пятница, 18 марта 2011 г.

Японская Припять

Если авария атомных электростанций на тихоокеанском побережье закончится техногенной катастрофой, о землетрясении и цунами быстро забудут

Спутниковая фотография четырех первых энергоблоков АЭС Фукусима I по состоянию на 16 марта. Видно, что небольшие внешние повреждения только у здания второго энергоблока; здания третьего и четвертого блоков — пострадали сильно. Фото: DigitalGlobe

Все последние новости о катастрофе в Японии - здесь

Взрыв в активной зоне атомного реактора 25 лет назад, сопровождавшийся масштабным выбросом высокорадиоактивных изотопов в окружающую среду, стал серьезным испытанием для всего человечества. После него долгое время велись споры, кто больше виноват: те, кто проектировал и строил реактор, или те, кто его эксплуатировал. В конце концов, спорящие сошлись на такой версии правильного ответа: сама конструкция реактора должна исключать возможность катастрофических последствий как неразумности операторов, так и их злой воли. Принцип, наверное, оказался правильным, и на протяжении этих двадцати пяти лет ни глупость людей, ни их злая воля к большим бедам с атомными реакторами не приводила. Но он оказался неполным, ибо не учитывал разгула стихии.

Словно в издевку, не дожидаясь полутора месяцев до полуюбилея, судьба преподнесла человечеству неприятный сюрприз. Призрак атомной катастрофы возник из-за сочетания сразу двух природных факторов: небывало сильного землетрясения и последовавшего за ним мощного цунами. Очаг землетрясения по случайности оказался слишком близко к поверхности (глубина всего 32 км), а эпицентр слишком близко к побережью (всего 130 км). За основным толчком последовала длинная серия афтершоков, не прекращающаяся уже неделю, магнитуда некоторых из них достигает 6, чего в ином месте хватило бы на заметные разрушения и многочисленные жертвы. Впрочем, в Японии счет жертв уже идет на десятки тысяч, и нельзя исключить, что скоро он заметно возрастет, если ядерный кризис приведет к новой катастрофе и возникнет много пострадавших от лучевой болезни. В силу еще одной случайности двойной удар стихии пришелся на этот раз по месту, где разнообразных объектов ядерной энергетики значительно больше, чем где бы то ни было еще в мире. Чтобы получить представление, каковы могут быть последствия стихийного бедствия и каковы они могли бы быть, пройдем мысленно по побережью с севера на юг и посмотрим, что случилось на каждой из площадок после 11 марта.

Карта: Сергей Штефанов / «Вокруг света» по информации Earthquake Hazards Program USGS

АЭС Хигасидори

Единственный работающий энергоблок этой электростанции был введен в действие в 2005 году. Она находится на самом севере острова Хонсю в провинции Аомори. Это единственная в Японии площадка, где мирно сосуществуют энергоблоки разных хозяев. Работающий энергоблок принадлежит Электроэнергетической компании Тохоку (Tohoku Electric Power Company, Inc.), которая собиралась в этом году ввести в строй здесь еще один. Электроэнергетическая компания Токио (Tokyo Electric Power Company, Inc. или TEPCO) начала здесь строить свой реактор в январе этого года, намереваясь в будущем дополнить его еще одним. 11 марта на единственном работающем реакторе проводились профилактические работы и он находился в заглушенном состоянии. О разрушениях здесь и возможной будущей судьбе реакторов пока не сообщалось.

Завод по переработке ядерного топлива в Роккасё

Завод расположен неподалеку от АЭС Хигасидори в той же самой провинции. Его ввели в эксплуатацию в 2007 году по соседству с комбинатом по обогащению урана. Как и на аналогичных производствах России и Франции, здесь скапливается очень большое количество высокоактивных отходов. И поскольку у Японии, так же как у России и Франции, нет пока приемлемой технологии захоронения этих отходов, приходится довольствоваться их сохранением на временных складах. Здесь же хранится и добытый из отработанного ядерного топлива плутоний. В полной мере судьба этого плутония пока не решена, но отчасти его планировалось использовать в атомных реакторах в качестве топлива, смешивая его с ураном. Технология использования такой смеси, получившей название МОХ-топливо (MOX — аббревиатура английского названия «mixed oxide», в котором подчеркивается, что в этом виде топлива содержится два делящихся элемента и каждый из них в окисленном виде), известна давно, хотя применяется редко. В Японии первые эксперименты по загрузке в реакторы АЭС топливных элементов из МОХ-топлива начались осенью прошлого года.

На проектную мощность завод должен был выйти к 2012 году, а его открытию предшествовали бурные протесты японских «экологов» в 2006 году, создавших даже отдельное движение «Stop Rokkasho». Но его строительству и нормальной работе помешали даже не столько акции протеста, сколько повреждения, полученные во время землетрясения 2008 года. Сейчас его работе мешают перебои в подаче электроэнергии, но благодаря автономным источникам питания завод продолжает работу и даже в состоянии принимать низкоактивные жидкие отходы, которые предполагалось утилизировать иначе.

По количеству хранящихся делящихся веществ репроцессинговая фабрика в Роккасё обгоняет площадку любой АЭС в несколько раз. Именно сюда свозятся сборки топливных элементов после того, как их несколько лет выдержали в бассейне около энергоблока. Фабрика находилась севернее зоны цунами 11 марта, и сейчас там идеальный порядок. Фото (Creative Commons license): Fumi Yamazaki

АЭС в Онагаве

Городок Онагава расположен в провинции Мияга, той самой, что больше всех пострадала от землетрясения. Все три энергоблока АЭС были заглушены сразу после первых толчков, но вскоре вблизи 3-го энергоблока, считающегося самым современным и наиболее полно удовлетворяющим требованиям безопасности, вспыхнул пожар, а спустя несколько часов поступили сообщения о росте радиоактивности на территории станции. Тем не менее уже 13 марта Рейтер сообщал о нормальной работе всех трех энергоблоков, объясняя замеченное ранее повышение фона ветром со стороны Фукусимы.

В августе 2005 года 1-й и 2-й энергоблоки сильно пострадали от землетрясения и потребовали длительного ремонта. Даже его благополучное завершение не успокоило местную общественность, которая довольно бурно возражала против возвращения ядерного топлива в отремонтированные реакторы.

Фукусима I (дай-ичи)

События на этой АЭС повернулись наиболее драматическим образом и еще могут обернуться прологом подлинного кризиса. Это самая крупная электростанция Японии: на ее площадке расположено шесть работающих энергоблоков и еще два строится, причем некоторые из работающих дают мощность более гигаватта (миллиард ватт). Вдобавок она служила предметом особой гордости для японцев, поскольку некоторые из ее реакторов были первыми построенными без иностранной помощи.

11 марта не заглушенными были только первые три энергоблока — три других проходили профилактику. На них должным образом сработали системы безопасности, и все три были вовремя остановлены. Однако заглушить реактор — это полдела: в нем не происходит размножения нейтронов и не идет цепная реакция деления, но это отнюдь не означает, что остановлены все ядерные реакции. И само ядерное топливо, и возникшие в нем высокоактивные изотопы будут еще долго спонтанно распадаться, поддерживая первые годы высокую температуру в топливных элементах. Если не принимать специальных мер, топливные элементы расплавятся и риск попадания в окружающую среду содержащихся в них токсичных и радиоактивных веществ сильно вырастет. Поэтому после остановки реактора требуется его довольно длительное расхолаживание.

Остудить топливо в остановленных реакторах не удалось. Подошедшая волна цунами вывела из строя систему охлаждения всех шести блоков. На протяжении нескольких часов температуру топливных элементов в реакторах удавалось сдерживать, но уже к вечеру 11 марта стало ясно, что из-за невозможности закачивать воду в реактор в нужных количествах топливные элементы в блоках 1 и 2 начинают перегреваться.

Рано утром 15 марта проблема распространилась и на энергоблоки, остановленные задолго до землетрясения: появились признаки опасного перегрева топливных элементов, вынутых из активной зоны и охлаждающихся в специальном бассейне. Главная задача такого вымачивания не столько в охлаждении, сколько в вымывании из твердых сборок особенно опасных короткоживущих изотопов, образующихся в результате распада урана, — стронция, цезия, йода. Сборки должны вымачиваться в бассейнах по несколько лет, прежде чем их можно отправлять на завод по переработке ОЯТ или в могильник. Взрыв такого бассейна — событие почти невероятное, но перспективы выбросов в среду в этом случае самые неприятные.

Ядерные реакторы на кипящей воде типа BWR-3 и BWR-4 не имеют российских аналогов. Хотя в них вода кипит внутри активной зоны реактора (1), как было в советских РБМК, имеется еще два уровня защиты — внутренний (2) и внешний (3) контейнменты. Отработанное ядерное топливо (ОЯТ), выгруженное из активной зоны, прежде чем его отправляют на переработку или в хранилище, несколько лет вымачивается прямо на станции в специальном бассейне (4). Вода циркулирует в основном трубопроводе, поочередно переходя из газовой в жидкую фазу и обратно. Часть не попадает в основной трубопровод и конденсируется в камере (5). Иллюстрация: US Nuclear Regulatory Commission

Взрыв бассейна четвертого энергоблока пришелся на 6.14 утра 15 марта. По официальной версии, переданной информационным агентством «Kyodo News», взорвался водород, образовавшийся из-за разложения водяного пара с циркониевой оболочкой топливных элементов. Но это сообщение вызывает некоторое недоверие, так как температура в бассейне должна быть недостаточна для такой реакции.

После взрыва пожар внутри здания либо не прекращался, либо периодически вспыхивал вновь на протяжении двух суток. Удерживать воду хотя бы в минимальном количестве становилось все труднее, и к вечеру 16 марта стала обсуждаться вероятность возобновления цепной реакции топливных элементов, перегруженных из реактора в бассейн еще в январе. 17 марта появились первые надежды на преодоление кризиса на четвертном энергоблоке: в бассейн удалось залить воду с замедлителем (борной кислотой) при помощи вертолетов, и появились первые признаки успеха в налаживании электроснабжения полуразрушенного здания.

До тех пор ничто не указывало на опасности со стороны блоков 5 и 6. Они были выведены из рабочего режима еще прошлым летом, но топливные элементы из них не вынимались и в бассейн не перегружались, — так уверяли хозяева станции. Однако это оказалось неправдой: топливные элементы в бассейнах все-таки обнаружились, и из-за них радиационный фон вблизи блоков тоже стал повышаться и миновал психологически важную отметку в сорок рентген в час. Четыре часа работы в таких условиях чреваты уже как минимум длительным лечением. Жители в пределах 20-километровой зоны уже эвакуированы. Над 30-километровой зоной введен запрет полетов.

Фукусима II (дай-ни)

Все четыре энергоблока этой АЭС, расположенной в 11,5 км к югу от Фукусима I, были в рабочем режиме в момент землетрясения, но должным образом сработала автоматика, их остановившая. Последовавшее цунами вывело из строя систему охлаждения трех энергоблоков. Их разогрев был отмечен 12 марта, однако введение в действие резервной системы охлаждения постепенно позволило снять кризис: к утру 15 марта температура всех четырех реакторов не превышала 100 °C, однако утечка радиоактивных материалов все-таки произошла. Эвакуация населения, в начале кризиса проведенная лишь в 3-километровой зоне, была расширена до 10-километровой.

Токай

Площадка вблизи города Токай в префектуре Ибараки по праву считается пионерской. Первый энергоблок этой электростанции был первым в Японии. Его ввели в эксплуатацию в 1966 году. Второй блок был пущен в 1978 году и стал первым в Японии с мощностью больше гигаватта.

Первый энергоблок был остановлен в 1998-м. К 2001-му из его бассейна увезли последние сборки, а к 2003-му закончилась дезактивация бассейна и турбины. В этом году планировалось завершить разборку энергоблока и доведение его, как говорится, до состояния «зеленой лужайки». Теперь с этим придется повременить.

Второй энергоблок был автоматически остановлен во время землетрясения, после чего включилась система охлаждения. Однако 14 марта агентство «Рейтер» сообщило, что насосы, подающие воду в реактор, перестали работать, но потом поправилось: перестали работать два из трех насосов.

Секретарь кабинета министров Японии Юкио Эдано, буквально накануне катастрофы назначенный главой МИД Японии, каждые несколько часов выступает по японскому телевидению, чтобы информировать своих сограждан о происходящем в зоне атомного кризиса

Безъядерная Япония

Таким образом, потенциальная опасность атомного кризиса, вроде того что разворачивается сейчас в Японии, витала далеко не только над одной лишь АЭС Фукусима I. Более того, некоторые из реакторов, находящихся в относительной близости к тем, что внушают сегодня ужас всему миру, уже пострадали во время предыдущих землетрясений. И все же разворачивающийся сейчас атомный кризис в Японии непохож на все предыдущие; еще меньше он похож на кризис, вызванный аварией в Чернобыле. Прежде всего, отличие его в том, что речь сейчас идет не об одном пострадавшем реакторе, а о нескольких и, может быть, даже целом десятке. Кроме того, на протяжении всей прошлой недели общая оценка перспектив выхода из кризиса все время снижается. Сейчас речь уже не идет о том, чтобы спасти реакторы. Речь идет о предотвращении масштабных радиоактивных заражений обширных территорий как самой Японии, так и ее соседей.

Причины исходного оптимизма более или менее понятны. Реакторы типа BWR-3 (1-й энергоблок) и BWR-4 (2-й, 3-й и 4-й энергоблоки), наиболее пострадавшие 11 марта, имеют конструктивные особенности, обеспечивающие принципиально более высокий уровень безопасности, чем был у РБМК-1000, взорвавшегося в Чернобыле. В частности, взрывы водорода в зданиях 1-го блока 12 марта и 3-го 14 марта не нарушили цельности окружающих активную зону реактора бетонных корпусов (внешних контейнментов), да и в настоящее время такие нарушения только подозреваются при том, что в камерах высокого давления (внутренних контейнментах) высокое давление пока держится. Последнее говорит об их целости.

Еще более важно было то, что в Чернобыле центральная задача преодоления кризиса заключалась в том, чтобы остановить цепную реакцию в топливных элементах, здесь же цепная реакция была уже изначально остановлена. То есть все нейтроны, излучаемые при делении урана в топливных элементах, поглощались, не попадая на ядра соседей. Главная опасность заключалась в том, что при расплавлении топливных элементов накопившиеся в них радиоактивные продукты деления урана с неизбежностью рано или поздно должны были попасть в окружающую среду. Как бы ни было это опасно, никакого сравнения с быстрым распадом урана (ядерным взрывом) в результате неуправляемой цепной реакции быть не может.

К вечеру среды 16 марта заговорили уже о новом варианте развития событий. Представители компании-владельца признали, что не могут исключить возвращения в критическое состояние уже вынутых из реактора стержней топливных элементов. А это значит, что теперь опасность может исходить от любого блока аварийной АЭС. Кроме того, это признание указало на недостоверность изначально предоставленной информации и на допущенные нарушения в эксплуатации станции. Дело в том, что стержни отработанных топливных элементов должны так размещаться в бассейне, чтобы полностью исключить критическое поведение (ускорение распада ядер урана за счет бомбардировки нейтронами, испущенными при распаде соседних ядер).

Риски и безопасность

Новые обстоятельства кризиса послужили поводом для обвинения правительства Японии со стороны правительства США в умышленном занижении степени опасности. По мнению академика Николая Николаевича Пономарева-Степного, к которому редакция «Вокруг света» обратилась за комментарием, заподозрить в сокрытии важной информации стоило бы скорее компанию-владельца TEPCO, а то и авторов проекта станции:

Частные компании, которым принадлежат станции, не всегда торопятся сообщать о своих проблемах. В результате было упущено очень нужное время. Впрочем, когда станции принадлежат государству, время тоже может быть упущено, как это было в Чернобыле. Но я думаю, что тут и к Дженерал Электрик будет еще много вопросов.

Вскрывшиеся факты утаивания и искажения информации о состоянии реакторов имеют естественное продолжение: теперь сомнение вызывает даже официальное объяснение причин, по которым все шесть энергоблоков оказались без системы расхолаживания. Версия о залитых водой подвалах с установленными там дизельными генераторами не дает ответа на все возникающие вопросы.

Сейчас в Японии почти полмиллиона человек вынуждены ночевать в школах и других общественных зданиях. Некоторые из них лишились своих жилищ, потому что их дома разрушены землетрясением или цунами. Дома иных целы, но жить в них все равно нельзя — они расположены в слишком опасной близости к атомным станциям Фукусима I и Фукусима II. Фото: Mass Communication Specialist 3rd Class Alexander Tidd/US Navy

Но каковы бы эти причины ни были, главный вопрос заключается в неизбежности технологических рисков на том пути развития человечества, который был осознанно или нет выбран. Эти риски отнюдь не исчерпываются сферой атомной энергетики. Так, не прошло еще и года после потрясения, пережитого человечеством во время техногенной катастрофы в Мексиканском заливе. Она тоже была связана с производством энергии, но никоим образом не имела отношения к энергетике атомной. Однако, по мнению академика Пономарева-Степного, аналогии здесь вполне уместны:

В атомной технике есть правило: станция должна быть рассчитана на разрыв основного трубопровода. То есть даже при разрыве трубы, по которой вода поступает в реактор, а потом из него уходит, не должно происходить утечки радиоактивных веществ в среду. А в нефтяной промышленности такого требования нет, хотя бед от попадания в среду большого количества нефти ничуть не меньше.

Япония как никакая другая страна страдала от загрязнения делящимися веществами, ей хорошо известны связанные с этим опасности. Как никакая другая страна она страдала от землетрясений и вызванных ими стихийных бедствий. Население Японии как никакой другой страны способно к самодисциплине и самоограничениям, а ее высокие технологии не имеют аналогов. Принимая во внимание особо высокие требования к безопасности объектов ядерной энергетики, можно не сомневаться, что именно в Японии эти объекты безопасны, как нигде в мире и как ничто иное в Японии.