезная авария в Челябинской области на ядерном комбинате «Маяк» 29 сентября 1957 года, случившаяся в том же году авария на реакторе в британском городе Виндскейл и многие другие. Вопрос о безопасности ядерной энергии остается одним из самых острых вопросов современности (особенно с учетом возможности энергетического кризиса) и предельно политизирован. Например, до сих пор не существует единого мнения о количестве жертв Чернобыльской аварии с учетом не только пострадавших сотрудников станции, местных жителей и ликвидаторов, но и долговременных последствий радиации и наследственных заболеваний: разброс в оценках ущерба колеблется от десятков человек до десятков тысяч.
Защитники ядерной энергетики настаивают, что ущерб от этих инцидентов все равно меньше, чем от трагедий на шахтах и других объектах традиционной энергетики, последствия для экологии меньше (учитывая разливы нефти и загрязнение атмосферы), а выбора у человечества все равно нет: «зеленая энергетика» не сможет удовлетворить потребности мировых экономик.