• апр 26, 2019

Низкая культура безопасности всей системы - причина аварии на Чернобыльской АЭС

26 апреля всё атомное сообщество чтит память героев, которые ценой собственной жизни смогли защитить нас от последствий крупнейшей техногенной катастрофы - аварии на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС. Сегодня в 33 годовщину трагедии важно понимать, какие выводы были сделаны и как авария повлияла на дальнейшее развитие мировой атомной энергетики.

Причинам и выводам Чернобыльской трагедии посвящена статья Разу Камилова, члена Украинского ядерного общества, ведущего инструктора учебно-тренировочного центра ОП «Атомремонтсервис».

Низкая культура безопасности всей системы – причина аварии на Чернобыльской АЭС

Грустная ирония судьбы состоит в том, что понятие Культура безопасности своим появлением в качестве одного из фундаментальных принципов безопасности в атомной отрасли, обязано аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г.

В итоговом докладе о расследовании экспертов МАГАТЭ это отражено так: «Комиссия отмечает, что, анализируя коренные причины чернобыльской аварии, INSAG (Международная консультативная группа по ядерной безопасности –International Nuclear Safety Advisory Group) приходит к выводу о необходимости формирования и поддержки «культуры безопасности» как важнейшего условия безопасности АЭС». В дальнейшем МАГАТЭ закрепило это понятие в своих официальных документах.

Анализируя причины аварии на ЧАЭС, я буду опираться на официальный отчет экспертов МАГАТЭ INSAG-7, т.к. существует много других версий причин аварии, включая экзотические (типа теории заговоров или вмешательство инопланетян). Требования по культуре безопасности применены в соответствии с документом INSAG-4.

Суд над працівниками ЧАЕС

Суд над работниками ЧАЭС

«Итоговый доклад послеаварийной обзорной конференции по Чернобыльскому реактору» Международная консультативная группа по ядерной безопасности INSAG-1 опубликовала в 1986 году. В докладе акцент был сделан на вине персонала, как основной причине аварии. Такой подход совпадал с выводами советской комиссии по расследованию.

В СССР несколько человек из эксплуатационного персонала были осуждены на различные сроки лишения свободы.

В 1993 году был выпущен дополненный доклад INSAG-7, в котором просматривается попытка экспертов МАГАТЭ оправдаться за свое согласие с версией причин аварии, предложенной в 1986 году в отчете советских специалистов. В новом докладе в качестве основной причины аварии названы конструктивные недостатки реактора.

Для удобства восприятия, я буду излагать материалы в следующей последовательности:

- краткое содержание выводов экспертов МАГАТЭ о причинах аварии;
- пояснение содержания выводов,что имеется ввиду;
-в чем состоит проявление низкой культуры безопасности.

Технические детали излагаются максимально упрощенно, на доступном неспециалистам языке.

Вывод экспертов о причинах аварии

«Недостатки конструкции реактора ЧАЭС, предопределили тяжелые последствия чернобыльской аварии. Причиной катастрофы являются выбор разработчиками реактора концепции, в которой, не были достаточно учтены вопросы безопасности, в результате чего получены физические и теплогидравлические характеристики активной зоны реактора, противоречащие принципам создания динамически устойчивых безопасных систем. Неудовлетворительные с точки зрения безопасности физические и теплогидравлические характеристики активной зоны реактора были усугублены ошибками, допущенными при конструировании СУЗ. Реактор РБМК-1000 с его проектными характеристиками и конструктивными особенностями по состоянию на 26 апреля 1986 г. обладал столь серьезными несоответствиями требованиям норм и правил по безопасности, что эксплуатация его стала возможной лишь в условиях недостаточного уровня культуры безопасности в стране» (INSAG-7)

Что подразумевается

На момент эксплуатации, реакторы типа РБМК (эксплуатировались на ЧАЭС) уже не отвечали требованиям нормативных документов по безопасности, действовавших в то время. Например, одно из важнейших свойств, которым должен обладать реактор согласно ОПБ (Общие положения обеспечения безопасности атомных станций) это свойство внутренней самозащищенности (саморегулируемости). Это означает, что реакторная установка должна обеспечивать безопасность на основе естественных обратных связей, процессов и характеристик внутри реактора. Для лучшего понимания дальнейших пояснений и примеров, приведу некоторую технические подробности. Расщеплять уран U235 могут только медленные (или тепловые) нейтроны. Поэтому, почти все современные реакторы работают на медленных нейтронах. Нейтроны делятся на медленные и быстрые в зависимости от их кинетической энергии. Изначально нейтроны бывают быстрыми. Для их замедления применяют т.н. замедлители. В основном это вода или графит. В реакторах ВВЭР, которые в настоящее время эксплуатируются в Украине, в качестве замедлителя используется вода. В реакторах РБМК (чернобыльского типа) замедлителем является графит.

Схема ядерних процесів в реакторі

Схема ядерных процессов в реакторе

В реакторах ВВЭР саморегулирование на основе естественных обратных связей осуществляется следующим образом:

Увеличивается мощность реактора – увеличивается температура воды – уменьшается плотность воды - уменьшается ее замедляющая способность – уменьшается количество медленных нейтронов – уменьшается количество расщепляемых ядер – снижается мощность реактора.

При снижении мощности процесс повторяется в обратном порядке. Таким образом, реактор находится в стабильном состоянии, колеблясь в небольшом диапазоне мощностей.

Рассмотрим ту же цепь событий для реактора РБМК.

Увеличивается мощность реактора - увеличивается температура графита - но замедляющая способность графита при этом не меняется – количество медленных нейтронов продолжает расти – количество расщепляемых ядер продолжает расти – реактор разгоняется (т.н. положительный паровой эффект).

Пока не вмешается оператор или система автоматического регулирования, реактор будет разгоняться. Именно о таких характеристиках реактора и идет речь в выводах экспертов.

Реактор ВВЕР

Реактор ВВЭР

Реактор РВПК

Реактор РБМК

Нестабильности РБМК также способствуют большие размеры активной зоны. Более 11 метров в диаметре и 7 метров высоты. Сравните с размерами ВВЭР примерно 4 на 4 метра. Большое реакторное пространство приводит к неравномерному распределению нейтронных потоков. Именно перекос распределения нейтронного потока стал одной из основных причин, способствовавших возникновению аварии 1986 года. Далее, при подробном описании непосредственной причины аварии я поясню влияние данного факта.

Что подразумевается под ошибками, допущенными при конструировании СУЗ? Считается, что именно конструкционный недостаток стержня СУЗ стал, своего рода спусковым крючком, приведшим к взрыву.

Стержень системы управления и защиты (СУЗ) конструктивно состоит из двух сборок, прикрепленных на одной штанге (см. рисунок). Верхняя – боросодержащая часть (бор очень хороший поглотитель нейтронов). Нижняя, более короткая часть состоит из графита. Графит более слабый поглотитель нейтронов, чем вода.

При движении стержня СУЗ в зону, на том участке реактора, где нижняя графитовая часть стержня вытесняет воду, реактивность (количество медленных нейтронов) вместо уменьшения, наоборот увеличивается (срабатывает т.н. концевой эффект).

Вплив стержнів СУЗ на виникнення аварії

Влияние стержней СУЗ на возникновение аварии

К моменту аварии, был очень сильный перекос распределения нейтронного потока по высоте. Поток был смещен в нижнюю часть реактора. На рисунке это показано красной кривой.

Почему же сложилась такая ситуация? В процессе эксперимента реактор не смогли удержать на мощности. Для того чтобы закончить эксперимент, руководитель работ (зам. главного инженера) заставил операторов вывести реактор на мощность. Но, данный тип реактора имеет особенность «отравляться» сразу после остановки. Т.е. на определенное время в реакторе накапливаются изотопы ксенона, которые очень хорошо «пожирают» нейтроны. И для пуска реактора не хватает реактивности (упрощенно можно сказать не хватает нейтронов). Поэтому приходится делать выдержку примерно одни сутки, пока ксенон распадется. Выход на мощность без выдержки, как в данном случае, приводит к необходимости извлечь из зоны почти все стержни управления, и реактор пребывает в крайне нестабильном и неравномерном состоянии. Кстати, вывод реактора на мощность без выдержки и была единственной ошибкой персонала, способствовавшей аварии.

Таким образом, все составляющие, необходимые для аварии к тому времени уже были:

- положительный паровой коэффициент реактивности (конструкционный недостаток);;
- концевой эффект стержней СУЗ (конструкционный недостаток);
- нестабильный реактор, работающий на малой мощности, в котором почти все стержни СУЗ извлечены из зоны (ситуация создана действиями персонала).

Оставалось нажать на спусковой крючок, которым в данном случае оказалась кнопка авариной остановки реактора АЗ-5. После ее нажатия все стержни синхронно пошли в активную зону. И в нижнюю часть реактора, куда дошли графитовые стержни-вытеснители, была внесена большая положительная реактивность (концевой эффект). Пояснения по этому поводу даны на рисунке выше. Эффект получился как если бы при нажатии на тормоз, автомобиль начал разгоняться.

Рост мощности реактора привел к увеличению паросодержания воды и внесению дополнительной положительной, увеличивающейся с увеличением парообразования, реактивности (паровой эффект). В считанные секунды мощность выросла во много крат. Произошел разрыв технологических каналов, выброс пароводяной смеси в реакторное пространство и ее полное выпаривание (это был первый взрыв, паровой). Далее происходит разгон реактора на быстрых нейтронах и его полное разрушение. Это уже второй (можно сказать ядерный) взрыв. Правда, в отличие от взрыва бомбы, цепная реакция тут же затухает, т.к. нет условий для дальнейшей самоподдерживающейся цепной реакции.

В данном описании причин аварии, пропущены множество технических, физических и теплогидравлических нюансов, т.к. статья рассчитана в основном на неспециалистов. Но представление об основных причинах аварии оно дает.

В чем несоответствие требованиям культуры безопасности

Главный постулат культуры безопасности - безопасность превыше всего! Превыше производства, экономики, политики. Учитывая данный постулат, очень интересно рассмотреть историю появления реактора РБМК.В начале, приведу воспоминания одного из авторов реактора РБМК академика Александрова, которые можно найти на просторах интернета.

«Знаешь, почему мы стали делать АЭС на РБМК - из-за Аркадия Райкина. Уже не припомню точно год, когда нас с Фимой (Ефим Павлович Славский, бывший тогда министром среднего машиностроения СССР) позвал к себе Никита Сергеевич Хрущев. Вопрос у него был один: почему американцы и англичане строят атомные электростанции, А МЫ НЕТ. Почему СССР создал в Обнинске такую станцию первым, а теперь отстает. Догнать и перегнать - вот ваша задача!!!

Академік А.П. Александров

Академик А.П. Александров

Мы ему долго объясняли, что уже действующие в стране реакторы спроектированы для выработки оружейного плутония и применение уран-графитовых реакторов канального типа для производства электроэнергии небезопасно.

Было видно, что Никита не понимает то, о чем мы ему говорим. И как часто бывало именно в таких случаях, он сильно разозлился, перешел на украинский язык и сказал: «Йдiть бiсовi дiти i зробiть за рiк станцiю. А якщо не буде, так партквитки зараз вiдберу». Мы понимали, что это не шутка и поехали обсудить план наших действий.

За обедом разговаривали о Хрущеве и вполглаза смотрели телевизор. Шла трансляция выступления известного сатирика Аркадия Райкина. Неожиданно Фима заорал: смотри, Хрущев. Но это был Райкин, который тем временем вещал: «Вот балерина крутится. Крутится, крутится, аж в глазах рябит. Прицепить ее к динамо - пусть ток дает в недоразвитые районы». Эта юмореска точно подходила и к ситуации и к хрущевскому пониманию проблемы.

Изматерившись, мы позвали академик Н.А. Доллежаля и за две недели подготовили предложения по Томску-7 (Сибирская АЭС)».

Возможно, автор что-то и сгустил в своих воспоминаниях. Но, по сути, эти воспоминания точно характеризуют ситуацию, в которой создавались реакторы типа РБМК.

В семидесятые годы в США началось бурное строительство атомных энергоблоков. В Советском Союзе это процесс шел медленно. Причина была в технологической сложности изготовления корпуса реактора. Его изготовление занимало 2-3 года. Корпус реактора мог изготавливать только Ижорский завод в Ленинграде.

Партия поставила науке задачу решить эту проблему. И выход был найден именно такой, как описан выше, приспособить военный реактор для выработки электрической энергии.

Экономические и политические интересы оказались выше интересов безопасности. Как вы понимаете, культурой безопасности в данном случае и не пахнет.

«В любой важной деятельности действия людей обусловлены требованиями, устанавливаемыми на высоком уровне. Наивысшим уровнем, влияющим на безопасность атомных станций, является законодательный уровень, обеспечивающий национальную основу для Культуры безопасности». (INSAG-4).

Существовавшая на момент аварии система правовых, экономических и общественно-политических взаимоотношений в области атомной энергии законодательно не была урегулирована. Отсутствовал закон об использовании атомной энергии. Полную ответственность за безопасность эксплуатируемых станций практически никто не нес.

«Любая организация, осуществляющая деятельность, влияющую набезопасность атомных станций, четко определяет свою ответственность в заявлении о политике в области безопасности». (INSAG-4).

Смысл заявления о политике в области безопасности состоит в том, чтобы во всеуслышание заявить о приоритете безопасности перед остальными задачами. Заявление также дает понять персоналу, что если они будут следовать в своей работе приоритету безопасности и откажутся выполнять опасные задания, им за это ничего не будет.

Леонід Топтунов

Леонид Топтунов

Олександр Акімов

Александр Акимов

Если бы в 1986 году существовала практика таких заявлений, возможно робкие попытки операторов БЩУ (СИУР Топтунов и НСБ Акимов, оба погибли в первые дни аварии) противостоять давлению зам. главного инженера была бы успешной, и аварии не случилось бы. По ссылке https://youtu.be/FogTJMUhL8o можно посмотреть фрагмент из фильма-реконструкции Discovery, в котором операторов принуждают выполнить опасную операцию (вывод на мощность недавно заглушенного реактора). Но заявление о политике в области безопасности не могло появиться, в условиях отсутствия законодательного регулирования использование атомной энергии.

«Регулирующий орган имеет весомое влияние на безопасность в пределах своей компетентности, и эффективная Культура безопасности распространяется на его собственную организацию и персонал». (INSAG-4).

Государственный надзорный орган по вопросам безопасности АЭС был образован всего за 3 года до чернобыльской аварии, и вопреки концепции «культуры безопасности» его нельзя было считать независимым, поскольку он входил в те же государственные структуры, на которые была возложена ответственность за сооружение АЭС и производство на них электроэнергии. Если, например, предписания надзорного органа будут мешать выполнению плана, можно было использовать рычаги административного давления.

«В качестве политики все организации принимают меры для регулярного обзора той их деятельности, которая вносит вклад в безопасность АЭС.

Сюда относится, к примеру…использование эксплуатационного опыта и контроль изменений проекта, модернизации станции и процедуры ее эксплуатации». (INSAG-4)

В качестве примера вопиющего несоответствия вышеуказанному требованию культуры безопасности можно привести следующий факт:

Главному конструктору и Научному руководителю было известно про «концевой эффект» еще до аварии. Экспериментально он был обнаружен во время физических пусков 1 блока Игналинской АЭС и 4 блока Чернобыльской АЭС. Организация Научного руководителя даже обратила внимание на чрезвычайную опасность выявленного эффекта.

Главный конструктор признал наличие положительного выбега реактивности и предложил ряд мер. Однако технические меры самим же Главным конструктором реализованы не были.

Еще более вопиющим, является другой факт. На первом блоке Ленинградской АЭС в 1975 г. была аварийная ситуация, которая фактически являлась прототипом аварийной ситуации на четвертом блоке Чернобыльской АЭС в 1986 г. Тогда, как и на ЧАЭС, мощность реактора (из-за ошибки оператора) провалилась до нуля. Но начальник смены станции, боясь получить «нагоняй» от руководства принял решение сразу выводить реактор на мощность, а не ждать «разотравления» реактора. В результате один канал был разрушен полностью, около 30 каналов повредились. Непосредственно после аварии радиационный фон в городе Сосновый Бор (5 км от аварийного энергоблока) составлял от 600 мкР/час и выше. Жители Соснового Бора (город атомщиков) получили довольно серьезные облучения. Большинство из них возможно до настоящего времени даже не знают об этом. Данные об аварийных ситуациях скрывались как от общественности, так и от оперативного персонала АЭС под покровом секретности, столь широко применявшейся в СССР.

Віктор Брюханов

Виктор Брюханов

Директор ЧАЭС Виктор Брюханов, которого объявили главным виновником чернобыльской катастрофы, отсидев десять лет в лагерях и выйдя на свободу, дал интервью, в котором сказал: «Если углубляться, то микроаварии были и раньше… Но это скрывалось даже от нас. О Ленинграде я, например, знал по слухам, от коллег. Что можно в этой ситуации было понять?»

Если бы результаты аварийной ситуации на Ленинградской АЭС были своевременно доведены до сведения оперативного персонала других действующих АЭС, то Чернобыльской катастрофы не произошло бы.

Вывод экспертов о причинах аварии

«Практика переложения на человека-оператора функции аварийной зашиты в совокупности с проектными недостатками и не гарантированной надежности человека-оператора привела к катастрофе. Приоритет экономических факторов на практике являлся определяющим принципом деятельности атомной энергетики». (INSAG-7)

Что подразумевается

Современный подход к проектированию опасных технологических систем, включая АЭС, заключается в том, чтобы исходить из предположения - человек обязательно ошибется. Чернобыльский реактор был спроектирован так, что мог взорваться, если персонал допустит ошибки. И он взорвался.

Вопрос возникновения ошибок, необходимых для катастрофы, оказался делом времени. Используя заведомо опасный реактор, на персонал была возложена функция системы безопасности. А когда случилась авария, из них сделали козлов отпущения.

Президент картер на БЩК АЕС Трі Майл Айленд

Президент Картер на БЩУ АЭС Три Майл Айленд

Сравните другой подход. После тяжелой аварии на АЭС Три Майл Айленд (США) разработчики менее всего старались обвинить оперативный персонал потому, что "…инженеры могут анализировать первую минуту инцидента несколько часов или даже недель для того, чтобы понять случившееся или спрогнозировать развитие процесса при изменении параметров", тогда как оператор должен "описать сотни мыслей, решений и действий, предпринимаемых в течение переходного процесса". Американский оператор, принявший в ночь аварии ошибочные решения, никаким образом за это не преследовался. Те, кто проводили расследование, придерживались принципа - оператор никогда не должен оказаться в ситуации, которую инженеры предварительно не проанализировали.

Вывод экспертов

«Существовавшая до аварии система правовых, экономических и общественно-политических взаимоотношений в области атомной энергии законодательно не была урегулирована. Например, отсутствие закона об использовании атомной энергии. Полную ответственность за безопасность эксплуатируемых АЭС практически никто не нес». (INSAG-7)

Что подразумевается

Получалось, что опасные объекты есть, а несущих за них ответственность, нет. Каждая организация, участвующая в процессе создания и эксплуатации АЭС отвечала только за свою часть работы. Сейчас подход, практикуемый в соответствии с требованиями культуры безопасности, требует наличие законодательного регулирования использования ядерной энергии, с определением субъекта, несущего полную ответственность за безопасную эксплуатацию АЭС. Таким субъектом на практике обычно является эксплуатирующая организация (в случае Украины это НАЭК «Энергоатом») и директора АЭС как ее представители на площадках.

Оценка событий чернобыльской аварии показал, что недостаточность культуры безопасности характерна не только для стадии эксплуатации, но, не в меньшей степени и для участников других стадий создания и эксплуатации АЭС (конструкторы, проектанты, строители, изготовители оборудования, министерские управляющие, контролирующие структуры и т. д.).

Можно сказать, что авария явилась следствием низкой культуры безопасности не только на Чернобыльской АЭС, но и во всей государственной системе, существовавшей на то время.

Оставить комментарий

Make sure you enter all the required information, indicated by an asterisk (*). HTML code is not allowed.