[kven]

О ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ, МОЩНОСТИ И ЦЕНТРЕ ОЧАГА ВЗРЫВА
26.04.86 НА 4-М ЭНЕРГОБЛОКЕ ЧАЭС
Чечеров К.П. (РНЦ «Курчатовский институт»)
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 [1] в 1998 г. по итогам (их) публикаций [1-6] 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 [1].
Что подтверждает априорную модель и что же не удовлетворяет в «устойчивом мнении»?
По существу необходимо рассмотреть главные канонизированные постулаты: сколько было взрывов, где именно, как это было определено, каких взрывов, каковы их причины, какие параметры были для них характерны - после чего, возможно, появится иной подход к оценкам других аспектов чернобыльской аварии.
1. Было ли, на самом деле, два взрыва? Каким образом это было определено?
В действительности ведь никаких приборов «взрывометров» на станции нет. Число «два» было названо некоторыми сотрудниками станции, которые находились на блоке в роковую ночь. Но как вообще ими был установлен факт взрыва? По сотрясению помещений, в которых они находились. Но чем были 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 [7]. Упал мостовой кран в ЦЗ. Пятисоттонная РЗМ поднялась не менее, чем на 15 м и при падении проломила железобетонное верхнее перекрытие пультовой РЗМ [7]- это также должно было несомненно вызвать сотрясение здания. Падение почти трехтысячетонной металлоконструкции схемы «Е» [7] тем более должно было вызвать сотрясение здания. Таким образом, событий, вызвавших сотрясения здания, было множество. И в зависимости от удаленности того или иного помещения от места падения, удара, взрыва, люди, находившиеся в этих помещениях, 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 [8], а не безоговорочные два. И, конечно, никаким голосованием нельзя сделать выбор из этих сообщений, что было в точности два именно взрыва, а не один удар от падения многосоттонной конструкции и, например, один взрыв, или два удара от падения многосоттонных конструкций и один взрыв, и т.д.
Однако все-таки для анализа доступны и некоторые приборные измерения.
Так, на расстоянии примерно 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 [9]. Анализ сейсмограмм геофизиками не выявил двух раздельных событий, в «Заключении экспертов» двух академий наук [10-11] 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.
2. Где же произошел взрыв, где находилась область центра очага взрыва?
Казалось естественным предположение, что взрыв произошел в шахте реактора. Известны публикации (например, [12]), 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 направления и величины смещения колонн железобетонного каркаса деаэраторной этажерки (максимум деформаций - между осями 45-46, источник воздействия на них - извне и сверху шахты реактора) [13], сопоставление угла наклона и проекции линии вершин опорных ферм легкой кровли ЦЗ в осях 41 и 42, проходящей через точки максимума деформации ферм, рассмотрение координат стрелы прогиба и разрушения монолитных железобетонных конструкций шатра ЦЗ, а также распределения выброса («белой тени») фрагментов активной зоны на кровли блоков А и В (это также зафиксировано видеосъемкой, а по данным расчистки кровель [14] известно, что около 10% активной зоны было выброшено на крышу) - позволяют оценить расположение в пространстве центра очага взрыва: на высоте примерно 55-65 м над уровнем земли (~20-30 м над полом ЦЗ) внутри шатра ЦЗ примерно в 6 м севернее и в 6 м восточнее оси реактора [15].
3. Каким образом можно оценить параметры взрыва в ЦЗ?
В результате взрыва ~ 10 % активной зоны оказались выброшенными на кровли блоков А и В [7, 14], некоторые графитовые блоки долетели до 2-го и даже 1-го энергоблоков, один фрагмент твэла был обнаружен на острове за столовой [7] - по топографической карте это место находится на расстоянии ~ 1600 м от шахты реактора 4-го блока, падение фрагментов активной зоны в пруд-охладитель на расстоянии ~ 1200 м от реактора было зафиксировано в момент аварии очевидцами [8]. Для того, чтобы фрагменты могли пролететь такие расстояния, согласно баллистическим расчетам с учетом сопротивления воздуха, они должны были иметь стартовые скорости около 250-370 м/с (еще во время второй мировой войны использовались пушки, снаряды из которых вылетали со скоростью ~380 м/с) - просто при разрыве КМПЦ с давлением 7 МПа фрагменты могут быть разогнаны до скоростей ~ 10-15 м/с. Для разгона до скоростей 250-370 м/с необходимо давление ~150-220 МПа. Во взрывных газах современных взрывчатых веществ давление может доходить и превышать 10000 МПа [16] - т.е. для современного взрывного устройства давление 150-220 МПа характеризовало бы неудачный выстрел. Но что, кроме разлета фрагментов при аварии на 4-м блоке могло бы подтвердить фактическое проявление таких давлений? Оценка надежности строительных конструкций по ретроспективе взрывного воздействия при аварии, выполненная в 1995 г. НИИСК [17], определила наиболее нагруженные при взрывном воздействии элементы и величины усилий в этих элементах. Было установлено, что превышение несущей способности элементов (например, элемента 84 на отметке 70 м, элемента 14 на отметке 50 м и др.) стало возможным при достижении взрывного воздействия соответственно 1,99 - 2,24 кПа (до 17 кПа), что в соответствии с зависимостью давления ударной волны от расстояния (стены) до центра детонации [18] для известных размеров ЦЗ и активной зоны дает оценку давления в очаге взрыва ~ 150 МПа для области детонации (соответствующей части активной зоны) радиусом ~ 6 м и ~ 1000 МПа для области детонации радиусом ~ 1 м . Это нулевое приближение никак не учитывает конструктивные особенности РУ и процессы энерговыделения в активной зоне, но показывает, что величины давления порядка 200 МПа для конкретной аварии не противоречат наблюдательным данным и физическим оценкам с разных сторон.
Какой же была при этом мощность взрыва?
Такие оценки, в частности, были сделаны геофизиками на основе анализа сейсмограмм. Мощность сейсмособытия, соответствующего по времени и месту аварии на ЧАЭС, была оценена в 10 т тнт при условии, что источник сейсмосигнала считался находящимся под землей (как если бы, например, это был сигнал из зоны землетрясения) [9-11]. Как известно из опыта сейсморазведки, чтобы сейсмосигнал имел одинаковую магнитуду при взрывах, проводимых под землей и над землей, в последнем случае мощность заряда должна быть в 10-25 раз больше (для поперечных волн в 10-15 раз больше, для продольных в 14-25 раз) [19]. Таким образом мощность взрыва на 4-м блоке можно оценить в 100-250 т тнт. (Аналогичная оценка - 230 т тнт -приведена в работе Ядрихинского А.А. [20], близкую оценку порядка 270 т тнт можно получить, пересчитав энерговыделение при разгоне мощности, приведенном в «Информации» [2]).
4. Что же было источником такого энерговыделения?
Согласно хронологически первой опубликованной версии [21], произошел взрыв водорода.
Для взрыва гремучего газа мощностью 100-250 т тнт необходимо 2.93-7,32 т водорода [22], который при н.у. должен занимать объем равный или больший (почти вдвое) объема не вскрытого ЦЗ. Однако для наработки такого количества водорода, например, за счет радиолиза необходимо затратить энергию почти на порядок больше, чем впоследствии может выделиться при взрыве этого водорода (для получения одной молекулы водорода необходимо затратить 0,4 Е(-17) Дж) [23], 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 разгерметизации исключает саму возможность наработки водорода (нет теплоносителя - нет исходного сырья для наработки водорода - нет водорода) с одновременной невозможностью его накопления в объеме ЦЗ из-за сброса легких кровель и навесных панелей шатра ЦЗ при возникновении минимального избыточного давления при разрыве контура. Но даже если бы немыслимым образом почти мгновенно водород накопился в ЦЗ (после разгерметизации КМПЦ) и взорвался в визуально установленном центре очага взрыва - было бы возможно объяснить, как ударной волной активная зона была бы вбита в шахту реактора, но объяснить выброс 10 % активной зоны из шазты реактора на крышу блоков А и В сквозь центр очага взрыва - невозможно. Наблюдаемые факты и энергетические оценки вынуждают отказаться от гипотезы М.С. Горбачева взрыва водорода.
Геофизики склонны считать, что воспринятое сотрудниками 4-го блока как взрыв сотрясение здания могло быть просто проявлением землетрясения, которое вызвало разрушение некоторых технологических систем РУ, приведшее через какое-то время к аварии [9]. Однако центр очага взрыва установлен в ЦЗ, сами же геофизики выделяют только одно сейсмособытие - и, если это землетрясение, то взрыва ими в 4-м блоке не зафиксировано, а для зафиксированных разрушений строительных конструкций в рамках этой версии объяснений нет. В то же время понятно, что никакое землетрясение не может отменить ни тепловые, ни ядерные процессы в активной зоне, и энерговыделение в ней определяется не геофизикой, а теплофизикой и ядерной физикой.
Комиссия по расследованию причин аварии на 4-м энергоблоке ЧАЭС по горячим следам (в начале мая 1986 г.) пришла к выводу, что «авария ... произошла в результате неконтролируемого разгона реактора» [24], т.е. была мощностной, что было подтверждено позднее в «Информации для МАГАТЭ»: к разрушению РУ привело резкое возрастание мощности реактора [2], и даже согласно устойчивому мнению [1], произошло катастрофически быстрое увеличение мощности реактора.
Чем, когда, как должен закончиться рост мощности реактора, неконтролируемый разгон, если нейтронопоглощающие материалы СУЗ выведены из активной зоны? Понятно, что неконтролируемый рост мощности должен завершиться разрушением надкритической конфигурации активной зоны, разбросом материалов, из которых она состоит. Это с полным основанием может быть названо тепловым взрывом, как явление, при котором скорость тепловыделения в некотором объеме превосходит скорость энергоотвода от него (безотносительно природы источника энерговыделения). Очевидно и несомненно, что при разгоне реактора источником энерговыделения являются экзотермические нейтронно-ядерные реакции: цепная реакция деления ядер U-235, U-238, Pu-239, а также реакции радиационного захвата (n,*). Этот источник действует, обеспечивая рост мощности энерговыделения до последнего мгновения существования увеличивающего надкритичность реактора. Т.о. можно дать более точное, соответствующее данному конкретному случаю, определение теплового взрыва: тепловой ядерный взрыв.
Этого качественного анализа природы источника энерговыделения достаточно для классификации (по определению) произошедшего взрыва.