Аварийная остановка
В 04:00 28 марта 1979 года в центре управления второго энергоблока АЭС Три-Майл-Айленд, расположенной в штате Пенсильвания, раздался сигнал тревоги. Три оператора дежурной смены осмотрели пульт, который мигал, как новогодняя елка, и увидели: циркуляция воды и пара во втором контуре реактора остановлена.
Реактор LLP производства компании Babcock & Wilcox относился к водо-водяному типу, самому распространенному в мире. Упрощенно его схему работы можно представить следующим образом. Урановые тепловыделяющие сборки находятся в активной зоне («котле»), заполненной водой под большим давлением, из-за чего она не закипает при температуре 300℃ и больше. Насосы направляют воду в трубки, идущие внутри соседнего «котла» — парогенератора. Проходя по трубкам, перегретая вода из активной зоны передает тепло воде второго контура.
От этого она закипает, пар раскручивает турбины электрогенератора и вновь превращается в воду, после чего ее фильтруют и вновь подают в парогенератор. Именно этот процесс внезапно прервался на Три-Майл-Айленд.
Поскольку вода второго контура перестала забирать тепло у первого, реактор начал перегреваться. Спустя пять секунд сработала аварийная система защиты и ввела в активную зону управляющие стержни, которые должны прекратить ядерную реакцию. Интересно, что в похожей ситуации произошел взрыв на Чернобыльской АЭС. Реактор РБМК-1000 не соответствовал нормам безопасности и имел опасные конструктивные особенности, его управляющие стержни в некоторых случаях добавляли, а не уменьшали реактивность. Иными словами, иногда аварийный тормоз там превращался в газ.
То была проблема, уникальная именно для РБМК, и потому никакого взрыва на Три-Майл-Айленд не произошло. Тепловыделение реактора резко упало, и персоналу предстояла рутинная операция по его полному охлаждению после неприятного, но не опасного инцидента.
Пузо закрывало пульт
Как потом показало расследование, остановка циркуляции второго контура произошла из-за неудачного техобслуживания. Вечером 27 марта техники проводили продувку одного из фильтров второго контура, чтобы очистить его от налипшей смолы. Воздух не помогал, и поэтому инженеры решили заполнить систему водой и протолкнуть ее с помощью воздуха. Это удалось, но из-за несработавшего обратного клапана вода попала в пневматическую систему. Та же самая пневматическая система использовалась для управления клапанами второго контура реактора, и попадание влаги нарушило ее работу, приведя к остановке циркуляции в контуре.
Но это рабочий инцидент: конструкция станции предусматривала подобные отказы. Сразу после перекрытия основных труб второго контура включились резервные, со своими независимыми насосами, — они должны были поддерживать циркуляцию и не дать реактору перегреться. Однако в момент аварии оба клапана резервных труб второго контура были закрыты, а на пульте горели соответствующие индикаторы.
Операторы могли бы их открыть, но не видели горящих лампочек. Одну из них закрывала оставшаяся после техобслуживания бирка, а вторую, вероятно, — толстый живот сидящего за пультом.
Именно это, по мнению Комиссии по ядерному регулированию (NRC), стало ключевой причиной аварии. Работа реактора с перекрытыми резервными клапанами была строго запрещена правилами, но операторы их проигнорировали. В результате первый контур стал перегреваться, правда, и это не должно было привести к катастрофе.
Активная зона плавится
Реактор заглушила аварийная система, но она не способна полностью прекратить тепловыделение, снижая его на 94%. Именно из-за оставшихся 6% жизненно важно продолжать охлаждать активную зону. Охлаждение шло в нормальном режиме, но из-за остановки второго контура в первом росло давление воды, которое стравливали через специальный клапан на компенсаторе давления. Он открылся, но из-за технических проблем так и не закрылся, поэтому активная зона начала терять теплоноситель.
С этого момента ошибки и проблемы пошли сплошным потоком.
Во-первых, на пульте не было индикатора реального состояния клапана сброса теплоносителя. Сигнал «закрыт» означал лишь, что привод больше не держит его открытым. Комиссия посчитает отсутствие корректной индикации второй причиной аварии. Кроме того, операторы безразлично отнеслись к падению давления теплоносителя, что привело к его закипанию. Циркуляционные насосы не могли качать водо-паровую смесь, а потому отключились. С этого момента реактор попросту кипятил теплоноситель и сбрасывал пар через клапан. Выкипающая вода постепенно обнажала тепловыделяющие элементы, и они раскалялись все больше.
Новой смене операторов стоило активировать аварийную систему охлаждения активной зоны, то есть попросту заливать ее резервной водой. Однако у реактора не было приборов, которые позволяют измерить реальный уровень воды в активной зоне. Операторы думали, что она заполнена водой, и по-всякому пытались возобновить штатную циркуляцию.
В 07:47 примерно половина ураносодержащих тепловыделяющих элементов достигла температуры 2500°C, расплавилась и стекла вниз. Расплавление активной зоны — один из самых опасных типов аварий, поскольку в расплавленном топливе продолжается реакция, и оно может прожечь дно.
К счастью, расплавление вызвало автоматическое включение аварийной системы охлаждения, — той самой, которую операторы должны были включить два часа назад. Подачу воды было решено не отключать до момента, пока инженеры не поймут состояние реактора. В итоге в течение дня охлаждение активной зоны удалось наладить, а расплавление прекратить.
Гремучая смесь
К 30 марта операторы станции обнаружили новую проблему. Оказалось, что содержащийся в топливных сборках цирконий вступил в реакцию с водяным паром, что привело к образованию в реакторе большого водородного пузыря. Другие химические реакции могли привести к образованию кислорода, что в итоге порождало бы взрывоопасную смесь.
Этот взрыв смог бы разрушить не только корпус реактора, но и защитную герметичную оболочку, так что многие тонны радиоактивных материалов попали бы в окружающую среду. В этом случае последствия аварии были бы катастрофическими и напоминали то, что случилось спустя несколько лет на Чернобыльской АЭС.
Узнав об этом, губернатор Дик Торнберг объявил эвакуацию в 20-мильной зоне вокруг АЭС. В первую очередь покинуть территорию должны были беременные женщины и дети-дошкольники, но слухи о возможном взрыве вызвали панику, и в итоге дома покинули 140 тыс. человек совершенно разного возраста.
К этому моменту инженеры по всей стране думали над тем, как удалить водород из-под крышки реактора. Самый простой путь подразумевал отправку к нему человека, который бы открыл нужные клапаны. Однако даже для забора образцов из радиоактивных зон атомной станции за день до этого пришлось отбирать добровольцев и надевать на них защитные костюмы в несколько слоев — столь велики были утечки радиации. Чтобы стравить водород из реактора самым простым путем, оператору пришлось бы зайти в зону со смертельно опасным радиационным фоном и температурой.
Рассматривались самые разные варианты действий. Как рассказал New York Times Виктор Гилинский, один из сотрудников Комиссии по ядерному регулированию, в какой-то момент коллеги ему предложили отобрать пациентов на последней стадии рака и направить их внутрь, в качестве ремонтников-смертников.
К облегчению пациентов ближайших онкологических отделений, обошлось без жертвоприношений. Обновленные расчеты показали, что кислород не может образоваться внутри реактора, а инженеры нашли безопасные способы медленно удалять из него водород. Ситуация на АЭС стабилизировалась, и к концу апреля топливо прекратило выделять тепло. Вскрыть корпус реактора и выгрузить материал активной зоны решились лишь в 1990 году.
Ядерщикам больше не верили
По итогу аварии на Три-Майл-Айленд все остались живы. В атмосферу попало значительное количество радиоактивных газов, но нигде за пределами АЭС загрязнений обнаружить не удалось. Как считается, связанное с аварией облучение не вызвало ни одного случая рака.
Однако социальные последствия аварии были куда серьезнее. Первые часы после возникновения нештатной ситуации масштаб произошедшего пытались скрыть от общества. Как выразился один из американских телерепортеров, за время аварии от ядерщиков публика услышала такое количество внутренне противоречивого технического жаргона, что первой жертвой стало доверие. Вице-президент Metropolitan Edison, компании-оператора, раздраженно тряс головой в ответ на вопросы журналистов: «Я не понимаю, с чего мы должны сообщать вам о каждом шаге, который предпринимаем?»
Ситуацию не исправило даже прибытие 1 апреля на Три-Майл-Айленд президента США Джимми Картера, который сам был механиком атомного реактора во время службы в ВМС США. Он попытался убедить общественность, что ситуация под контролем и поводов для паники нет.
Но было слишком поздно. С этого момента ядерная энергетика стала ассоциироваться с опасностью, и строительство атомных станций в США остановилось на десятилетия. Лишь в наши дни, когда под давлением климатологов сокращается использование угля и нефти, их постройка возобновилась, но уже с другим уровнем систем безопасности, которые делают аварии невозможными.
Как минимум, так говорят разработчики.