Один из наиболее частых вопросов по безопасности атомных реакторов — что будет, если случится землетрясение, цунами или, например, упадет самолет? Как ни странно, почти ко всем этим маловероятным случаям проектировщики атомных электростанций готовились. И даже в случае таких внешних воздействий, к которым проектировщики не готовили свои реакторы, они оказались вполне безопасными для окружающих. Попробуем подробнее разобраться в том, как АЭС удается добиться таких результатов.
Представления людей о той или иной опасности часто не соответствуют реальности. АЭС — один из типичных примеров такого рода. Зачастую мы слышим: на реактор может упасть самолет (или его могут направить туда террористы). Он способен выйти из строя из-за землетрясения или цунами. В атомной войне они станут целями для боеголовок противника — и тем самым серьезно усложнят выживание любой стране, у которой они есть. Более того, многие думают, что если реактор подвергнется настолько серьезному воздействию, то сам может взорваться как атомная бомба.
Живучесть и древность этих представлений необычайна: даже в первом фильме бондианы, вышедшем в 1962 году, британский правительственный агент занимается именно диверсией на АЭС бассейнового типа (аналогичные ей реально существовали в ту эпоху). Он умудряется разогнать реактор так, что на острове загадочного доктор Ноу из СПЕКТРа происходит взрыв — и всей его преступной инфраструктуре наступает конец.
Как бы ни было смешно, но в основе этой нереальной истории лежат те же идеи, что и в основе описанных выше кошмаров наших современников: непонимание того, как работают реакторы на самом деле.
Начнем с простейшего: нет, реактор не может взорваться как атомная бомба. Для этого нужно 47 килограммов оружейного (практически чистого) урана-235, сложенные компактной «горкой», а затем еще резко «обжатых» взрывом. В современных реакторах не используется топливо и с 50% обогащения, даже 20% — редкость. Большинство использует топливо, в котором урана-235 вместе с плутонием не более 5%. Что ни делай с таким топливом, ядерный взрыв из этого не получится. Бонд не смог бы устроить ядерный взрыв на острове доктора Ноу. Вернемся к более реалистичным сценариям.
Падение самолета
Этой теме с самого 2001 года отдается немало внимания прессы. Типичные суждения тут подобные вот этим с bellona.ru: «Ни у действующих, ни у строящихся АЭС нет серьезной защиты от этого».
На самом деле, все не так: например, для реакторов ВВЭР-ТОИ предусматривается защита от падения 20-тонного истребителя, а как запроектное воздействие рассматривается падение 400-тонного самолета типа «Боинга-747». Но даже до появления подобных усиленных видов защиты реальной опасности от падения авиалайнера для АЭС не было.
Элементы защитного контейнмента ядерного реактора на этапе строительства. Хорошо виден циклопический характер этого сооружения / © Wikimedia Commons
Как ни странно, современному реактору просто не нужна какая-либо особая защита от случайного падения самолета — даже от преднамеренной атаки пассажирским авиалайнером, как 11 сентября 2001 года. Причина проста: энергоблок защищает контейнмент — наружная оболочка со стенами из железобетона толщиной до полутора метров.
Напомним: самолеты — это конструкции из дюралюминиевых сплавов с типичной толщиной внешней оболочки 1,5 миллиметра или в тысячу раз меньше. Внутри они практически пустые. Действительно плотные части самолета — его моторы, но у авиалайнеров они разнесены далеко в сторону, отчего не смогут обеспечить удар «плотно сжатым кулаком», только растопыренными пальцами.
Шансы такой конструкции пробить метровый железобетон — такие же, как у куриного яйца пробить стену толщиной в полкирпича. Даже если яйцо ударит в стену на скорости 500 километров в час — а больше авиалайнеру не набрать даже в пикировании, — кирпичная стена от этого не развалится.
Однако не так много людей знают, какой толщины обшивка авиалайнера или защитная оболочка реактора. Многие исходят из примера башен-близнецов — огромных небоскребов, погибших от атак самолетов под управлением террористов. Там, правда, обрушение случилось вовсе не от удара самолета о здание, а от того, что из разрушившихся при столкновении авиалайнеров вытекало топливо. Оно горело, стальные конструкции, на которых держатся небоскребы, нагрелись до сотен градусов, потеряли прочность и в итоге сложились. В АЭС этот сценарий нереален: они не небоскребы, их оболочка куда толще, поэтому прочность контейнмента нельзя нарушить нагревом от топлива авиалайнера.
Типичный водо-водяной реактор. Светло-желтым показана оболочка контейнмента толщиной в 1-1,5 метра / ©Wikimedia Commons
Но публика редко об этом задумывается, поэтому в 2002 году в США в связи со страхами общественности было проведено исследование: что будет, если «Боинг-767» врежется в здание с атомным реактором внутри. Оказалось, ситуация для реактора облегчается еще и тем, что ударить в него на полной скорости авиалайнер не может.
Дело в том, что при попытке спикировать под большим углом на таком самолете любой пилот либо потеряет контроль над машиной (чья система управления исходно не была предназначена для таких резких маневров), либо вообще разрушит самолет в воздухе. Атака возможна только при пологом пикировании (то есть в самую толстую, горизонтальную часть контейнмента) и на умеренной для авиалайнера скорости. Иначе (на большой скорости) точно управляемый полет в приземном слое реализовать сложно, а без хорошей управляемости «воткнуть» самолет в не самый большой объект будет сложно.
Топливо в таком сценарии, кстати, вовсе не может стечь сверху на здание: оно будет находиться у подножия, где и выгорит, не подвергнув серьезной опасности ни контейнмент, ни тем более находящийся внутри реактор.
К сожалению, полнозаразмерный тест такого рода никто не проводил (только моделирование). Однако фрагмент стены, типичной для контейнмента, испытывали ударом старого истребителя «Фантом», разогнанного до 770 километров в час: Истребитель этот меньше лайнеров, но зато его моторы (самая плотная часть авиационной конструкции) расположены очень близко друг к другу. Поэтому эффект от удара этого истребителя о железобетон, как ни странно, вполне сопоставим с ударом в ту же стену крупного лайнера.
После теста максимальная глубина следа на железобетоне составила 60 миллиметров. Неудивительно, что и французское исследование 2012 года посчитало сомнительным разрушение контейнмента от падения на него самолета.
Хорошо, мы убедились, что сам контейнмент самолету пробить не удастся. Но через него идут трубы с водой — они при ударе могут дать течь, верно? Чисто теоретически это возможно: если лайнер случайно ударит как раз над участком, где проходят трубы. Но что это даст? Вода из второго контура нерадиоактивна, да и из первого, если честно, умеренно опасна, поскольку при ее обстреле нейтронами просто не создается значительное количество долгоживущих радионуклидов (благо в воде из атомов только водород и кислород).
А как же «радиоактивная вода Фукусимы», спросит читатель? Увы, никак: вечно возобновляющиеся публикации в СМИ про эту воду — исключительно результат радиофобии. Да, активная зона реактора на Фукусиме частично расплавилась, а использовавшуюся для ее охлаждения морскую воду действительно рано или поздно начнут сбрасывать в океан. Вот только это добавит в местный радиационный фон, получаемый жителями… 1,2 микрозиверта, то есть меньше, чем если они раз в год сходят на рентген. Более того: и с этой добавкой фон у Фукусимы будет много меньше, чем естественный и вполне безопасный для здоровья радиационный фон в целом ряде других регионов планеты.
Предпоследний вопрос: а что если самолет упадет на контейнеры, где хранится отработавшее ядерное топливо (как мы уже объясняли, его неверно называть «ядерными отходами»)? Как ни странно, снова ничего. Эти контейнеры проверяли на прочность, пуская в них разогнанные до больших скоростей поезда, и не смогли нанести им заметных повреждений. Самолет сделан из намного более тонкого металла заметно меньшей плотности. Кроме того, он легкий (относительно железнодорожных объектов). Из-за всего этого авиалайнер не сможет всерьез повредить топливо в таком контейнере.
И, наконец, последний вопрос: что, если удар придется по залу управления и уничтожит его полностью, со всеми операторами? В случае нынешних реакторов — практически ничего. Дело в том, что сейчас стержни над активной зоной удерживают электромагниты. Утрата энергоснабжения (вероятная при разрушении зала управления) или любые опасные необычности в поведении реактора приведут к тому, что питание, подаваемое на эти электромагниты, будет отключено, и стержни сами, под действием одной силы тяжести, упадут внутрь активной зоны, останавливая там цепную реакцию.
Из всего этого становится понятно, почему террористические атаки на АЭС сегодня редко попадают в СМИ: их не так много (слишком защищенный объект).
Землетрясение: что случится с реактором после него
Устойчивость того иного объекта к землетрясениям напрямую зависит от того, насколько он подготовлен к различным видам нагрузок. Бетон слабо переносит нагрузку на растяжение, поэтому его давно армируют стальной арматурой. В случае АЭС эта арматура предварительно напряженная — то есть бетон заливают на заранее натянутые армирующие тросы. В результате прочность здания даже очень старых реакторных сооружений огромна. Кроме того, специальные гидроамортизаторы связывают плиту основания и оборудование станции в одно целое, не позволяя ему смещаться даже при очень сильных толчках.
Последствия Спитакского землетрясения в Армении, унесшего жизни десятков тысяч человек / ©Wikimedia Commons
Впервые такую сейсмоустойчивость в СССР продемонстрировала Армянская АЭС с двумя реакторами ВВЭР-440, построенными в 1970-х. 7 декабря 1988 года близ нее случилось Спитакское землетрясение. В эпицентре оно дало семь баллов по шкале Рихтера, а у самой АЭС — 5,5 балла. Всего в Армении тогда погибло 25 тысяч человек, а на территории атомной станции — ни одного.
Но если реакторы оказались прочны, то про советский образовательный фундамент это сказать уже сложнее. Дело в том, что на тот момент в СССР антиатомные настроения были на пике и пресса регулярно и успешно запугивала общество, рассказывая об опасностях атомной энергетики — правда, что характерно, все больше без цифр, но качественно напирая на эмоции. От этого значительная часть неквалифицированного персонала Армянской АЭС просто бежала со своих рабочих мест, что потребовало переброски персонала аж с Кольского полуострова.
Армянская АЭС никак не пострадала от землетрясения, наглядно продемонстрировав, что ее прочность несопоставимо выше, чем у других объектов инфраструктуры или жилых домов. Ни один человек здесь не погиб / ©Wikimedia Commons
Политики позднего СССР, как несложно догадаться, были такой же добычей СМИ, как и все остальные. Поэтому они, недолго думая, приняли решение об остановке абсолютно нормально работавшей тогда станции, по сути «не заметившей» самого землетрясения. Обоснование? «Учитывая общую сейсмическую обстановку в связи с землетрясением на территории Армянской ССР… остановить первый блок ААЭС».
Вдумаемся: станция отлично пережила событие, убившее в ее окрестностях 25 тысяч человек, — нигде ни одной трещины, никаких повреждений. Как можно «учитывая сейсмическую обстановку» закрыть то, что блестяще показало способность проходить через сложности такой обстановки? Кстати, станция была рассчитана на девятибалльное землетрясение — то есть куда мощнее, чем случалось на территории Армении за ее историю.
Разумеется, необоснованное решение стоило довольно дорого. После остановки было решено провести «исследование» — вырезать куски из парогенераторов, чтобы посмотреть, нет ли в них незаметных трещин. Строго говоря, такие вещи можно исследовать и без разрушений, но в эпоху антиатомных настроений казалось очевидным, что АЭС никогда не запустят, поэтому «исследование» провели, отчего первый блок лишился работоспособности. С него начали срезать часть оборудования и распродавать задешево — благо правовая и коммерческая культура того времени не видела в таких действиях ничего особенного.
Однако в 1990-х в Армении начались экономические трудности плюс часть традиционных путей подвоза топлива из-за блокады были утеряны. Поэтому к 1995-му АЭС перезапустили — правда, на половинной мощности, потому что первый энергоблок, как мы отметили выше, успешно загубили. Сегодня работает только второй, давая 40% электроэнергии республики.
И все же атомным электростанциям пришлось показать и свою способность пережить девятибалльное землетрясение. Случилось это в районе Фукусимы. Обычно события там оцениваются как тяжелейшая катастрофа в истории атомной энергетики XXI века. АЭС оказалась рядом с эпицентром сильнейшего землетрясения в истории Японии, но от самого землетрясения там не вышло из строя буквально ничего, ни один объект. Между тем размах сейсмической активности был огромным: от самого землетрясения и последующего цунами погибли или пропали без вести 18,5 тысячи японцев.
А что же цунами?
Действительно, нельзя не признать, что цунами, если оно не предусмотрено проектом, весьма опасно — впрочем, не только для реакторов, а для кого угодно. Но весь вопрос в том, как именно оно опасно.
Известные события на АЭС «Фукусима Даити» обычно воспринимаются как некая катастрофа. Напомним: хотя станция спокойно перенесла девятибалльное землетрясения без каких-либо проблем — и первую волну цунами высотой в четыре метра (исключительно сильную, по обычным меркам), — вторая волна в 15 метров превысила высоту защитной дамбы в 5,7 метра. Поэтому она залила большое количество вспомогательных зданий станции. В том числе ее дизель-генераторы, которые должны были обеспечивать охлаждение реакторов при полной потере энергоснабжения. Потеря, конечно же, произошла: цунами частично оборвало линии электропередач.
