|
Выполняемая работа была бы неполной без ретроспективного анализа развития ядерной энергетики как сложнейшей организационно-технической системы [10] под "призмой" катастрофы на Чернобыльской АЭС. Как и все сложные системы, ядерная энергетика обречена в своем развитии на прохождение всех основных стадий жизненного цикла сложных систем, а именно [11]: разработка, производство, функционирование и утилизация.
Да, да! Утилизация! Будем надеяться, что придет время и человечество разработает более достойные источники энергии для поддержания жизнедеятельности всего живого на нашей планете, которые не будут загрязнять своими отходами флору и фауну, а наоборот, очищать от последствий нашего неразумного поведения атмосферу, окружающую среду и др. Но это все в будущем.
А в настоящее время отработавшее топливо, конструкционные материалы АЭС с высокими уровнями радиации подлежат захоронению. Это современная утилизация. В отдаленной перспективе теоретически возможна полная утилизация отходов ядерной энергетики. В данном исследовании в качестве аксиомы принято, что катастрофа на ЧАЭС дает возможность (основание) условного деления развития ядерной энергетики, да и всего научно-технического потенциала как сложной системы, на два периода первый -дочернобыльский и второй - постчернобыльский. Известно, что реально непрерывный процесс нельзя разделить на части, этапы или периоды. Но, мысленно познавая отражение объективного влияния развития ядерной энергетики во всех областях (научно-техническом, социально-экономическом и др ), безусловно напрашивается желание такого деления. Уж больно велика расплата за содеянное в течение длительного относительно безнаказанного периода роста ядерного производства. Катастрофа на ЧАЭС - величайшая техногенная катастрофа.
Здесь уместно введение понятия "скачка" к чрезвычайным ситуациям по количеству и масштабам. В общем случае есть эволюционное (постепенное) и революционное (скачкообразное) развитие. На наш взгляд, этот подход применим и к авариям и катастрофам. Подтвердим это.
Так, до катастрофы на ЧАЭС шло эволюционное развитие последствий чрезвычайных ситуаций (по масштабам) на техногенно опасных предприятиях.
Наблюдался постоянный постепенный (эволюционный) рост их количества и масштабов.
Однако в апреле 1986 года в результате катастрофы на ЧАЭС произошел резкий скачок в последствиях на экономику, политику страны, духовно-нравственное сознание общества и др.
Как известно, в теории развития [11], после резкого скачка наблюдается определенный период эволюционного развития. Эта аксиома подтверждается конкретными фактами. Так, в настоящее время сохраняется тенденция ежегодного незначительного роста ЧС по различным причинам. Только ЧС природного характера составляют до 6% в год. Стихийные бедствия и опасные природные явления наносят стране ежегодный ущерб свыше 1,5 млрд. руб. [12]. Будем надеяться, что в процессе постчернобыльского эволюционного развития наука успеет разработать более безопасные технологии производства ядерной энергии.
Событие на ЧАЭС основательно "встряхнуло" все звенья управления страной сверху донизу, заставило по-новому "открытыми" глазами взглянуть на развитие ядерной энергетики, другие техногенно опасные отрасли промышленности и экологическую проблему в целом. Все это подтверждает закономерность условного деления развития ядерной энергетики на два крупных периода (дочернобыльский и постчернобыльский).
Вполне естественно, что основные причины, корни, истоки катастрофы формировались, росли, "умножались" в дочернобыльский период. Они многочисленны. Нельзя и неправильно утверждать, что две основные причины обусловили катастрофу несовершенство конструкции и недостаточная готовность персонала АЭС к работе.
В первую очередь, необходимо уточнить: так все-таки, это причины или следствия"? Может быть кто-то скажет: "А какая разница''" - А разница значительна. Дело в том, что раз есть причины катастрофы, то их надо устранять. А если это следствия"? То, устранив их, общество оставит причины, те не ликвидирует корни других потенциальных, не менее опасных техногенных аварий и катастроф в будущем. Вполне очевидно, что так делать нельзя.
Для того чтобы основательно разобраться в этом вопросе, обратимся к определениям. Так вот, под причиной понимается: "… Возникновение любых объектов и систем и изменение их свойств во времени имеет свои основания в предшествующих состояниях материи, эти основания называются причинами, а вызываемые ими изменения-следствия сущность - порождение причиной следствия" [13, стр. 1062].
Исходя из данных словарных определений, и предполагается раскрытие основных причин катастрофы на Чернобыльской АЭС в ходе данного исследования, а официально объявленные основные причины несовершенство конструкции реактора и недостаточная подготовка персонала АЭС - в данном исследовании будут также подвергаться анализу. Вполне достоверно, что причины имеют более глубокие корни. Поэтому данное исследование было бы не объективным без анализа развития ядерной энергетики в дочернобыльский период. Как в ее совершенствовании, так и в формировании недостатков. Необходимо вскрыть трудности и узкие места в атомной промышленности выявить основные недостатки в вопросах безопасности в этом сложнейшем процессе, приведшем к катастрофе на ЧАЭС.
Дальнейшее совершенствование АЭС, в том числе и реакторов, продолжается и сейчас это непрерывный процесс. А, как известно, предела в развитии сложных, тем более техногенно-опасных производств, нет
Но первые есть первые. Им всегда нелегко. Каждый шаг в неизведанное дается с громаднейшим трудом и требует неимоверных творческих усилий. На это способны только талантливейшие из талантливых, сильнейшие из сильных духом, нравственно чистоплотные, настоящие сыны Отчизны.
Рассказать обо всех ученых, конструкторах, организаторах производства, участвовавших в создании атомной бомбы, взорванной на полигоне 29 августа 1949 года, первой в мире АЭС, ставшей под нагрузку 27 июня 1954 года, и других достижениях атомной энергетики нет возможности. Их тысячи и сотни тысяч. Но дать краткую справку о вкладе нескольких из них, стоящих на вершине айсберга развития атомной энергетики страны мы просто обязаны. Сказав о них, мы фактически скажем обо всех безвестных, но дорогих нам соотечественниках.
Тем более, что анализ дочернобыльского развития атомной энергетики позволяет полнее раскрыть причины, приведшие к снижению требований к безопасности АЭС. Известно, что недостаточно внимательное отношение к технике, обращение с ней на "ты", всегда приводит к существенным неприятностям, крупным авариям и катастрофам.
Первое место в ряду основоположников развития ядерной энергетики законно принадлежит академику Игорю Васильевичу Курчатову.
В своих воспоминаниях о И. В. Курчатове А. П. Александров академик, Президент АН СССР (1975-1986 гг.), отдает дань уважения талантливому ученому, блестящему организатору, оказавшему существенное влияние на развитие атомной науки [14]:
"Я счастлив, что родился в России и посвятил свою жизнь атомной науке великой Страны Советов. Я глубоко верю и твердо знаю, что наш народ наше правительство только благу человечества отдадут достижения этой науки ". Эти слова Игоря Васильевича Курчатова лучше всего выражают смысл и главное содержание его деятельности.
Академик Курчатов прожил замечательную жизнь, он внес огромный вклад в решение грандиозной задачи современности - использование атомной энергии для обороны нашей страны и в интересах мира и созидания
Кратко представим основные вехи его творческого пути.
11 февраля 1943 года И. В. Курчатов назначается научным руководителем урановой проблемы и приступает к организации нового научного учреждения - Лаборатории № 2 АН СССР (ныне РНЦ "Курчатовский институт").
Летом 1945 года поступили сведения об испытаниях в США атомной бомбы, о ее ужасающей разрушительной силе. За этим последовали взрывы в Хиросиме и Нагасаки. Началась "холодная война" против СССР США, используя свою ядерную монополию, угрожали Советскому Союзу. Стало очевидным что необходимо уничтожить монополию США на ядерное оружие.
Масштаб задачи был огромен Геологам нужно было обнаружить месторождения урана, горнякам - наладить его добычу и извлечение из руд химикам и металлургам - освоить химию урана, получить и исследовать этот металл. Следовало развить производство сверхчистого графита, разработать методы анализа различных веществ, создать производство и технологию разделения изотопов урана, выделения плутония. Наконец, было необходимо познать законы цепной реакции взрыва ядерного оружия. И все предстояло сделать в стране только что пережившей тяжелейшую в мировой истории войну.
Известно, что работы по созданию ядерного оружия велись в США, Великобритании, Германии, но их интенсивность и достигнутые результаты по времени были не идентичны.
Вторая мировая война ускорила эти работы. В Великобритании был создан правительственный комитет по использованию атомной энергии в военных целях (возглавлял его крупнейший ученый Дж Томпсон). На основании его проработок в октябре 1941 года в Великобритании утверждена программа разработки ядерного оружия.
В США еще до войны крупнейшие ученые (А. Эйнштейн, Э. Ферми и др.) настаивали на развертывании работ по созданию ядерного оружия (письмо А. Эйнштейна президенту Рузвельту было послано 11 октября 1939 г.) Но только 6 декабря 1941 года в США было принято решение о работах по новому оружию.
Первые шаги в создании ядерного оружия в СССР достаточно полно, хотя и кратко освещены в статье А. К. Круглова [14а]. Приведем отдельные фрагменты.
"В СССР с началом Великой Отечественной войны исследования по использованию энергии деления ядер практически прекратились. Ведущие институты Ленинграда Москвы и других городов были эвакуированы, а многие ученые пошли сражаться на фронт.
К середине 1942 г. в ГКО стало известно, что в Германии с ее огромным научно-техническим потенциалом при наличии большого запаса природного урана секретно ведутся работы над созданием нового вида мощного оружия - атомной бомбы. В проекте записки Наркома внутренних дел Л. П. Берия И. В. Сталину (март 1942 г.) была суммирована полученная из Лондона информация о производстве урановых бомб в Великобритании. В ней предлагалось проработать вопрос о создании научно-совещательного органа при ГКО для координации всех работ в стране по урановой проблеме и ознакомить видных специалистов с имеющимися в НКВД материалами по урановой проблеме. Среди ученых были названы П. Л. Капица (ИФП),
Д. В. Скобельцын (ФИАН) и А. А. Слуцкий (ХФТИ).
Кроме того, на необходимость возобновления в СССР работ по урановой проблеме энергично указывал тогда молодой ученый, лейтенант Г. Н. Флеров. В Казани, куда были эвакуированы институты АН СССР (РИАН, ЛФТИ ИХФ и др.) состоялось заседание Малого президиума академии, на котором Г. Н. Флеров докладывал о необходимости возобновления работ по Урановому проекту. Но крупнейшие ученые-физики
А.Ф. Иоффе П.А. Капица и другие признали невозможным продолжать работы, так как это требовало отвлечения людских и материальных ресурсов. Однако Г.Н. Флеров, не успокоился. Проанализировав доступные ему физические зарубежные журналы, он обнаружил полное прекращение в них публикаций по делению ядер урана и использованию внутриатомной энергии учеными Германии, Великобритании и США, что свидетельствовало о засекречивании исследований в этих странах. Об этом он сообщил в ГКО и И. В. Сталину. По-видимому, это, в конечном счете, и подтолкнуло к решению о возобновлении работ.
В конце 1942 г. ГКО обязал Академию наук начать исследовательские работы по использованию атомной энергии в военных целях и обеспечить их координацию. Решением ГКО от 27 ноября 1942 г. Наркомцветмету было поручено приступить к производству урана из отечественного сырья. Постановлением правительства научным руководителем проблемы, после рассмотрения нескольких кандидатур, был назначен И. В. Курчатов. Ответственность за обеспечение промышленности и Академии наук необходимыми материалами, приборами и т.д., а также контроль выполнения всех проводимых работ в стране были возложены на заместителя Председателя Наркома, министра химической промышленности М. Г. Первухина.
После решения ГКО о координации работ в стране по использованию атомной энергии в военных целях в феврале 1943 г. создается лаборатория № 2 Академии наук СССР.
Однако, как отмечает В. Губарев [15] "Урановый проект" развивался медленно (курировал его В.М. Молотов - Первый заместитель Председателя Совнаркома СССР), не торопясь, как это и принято в науке… Шли поиски урановой руды, разрабатывались технологии получения чистого графита, велись теоретические расчеты".
Взрывы атомных бомб США над Хиросимой и Нагасаки интенсифицировали процесс создания атомного оружия в СССР. Создается Специальный комитет при ГКО СССР (постановление № 9887 от 20 августа 1945 г.)
"В Специальный комитет при ГКО входили Л. П. Вознесенский Б. Л. Ванников А. П. Завенягин И. В. Курчатов П. Л. Капица В. А. Махнев М. Г. Первухин. На Комитет было возложено "руководство всеми работами по использованию внутриатомной энергии урана". В дальнейшем этот комитет был преобразован в Специальный комитет при СМ СССР. В марте 1953 года на Комитет было возложено и руководство другими специальными работами оборонного значения. На основании решения Президиума ЦК КПСС от 26 июня 1953 года Специальный комитет был ликвидирован, а его аппарат передан во вновь образованное Министерство среднего машиностроения СССР".
До Чернобыльской катастрофы Министерство среднего машиностроения, как преемник Специального комитета, фактически находилось вне контроля.
В июле 1947 года принимается решение о полной изоляции от внешнего мира "атомных городов" на Урале, в Сибири, в европейской части страны и в других регионах. Рождалось государство в государстве.
Приведем выдержку из того исторического Постановления, чтобы полнее представить полномочия Специального комитета [15]:
"Никакие организации, учреждения и лица без особого разрешения ГОКО не имеют права вмешиваться в административно-хозяйственную и оперативную деятельность, Первого Главного управления, его предприятий и учреждений или требовать справки о его работе и работах, выполняемых по заказам Первого Главного управления. Вся отчетность по указанным работам направляется только Специальному комитету при ГОКО".
В этот период значительный вклад внес Л. Берия. Вот как характеризует его А. Петросьянц [15]:
"… В интересах исторической справедливости нельзя не сказать что Берия, этот страшный человек сумел полностью оправдать доверие Сталина. Он придал всем работам по ядерной проблеме необходимые размах, широту действий и динамизм. Он обладал огромной энергией и работоспособностью. Его усилия и возможности в использовании всех видов и направлений отраслей промышленности страны в интересах создания ядерной индустрии научно-технического потенциала страны и громадных масс заключенных, страх перед ним обеспечили ему полную свободу действий и победу советскому народу в этой научно-технической эпопее".
Но Л. Берия, имеющий в своих руках миллионы заключенных специалистов атомной промышленности труд которых мог обеспечить выполнение Сталинских замыслов считал, что их судьба и жизнь принадлежат ему. В подтверждение - пример от В Губарева [15]:
"На комбинате ("Маяк" - от авт.), где работал тогда А. Петросьянц, один из технологических процессов "не шел". И тогда на комбинат приехал Берия. "Я просто решу Вашу проблему", -сказал он, -"если в течение трех месяцев вы не получите уран-235, то можете считать, что вас уже нет ". Через три месяца Берия приехал на комбинат вновь. Процесс был освоен ".
Этот факт об угрозах типичен для Л. Берии и его окружения. Широко известно событие аналогичного характера, но уже в области освоения ракетно-космической техники. На одном из полигонов замедлились темпы строительства и монтажа наземно-проверочного оборудования для пуска ракет Л. Берия прибыл на полигон, ознакомился с ходом работ, пригласил руководителей и сказал. "Если через один месяц объект не будет готов к пуску, то я расстреляю Вас как изменников Родины, саботирующих ввод полигона в строй действующих".
Что и как делало руководство полигона, история не сохранила для потомков, но факт остается фактом испытательные пуски ракет были произведены в отведенные сроки.
Но вернемся к И. В. Курчатову.
25 декабря 1946 года И. В. Курчатов с сотрудниками Лаборатории № 2 впервые на континенте Европы и Азии осуществили в первом уран-графитовом реакторе управляемую цепную реакцию деления урана.
29 августа 1949 года под руководством И. В. Курчатова было проведено успешное испытание атомной бомбы.
12 августа 1953 года под руководством И. В. Курчатова состоялось первое испытание нового грозного ядерного оружия.
Выступая с трибуны сессии Верховного совета СССР, депутат И. В. Курчатов заявил [14]: "Нужно превратить атомную энергию из орудия разрушения, каким она может стать, в могучий источник энергии, несущий благосостояние и радость всем людям на Земле".
Одним из таких источников стали атомные электростанции. 27 июня 1954 года в Обнинске была пущена первая в мире атомная электростанция, проектирование и строительство которой велись под научным руководством И. В. Курчатова.
Игорь Васильевич твердо верил в будущее атомной энергетики. Задумывалась Нововоронежская АЭС с водо-водяным корпусным реактором и Белоярская АЭС - с канальным уран-графитовым. Реакторы этих двух типов, конечно, значительно усовершенствованные сегодня составляют основу атомной энергетики нашей страны. В конце 50-х И. В. Курчатов добился решения о целесообразности строительства первых крупных АЭС.
Еще при жизни И. В. Курчатова был спущен на воду первый в мире атомный ледокол "Ленин".
Он со всей страстностью своей активной натуры решительно выступил за полное запрещение ядерного оружия повсеместно и на вечные времена за использование атомной энергии только на благо человечества за мир во всем мире.
Родина высоко отметила титаническую деятельность академика И. В. Курчатова: он был удостоен звания Героя Социалистического Труда, многократно награжден орденами и медалями СССР был в числе первых лауреатов Ленинской премии.
Значителен вклад в развитие ядерной энергетики академика Н. А. Доллежаля.
Н. А. Доллежаль длительный период возглавлял Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники (НИКИЭТ) в котором были разработаны первые канальные уран-графитовые реакторы, в том числе и для ЧАЭС.
Знакомство с И. В. Курчатовым, знаменитой Лабораторией №2 (в последствии - Институт атомной энергии имени И. В. Курчатова) и желанием И. В. Курчатова в кратчайшие сроки создать урановый "Котел". Промышленного назначения, монография профессора Смита (США), эскизные чертежи реактора - вот та исходная информация для работы института в новой области, да плюс еще жесткие сроки.
Вот они.
Первое знакомство Н. А. Доллежаля с новой работой - январь 1946 года, а уже в августе 1946 года - представление рабочих чертежей реактора строителям.
Конечно, совершенно очевидным было чувство огромной ответственности у коллектива за решение конструкторской задачи. Задачи с множеством неизвестных.
Вот как передает переживания и творческие муки первых недель работы над проектом реактора Н. А. Доллежаль [16]:
"Все первые недели мне не давала покоя общая, принципиальная схема реактора. Непредсказуемо было поведение урановых блоков в каналах. Не было гарантии против их деформации. Как и деформации блоков графита. Нет не лежала душа к такой компоновке. Что-то вызывало в ней интуитивный протест, какой-то она казалась неконструктивной.
В ту пору хмурым февральским днем я находился в кабинете у одного из ближайших помощников Курчатова - Владимира Владимировича Гончарова. Ждал, когда появится Игорь Васильевич.
За разговором я машинально взял в руку наполовину сломанный спичечный коробок и стукнул его торцом по столу. Взгляд остановился на подпрыгивающих спичках. Где-то в глубине сознания шевельнулась неясная еще мысль. Что-то связанное с работой, с чем-то ускользающим мучительно саднящим… И вдруг- вспышка, озарение! Я даже перестал слушать Гончарова. Ну конечно, наш реактор требовалось развернуть на девяносто градусов поставить его, сделать не горизонтальным, а вертикальным!
Это сразу снимало многие вопросы. И прежде всего - о деформации конструктивных элементов при нагреве. Они по своей механической сути переставали быть нагруженными.
В тот же день я со своими конструкторами начал проработку вертикального варианта.
Когда появились эскизные очертания новой конструкции, я посвятил в свои замыслы Игоря Васильевича, объяснил ему, в чем, на мой взгляд, имела преимущества такая схема. Хоть он и не был инженером-конструктором, но доводы мои схватил быстро, поверил в них.
Итак, эскизы горизонтальной схемы мы отложили и форсированно, засиживаясь допоздна, готовили схему вертикальную. Как нам объявили, проект промышленного ядерного реактора, параллельно с НИИхиммашем, разрабатывала группа Ленинградских конструкторов - их я видел при знакомстве с Курчатовым в Лаборатории № 2. Это разумно привлечение двух коллективов исключало монополизм, давало возможность выбора. И такой выбор должна была сделать высокая комиссия в середине марта. На все и про все у нас оставалось меньше месяца.
"Ленинградский" вариант был выполнен по горизонтальной схеме и выглядел принципиально слабее нашего. Да и проработан он был менее тщательно. Преимущества вертикальной схемы оценили все члены комиссии. Наш эскизный проект признали вполне приемлемым для дальнейшей проработки и создания на его основе крупного промышленного реактора.
К августу от нас ожидались чертежи технического проекта и рабочие чертежи основных деталей.
Трудились мы, не щадя себя, не считаясь со временем. Сложностей хватало. Да и как могло быть иначе? Нам приходилось создавать устройство, где использовались ранее неведомые силы природы, силы, проявления которых никому из нас не приходилось ни видеть, ни, как говорится, подержать в руках. И как поведут они себя, на какие неожиданности окажутся способными, с полной определенностью не могли ответить и сами физики-атомщики.
Не было, например, стопроцентной ясности с радиацией - сколь велика ее угроза, как обеспечить надежную защиту от нее. Но нам помогал опыт общения с агрессивными средами, высокими давлениями и температурами.
Проект реактора, включая все важнейшие проверки его узлов, мы закончили в июле. Помнится, как ехал я к Курчатову с кальками, а острое чувство тревоги не давало покоя. Ведь тот экспериментальный реактор что сооружали сами физики в Лаборатории № 2, еще не был готов. А здесь - чертежи, по которым начнется строительство очень мощных (по тем временам) и крупных промышленных реакторов строительство необычайно дорогое исключительно важное для интересов государства. Где гарантии, что пуск экспериментального "котла" не перечеркнет наш проект или как минимум не потребует коренной его переработки?.
Эти гнетущие меня сомнения я сразу же высказал Игорю Васильевичу. Но мое волнение ему не передалось. Наоборот он постарался успокоить меня.
- Не сомневайтесь, все будет в порядке. Принципиальные ошибки в проекте исключены. А если испытания выявят что-то непредвиденное, вы успеете внести изменения в конструкцию. Так что давайте чертежи буду подписывать.
Первый в Европе атомный реактор созданный для экспериментальных целей и названный "Ф-1" ("Физически - первый") был пущен 26 декабря 1946 года. Пущен, когда работы по сооружению промышленного реактора уже шли полным ходом. Решение правительства об их начале вышло в августе.
В мае 1948 года работы были закончены. Началась загрузка урановых блоков, заключенных в оболочку из анодированного алюминия. Пуск промышленного реактора произошел благополучно без особых злоключений. Первый на континенте промышленный атомный реактор к началу июня достиг критичности и стал медленно, но верно производить столь нужный для обороны страны плутоний.
Окончательная цель была достигнута через пятнадцать месяцев. 29 августа 1949 года на испытательном полигоне грянул взрыв советской атомной бомбы. 23 сентября правительство США, Великобритании и Канады признали факт создания в Советском Союзе атомного оружия. Ведь, как стало известно годы спустя, в Пентагоне к тому времени уже был готов план военной кампании против СССР -"Дропшот". Он предусматривал бомбардировку ста советских городов тремястами атомными бомбами. Разумеется, бомбардировку безответную. В качестве примера в Приложении 4 представлена директива ЦРУ США, регламентирующая деятельность США при противостоянии с СССР.
К слову, первый промышленный реактор, срок жизни которого был официально предопределен в три года, работает вот уже сорок лет. Мало того, его мощность, а стало быть и производительность удалось увеличить в несколько раз. Но и это еще не все. Заложенная в нем принципиальная конструктивная структура послужила базой, на которой были созданы мощные устройства, явившиеся в начале 70-х годов основой первоочередного развития большой атомной энергетики в нашей стране.
После пуска промышленного реактора этот относительно спокойный для меня период жизни длился недолго.
Как-то - дело было в конце 1949 года - мне позвонил Игорь Васильевич Курчатов. Попросил приехать. Через час я был у него.
- Что ж, - сказал он, - одно дело сделано, и сделано неплохо. С бомбой мы получили результат на год раньше, чем рассчитывали. Теперь можно приниматься и за другое - за мирное применение энергии атома. Есть у вас какие-нибудь соображения на этот счет?
Я ответил что одно из соображений лежит на поверхности это утилизация тепла выделяемого в ходе цепной реакции деления ядер. В промышленном реакторе оно выступало вредным фактором который устраняли путем охлаждения. Если же главную задачу видеть не в производстве плутония, а в эффективном использовании тепловой энергии то ее можно обратить на выработку пара, способного вращать ротор турбогенератора.
- Вы правы: идея лежит на поверхности, - согласился Игорь Васильевич. - Но на самом деле все не так просто.
- Конечно. Масса технических проблем. Тип реактора. Теплоноситель. Температура и давление. Материалы. Безопасность. Экономическая эффективность. Вопросы, вопросы - и к вам, физикам и к нам, инженерам.
- Вот и будем браться за них сообща, благо опыт совместной работы есть.
Для начала надо было конечно решить главное какой тип реактора взять для проработки. Ведь урановые реакторы могут различаться по многим признакам. По тому, на каких нейтронах они действуют медленных или быстрых. По используемому замедлителю им может быть графит тяжелая или обычная вода, чистый бериллий или его оксиды (правда к применению бериллия пришли позже). По теплоносителю, в роли которого может выступать вода, газ, жидкий металл. На этот счет наше решение было единодушным разрабатывать реактор на медленных нейтронах, с графитовым замедлителем и водяным теплоносителем.
Правда, предупредил Курчатов, возможны и другие варианты, ибо не нам одним предложено представить свой проект. В состязание включается Институт физических проблем, руководимый старым знакомым Игоря Васильевича Анатолием Петровичем Александровым. И группа Александра Ильича Лейпунского из Физико-энергетического института (тогда еще носившего статус лаборатории). Выбор сделает технический совет Министерства среднего машиностроения, которое ведало производством атомных реакторов.
Технический совет, в состав которого входил Курчатов, собрался в начале 1950 года.
Итак, все решилось. Конструирование реактора для атомной электростанции возложили на НИИхиммаш. Разрабатывать электростанцию в целом выпало одному из ленинградских НИИ возглавляемому А .И. Гутовым. Мощность станции планировалась в 5000 киловатт. Цифра эта возникла отчасти благодаря случаю. В то время имелся вполне конкретный турбогенератор такой мощности. Его списали с МОГЭСа и переправили в строящийся городок Обнинск, где создавался Физико - энергетический институт. Именно там и решили сооружать атомную электростанцию.
В чем было принципиальное отличие создаваемого реактора от прежнего промышленного? В промышленном реакторе вода служила охладителем, иных функции она не несла. Но излишки тепла отводимого водой были таковы, что ее температура изрядно не дотягивала до точки кипения. Здесь же воде предстояло выступить в роли энергоносителя то есть служить для образования пара способного выполнять полезную работу. А значит, требовалось, если возможно, поднять ее температуру и давление иными словами обеспечить достаточную энергопригодность реактора.
Из предварительных расчетов вытекало, что турбогенератору в 5000 киловатт электрической мощности должен соответствовать реактор с тепловой мощностью 30 тысяч киловатт. Такая мощность позволяла производить пригодный для турбины пар температурой свыше 200 градусов и давлением 12 атмосфер. Конечно, для обычной теплотехники такие параметры выглядели вчерашним днем. Но для начала для первого шага это было допустимо. С такими данными и фигурировал наш предварительный проект на техническом совете, где ему было отдано предпочтение.
Реактор задумывался по хорошо зарекомендовавшей себя вертикальной схеме. Только вместо урановых стержней конструкция предусматривала урановые тепловыделяющие элементы - ТВЭЛы (эта аббревиатура быстро прижилась и вошла в официальный технический лексикон). В чем была разница между ними? Стержень вода обтекала снаружи. ТВЭЛ же представлял собой двухстенную трубку. Между стенками располагался обогащенный уран, а по внутреннему каналу протекала вода. Расчеты показали, что при такой конструкции нагреть ее до нужных температур намного проще.
Итак, из эскизных чертежей вырисовывался следующий облик реактора. В средней части цилиндрического корпуса диаметром более полутор.
В 1951 году, когда вовсю шли чертежно-конструкторские работы, а экспериментам еще не было видно конца, строительство первой в мире атомной электростанции уже началось. Заложили фундамент. Стали возводить толстые бетонные стены, способные не пропустить радиационное излучение. В стенах формировались каналы для электрокабелей вентиляционных труб.
То, что строительство велось почти параллельно с проектированием станции, прибавляло нам трудностей. В ходе экспериментов выявлялись все новые и новые данные, которые нельзя было оставлять без внимания. Не часто, правда, но все же иногда приходилось переделывать уже сконструированные узлы и устройства. Но из габаритов заданных стенами, возведенными на основе первоначальных наметок, выходить было нельзя. И это требовало мобилизации всей изобретательности, на какую мы были способны постоянного поиска нестандартных решений. Шли такие ограничения во вред или на пользу дела сказать трудно. Но одно не подлежит сомнению если б строительство велось "по правилам", то есть началось после окончательного завершения проекта, АЭС вступила бы в строй на несколько лет позже.
Все рабочие чертежи были готовы в 1952 году. Но еще продолжались эксперименты испытания отдельных узлов. А на стройке уже начался монтаж оборудования, требовавший нашего наблюдения. Руководить монтажом выпало Василию Федоровичу Гусеву. В День Победы, 9 мая 1954 года, в Обнинске собрались члены Государственной комиссии по приему и пуску АЭС. Входило в нее около десяти человек, в том числе И. В. Курчатов, А. П. Александров, А. И. Алиханов. На этот день был назначен физический пуск реактора.
Загрузка ураном проходила нормально. К вечеру реактор ожил. Цепная реакция пошла! Операторы проверили работу реактора на малой мощности. Потом мощность стали постепенно наращивать. И, наконец, около здания генераторной появились шипящие облачка пара - еще слишком слабого, чтобы вращать ротор турбины, но все-таки впервые в истории человечества полученного на атомной энергии. Восхитительное чувство охватило нас. Свершилось! Событие не столь эффектное, как ядерный взрыв, но по своему значению вполне с ним сопоставимое. А по величине вклада в копилку человеческого прогресса намного его превосходящее.
С легким паром! - тотчас же прозвучали голоса Мы обнимались, пожимали друг другу руки. Так был ознаменован День Победы.
2 июня, в 17 часов 45 минут, в присутствии той же комиссии пар был пущен на лопатки турбины и в электросеть пошел ток, рожденный от уранового "котла". На следующий день первая в мире АЭС стала под нагрузку. Все проектные параметры были выдержаны. Коэффициент полезного действия станции соответствовал расчетному.
Это "Первая" с большой буквы закрепилось за станцией как собственное имя повсеместно, в том числе и за рубежом.
"Правда" в номере от 1 июля 1954 года под рубрикой "В Совете Министров СССР" сообщала, что в стране пущена первая промышленная электростанция на атомной энергии. Сообщение вызвало большой резонанс во всем мире. Да и было на что реагировать.
По времени мы отставали от Соединенных Штатов с началом прикладных ядерных исследований. Американцы уже в 1942 году имели работающий атомный реактор, а мы своим физическим обзавелись четыре года спустя. Они сумели привлечь к работе над атомной бомбой цвет физиков-ядерщиков со всего света Мы обходились исключительно своими силами. Пустившись в вынужденную погоню за ними, мы опять же на четыре года позже произвели атомный взрыв. Но уже водородную бомбу мы создали раньше. А прорыв в сферу мирного использования атомной энергии вывел нас в тот момент в безусловные лидеры.
Одним это казалось невероятным, других раздражало чрезвычайно. Ну а мы могли готовиться к качественно новому шагу.
В 1957 году, когда были восстановлены Ленинские премии, этим высоким отличием отметили группу создателей первой АЭС. В составе ее были Д. И. Блохинцев, А. К. Красин, В. М. Малых и я.
В первой половине 60-х годов взгляд на будущность атомной энергетики сформировался вполне отчетливо. К этому времени стран, где работали атомные электростанции становилось все больше. И первостепенное значение теперь приобретала коммерческая эффективность станций. А достичь ее можно было за счет существенного повышения единичной мощности реактора. С решением этой технической задачи и связывался завтрашний день реакторостроения.
Таковы были предпосылки, побудившие Министерство среднего машиностроения поставить задачу разработать проект реактора электрической мощностью в один миллион киловатт. Для начала были рассмотрены все существующие типы реакторов. Не только наших, но и американских, английских, канадских, западногерманских, французских и прочих. В результате было признано целесообразным взять за основу, конечно, с последующими конструктивными усовершенствованиями, два проекта. Один - по типу реактора Сибирской АЭС, второй - по типу Нововоронежской (там стоял водо-водяной корпусной реактор) Разработка проекта по первому типу, то есть уран-графитового реактора, была поручена коллективу НИКИЭТа.
К делу мы приступили в содружестве с Савелием Моисеевичем Фейнбергом (а тем самым и с Анатолием Петровичем Александровым). Размышления привели нас к выводу, что если в таком канальном реакторе соответствующих размеров использовать для охлаждения кипящую воду под давлением 70 атмосфер, то можно достичь тепловой мощности в 3-3,5 миллиона киловатт. А это как раз и даст заданный миллион киловатт электроэнергии, которую выработают серийные турбогенераторы, питаемые насыщенным паром из реактора. Говоря языком теплотехники, термодинамический коэффициент полезного действия обещал составить примерно 30 процентов.
Такой КПД для атомной установки по тем временам был вполне хорош. Наши расчеты показывали, что обойтись одним лишь природным ураном не удастся (а к этому все мы тогда стремились). Проект реактора - "миллионника" под индексом Э-7, разработанный НИКИЭТом совместно с Институтом атомной энергии имени И. В. Курчатова, в 1965 году был направлен в министерство. К заседанию Ученого совета, на котором велось обсуждение проекта, мы подготовили аргументы в его защиту, ибо среди тех, кто влиял на принятие решения, у него имелись как сторонники, так и противники. Противники считали, что строиться должны исключительно водо-водяные реакторы.
Главный наш довод был такой. При сооружении канального уран-графитового реактора мы сможем использовать кооперативные связи между машиностроительными заводами, сложившиеся еще при! изготовлении первых промышленных реакторов. И это позволит! справиться с задачей за 5-6 лет. Американцы же, как известно тратят на строительство больших корпусных реакторов 8-10 лет (своего опыта в таком строительстве у нас просто не было, корпусной реактор в Нововоронежском был небольшой мощности). А все, что касалось сроков, имело тогда большую актуальность в стране сложилась трудная обстановка с энергоснабжением.
Позволю здесь себе небольшой экскурс в будущее. Пуск первого корпусного реактора - "миллионника" состоялся только в 1979 году, а серийное производство началось, по существу шесть лет спустя, после постройки специального завода "Атоммаш". Канальный же реактор равной мощности вступил в эксплуатацию в 1973 году. К 1980 году их работало уже около десятка.
Все доводы НИКИЭТа члены Ученого совета, а с ними и руководители министерства, признали вполне обоснованными. Наше детище получило право на существование. Ему было присвоено новое имя - РБМК (реактор большой мощности, канальный), под которым он и вошел в мир.
Началась разработка технического проекта реактора. Велась она под научным руководством академика А.П. Александрова. Взаимодействие с возглавляемым им. Курчатовским институтом облегчало нашим конструкторам жизнь, позволяя сосредоточить все силы на самом реакторе и не отвлекаться на решение многих сопутствующих проблем.
Тем временем вышло постановление правительства о сооружении атомной электростанции в районе Копорья (в 100 километрах от Ленинграда) с двумя реакторами типа РБМК -1000 (то есть мощностью в одну тысячу мегаватт, или миллион киловатт).
Первый блок электростанции, получивший наименование Ленинградской АЭС, как раз и был тем первым канальным реактором большой мощности, который вошел в строй в 1973 году. Помимо пара для турбин температурой 280 градусов и давлением 65 атмосфер, станция могла производить и тепло для отопления. Пуск такого крупного энергообъекта, как "миллионник", представлял собой событие неординарное. И не удивительно, что все связанное с ним рассматривалось на специальном заседании под руководством Председателя Совета Министров СССР На этом посту тогда находился А Н Косыгин.
Серийно производимые РБМК составили энергетическое ядро Ленинградской, Курской, Смоленской,Чернобыльской, Игналинской атомных электростанций построенных в конце 70 - начале 80-х годов. Многолетний опыт их эксплуатации выявил все те положительные свойства канальных реакторов большой мощности, которые виделись нам еще на стадии проектирования. А по ряду показателей первоначальные ожидания были превзойдены.
Реакторы оказались экономичными по стоимости вырабатываемой энергии. Достаточно простыми в управлении, разумеется, при соблюдении всех требований эксплуатационных инструкций. Качество поставляемого к ним оборудования постепенно удалось улучшить и это позволило сократить частоту и продолжительность ремонтных работ. Открывались возможности для нейтронного облучения в каналах реакторов некоторых материалов и для других операций, в частности связанных с гамма-излучением. Одним словом, практика - критерий истины - говорила, что решение строить РБМК было обоснованным и правильным".
Отмеченные вехи в творчестве Н А Доллежаля, достигнутые результаты принадлежат не только ему, как Главному конструктору реакторов, а и всему коллективу НИКИЭТ, одному из крупнейших в России центров ядерной техники и технологии.
История института связана с первыми шагами освоения ядерной энергии в СССР. В конструкторском бюро Н А. Доллежаля проектировались первые отечественные промышленные плутониевые реакторы.
В 1952 г. Совет Министров принял постановление об организации на базе конструкторского бюро института, который в дальнейшем стал создателем первых ядерных реакторов в СССР.
По проектам института в России и за рубежом построено более 30 и эксплуатируется в настоящее время 15 исследовательских реакторов. Более половины электроэнергии АЭС в РФ вырабатывается на реакторах конструкции НИКИЭТ.
Институт разрабатывает энергетические и исследовательские ядерные реакторы, транспортные и транспортабельные энергетические установки, атомные станции теплоснабжения, ядерные технологические системы для производства тепла, пара, пресной воды и др. В обоснование проектируемых ядерных установок институт проводит крупномасштабные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.
Исследования по развитию дочернобыльскои ядерной энергетики были бы неполными без анализа второй стороны медали - проблемы радиационной безопасности на предприятиях атомной промышленности, защиты специалистов и населения проживающего в районах дислокации потенциальных объектов возможного радиационного загрязнения окружающей среды.
Известно, что первый плутоний был получен на комбинате "Маяк" (Южный Урал, "закрытый" город-"Челябинск-40"), использовавшийся при создании первой атомной бомбы.
Это предприятие - гордость и история послевоенной отечественной промышленности, положившее начало созданию надежного "щита" Родины от возможных агрессоров. Ради этого работники ядерной индустрии не жалели ни здоровья, ни своих знаний, таланта, а порой и жизни.
Но радиационная обстановка на предприятиях по свидетельству академика РАМН Л. А. Ильина [6] "была ужасной… радиационные отходы от реакторов сбрасывались в реку Теча… Перед началом сброса нужно было отселить население. Это около 50 тысяч человек (Но этого не сделали - от авт.) Сброс в Течу продолжался до 1954 года, только потом начали создавать внутренние водоемы".
Еще значительней были дозовые нагрузки у персонала предприятий атомной промышленности. На раннем этапе (1949-1955гг.) дозиметрия была несовершенной. Дозовые нагрузки на комбинате "Маяк" достигали за месяц 100 бэр. "Это люди - жертвы ядерной гонки, которую так остро ощущал комбинат "Маяк". [6].
Отдельно необходимо остановиться на радиологических и экологических проблемах, возникших в связи с развитием атомной энергетики.
Директор ВНИИ сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Россельхозакадемии Р.М. Алексахин отмечает [17]: "Сразу после пуска объекта атомной промышленности на Урале, известного ныне как ПО "Маяк", были начаты первые обширные исследования по рассеиванию искусственных радионуклидов в природных средах, а фактически первые крупные натурные радиоэкологические наблюдения охватили всем известную реку Теча и ряд искусственных водоемов вокруг промплощадки ПО "Маяк". Конечно сегодня можно и нужно констатировать, что изначально радиоактивные сбросы в регионе первенца нашей атомной промышленности были достаточно интенсивными однако следует помнить, что это было в конце 40-х - начале 50-х годов, когда наши знания о действии ионизирующих излучений на биосферу и природную среду были весьма ограниченными, а многое диктовалось исключительно краткими сроками изготовления необходимых оборонных изделии.
Здесь же следует отметить, что и наш потенциальный противник в то время - США - также не избежал достаточно крупных сбросов радиоактивных отходов в окружающую среду. На предприятиях атомной промышленности в США на комплексах в Ок-Ридже и Хэнфорде, в штатах Теннесси и Вашингтон тоже образовались сравнительно большие поля радиоактивного загрязнения, а американские реки Клинч и Коламбия стали таким же предметом исследований и объектом озабоченности, как и река Теча в Челябинской области.
Осенью 1957 г. на предприятии ПО "Маяк" произошла крупная радиационная авария с выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду. Эта авария в настоящее время широко описана в литературе как Кыштымская авария, а образовавшийся след получил название Восточно-Уральского радиоактивного следа (сокращенно ВУРС).
Образование крупного загрязненного пятна на территории Челябинской, Свердловской и Курганской областей привело к необходимости выполнения комплекса экстренных мер по обеспечению радиационной безопасности населения (особенно в ближней части следа). Это трагическое событие дало уникальную возможность для изучения громадного спектра вопросов, касающихся краеугольных задач в области охраны окружающей среды: изучения круговорота радионуклидов в среде обитания человека, дозообразования у живых организмов и действия ионизирующих излучений на животных и растения.
Наличие на территории ВУРС богатого разнообразия природных ландшафтов и естественных экосистем: бывших пахотных земель, лугов пастбищ, лесов разных типов, большого числа озер и рек позволило выполнить уникальные природные наблюдения за миграцией радионуклидов в различных природных средах, а также по действию ионизирующих излучений на природу.
Естественно, первоначально решение многих научных вопросов на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа было подчинено оборонным проблемам, касающимся массированному радиоактивному загрязнению природы. Однако одновременно был собран уникальнейший материал о поведении практически всех радионуклидов в почвах, атмосфере, водах, в системе растения - животные - человек, что создало прекрасную базу для будущих прогнозов последствий возможного появления искусственных радионуклидов в природной среде.
Главный итог этих исследований состоял в следующем: радиоактивная компонента в абсолютном большинстве случаев на объектах атомной промышленности не определяет суммарное вредное во3действие на окружающую среду и здоровье человека. В определенной степени было развеяно научно ничем не обоснованное предположен, что предприятия атомной промышленности при нормальной технологической (я это подчеркиваю) работе представляют собой постоянно действующие источники радиоактивного загрязнен биосферы. К сожалению, этот глубоко ошибочный постулат еще иногда, продолжает высказываться . Конечно, предприятия атомной промышленности - это объекты повышенной радиационной опасности и риска, но это не трубы и неконтролируемые источники постоянной сброса в окружающую среду опасного количества радиоактивного веществ. При правильном проектировании, сооружении и эксплуатации все предприятия полного ядерного топливного цикла, включая АЭС, являются надежными экологически чистыми объектами. Конечно, есть проблемы радиационной безопасности реакторов и радиохимических производств снятия АЭС с эксплуатации и радиоактивных отходов. Ещё раз подчеркну становящиеся все более очевидными преимущества ядерной энергетики - отсутствие сжигания кислорода, отсутствие химических выбросов, отсутствие негативного изменения баланса СО ("парниковый" эффект) решение (отчасти) проблем истощения озонового слоя".
Непосредственно на объектах атомной промышленности велся учет дозовой нагрузки сотрудников (регистры). Однако медики смогли установить прямую связь между раком легких и плутонием только спус десятилетия. И даже после этого работники "Маяка", получившие огромные дозы, не имели права упоминать, на каких предприятия: работали, тем более связывать заболевания с радиацией.
|