Фукусимский кипятильник

Как устроены реакторы на АЭС "Фукусима-1" и что может с ними произойти в результате аварии.

На АЭС в Фукусиме используется кипящий ядерный реактор (BWR) корпусного типа. В сильно упрощенном виде принцип работы такого реактора напоминает работу обычного кипятильника, который, нагреваясь сам, нагревает воду в сосуде. Корпус реактора состоит из толстостенного цилиндрического сосуда и крышки. Внутри этого корпуса находится шахта — тонкостенный сосуд с отверстиями, через которые проходит теплоноситель — вода. Она под давлением 15,7 МПа и с температурой 289°С поступает в пространство между корпусом и шахтой и движется вниз. Через отверстия в дне шахты вода попадает внутрь шахты в активную зону. Здесь размещаются тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ), в которых происходит деление тяжелых ядер изотопов урана или плутония и которые обеспечивают отвод тепла от топлива к воде.

Проходя через активную зону, вода закипает, над поверхностью воды образуется насыщенный водяной пар, который направляется в паровую турбину. Пар поворачивает лопасти турбин электрогенераторов, охлаждается и возвращается в активную зону. Снаружи реактор защищен бетонным колпаком, который должен обеспечивать безопасность даже в самых тяжелых аварийных ситуациях.

Одна из таких ситуаций возможна, если останавливается поток теплоносителя. Тогда активная зона начинает перегреваться, и все больше воды превращается в пар. Пар создает огромное давление внутри большого замкнутого корпуса. Если активная зона перегреется, ее оболочка начнет плавиться, вызвав возгорание составляющих частей. В худшем случае расплавится дно капсулы реактора, и радиоактивные материалы попадут на дно корпуса. Корпус устроен так, чтобы не позволить высокорадиоактивной массе проникнуть дальше. То есть реактор будет серьезно поврежден, но радиоактивные материалы не должны попасть в окружающую среду. Кроме того, в процессе эксплуатации возможно нарушение герметичности оболочек отдельных ТВЭЛ: образование микротрещин, через которые газообразные продукты деления попадают в теплоноситель, либо возникновение дефектов, при которых возможен прямой контакт топлива с теплоносителем.

На случай аварийной ситуации в каждом реакторе имеется активная аварийная защита, которая должна срабатывать автоматически при превышении допустимого значения хотя бы одного параметра (мощности, температуры, давления пара, скорости разгона, при выходе из строя ТВЭЛ или при отключении электропитания от насосов, создающих поток воды через активную зону). Защиту обеспечивают стержни с веществом, хорошо поглощающим нейтроны, например бором или кадмием. Стержни могут быть подняты или опущены в реактор. При нормальной работе реактора стержни находятся вне активной зоны во взведенном состоянии. При аварии они сбрасываются в активную зону, что приводит к немедленному прекращению цепной реакции.

На АЭС "Фукусима-1" после землетрясения сработала аварийная защита и были автоматически остановлены три работающих энергоблока. Однако возникшее из-за подземных толчков цунами нарушило электроснабжение АЭС. На "Фукусиме-1" имеются резервные дизельные электростанции, но и они не сработали. Таким образом, остановленные реакторы остались без охлаждения. А даже в остановленном реакторе ТВЭЛ продолжают выделять тепло в огромных количествах на протяжении длительного времени. По состоянию на 17 марта на АЭС "Фукусима-1":

в реакторе 1 нарушено охлаждение, частично разрушено ядро в результате расплавления, произошел взрыв водорода, повреждено 70% топливных стержней, производится закачка морской воды;

в реакторе 2 охлаждение нарушено, производится закачка морской воды и борной кислоты, топливные стержни временно обнажены, частично разрушено ядро, повреждена система защиты и 33% топливных стержней, по данным агентства Kyodo, нарушена герметичность бетонной оболочки;

в реакторе 3 охлаждение нарушено, частично разрушено ядро, производится закачка морской воды, взрыв водорода, воду на поврежденный реактор сбрасывают с вертолетов, работают пожарные машины, которые тоже обливают здания водой;

в реакторе 4 проводятся работы по сохранению, пожар, вызванный взрывом водорода. В реакторах 5 и 6 сохраняется стабильная ситуация, однако повышается температура в бассейне с отработанным топливом.

На АЭС "Фукусима-2" все четыре реактора заглушены. При этом в реакторах 1, 2 и 4 нарушено охлаждение, повышается температура в бассейнах с отработанным топливом.

Уровень радиации в пределах территории станции скачет. В среду работы на АЭС "Фукусима-1" были полностью приостановлены из-за резкого повышения радиации. В четверг уровень излучения вырос до 3 тыс. микрозиверт в час, что в три раза превышает допустимую годовую норму.