В середине дня в пятницу, 11 марта 2011 года сейсмические датчики АЭС «Фукусима-1» в префектуре Фукусима зарегистрировали первые свидетельства самого мощного землетрясения в новейшей истории Японии. Программа среагировала на сигналы и начала задвигать регулирующие стержни во все три реактора, которые работали на тот момент. Стержни уменьшили число нейтронов, порождаемых каждым радиоактивным распадом, и число новых распадов.

Через три минуты реакторы работали только на 10% своей мощности, через 6 минут — на 1%, а через десять минут первые три реактора АЭС перестали производить энергию. И уже никогда не начнут.

В результате каждого распада ядро урана-235 или плутония-239 разваливается на два других ядра и выделяет массу энергии. Энергия на единицу массы ядерного топлива примерно в миллион раз превосходит энергию от сгорания ископаемого топлива — поэтому ядерный распад такой многообещающий источник энергии. Продукты распада очень радиоактивны, но быстро распадаются дальше (в течение года около 80% продуктов распада становятся стабильными). Но в первые часы после остановки реактора они производят большое количества тепла — его нельзя отключить так, как выключают реакторы. Процесс должен закончиться сам по себе. По этой причине управление «теплотой радиоактивного распада» — один из важнейших аспектов безопасности ядерного реактора. Современные реакторы имеют множество систем охлаждения, у которых одна цель — удалять тепло от ядерного топлива. И пока реакторы «Фукусимы-1» охлаждались, ударило цунами.

Цунами разрушило запасные дизельные генераторы, которые питают насосы, заставляющие охлаждающую жидкость циркулировать по реактору. В отсутствие циркуляции температура стала подниматься, а вода — превращаться в пар, в результате чего выросло давление.

Кипящие водо-водяные реакторы (в которых вода используется и для того, чтобы передать энергию от реактора дальше, и собственно для охлаждения) для АЭС Фукусима разрабатывала General Electric. Они помещены в две защитные оболочки из армированного бетона, которые должны предотвратить утечку радиоактивных материалов. Вторичная оболочка («контейнмент») — это та прямоугольная конструкция, которую показывают в телевизионных новостях. На верхушке контейнмента находится стальная конструкция, к которой крепится кран для загрузки и выгрузки ядерного топлива.

Создатели реактора в Фукусиме-Дайити предвидели возможность повышения давления вокруг реактора. Но пока работало электроснабжение, насосы откачивали горячую жидкость от реактора в конденсатор. Отведение тепла могло продолжаться и дальше — но весь процесс был завязан на дизельные генераторы, разрушенные цунами.

Вода в реакторе может под действием радиации распадаться на водород и кислород. В штатной ситуации они попадают в рекомбинационную камеру, где из них вновь образуется вода. Но в первые часы после остановки реакторов водород накапливался и стал просачиваться под купол реактора. В какой-то момент его концентрация достигла такой величины, что он не мог не сдетонировать, — и сначала в первом, затем в третьем, а под конец и во втором блоке произошли взрывы, которые сорвали купола зданий. Сами контейнменты остались целы.

Вначале сохранялась надежда на спасение самих реакторов — с тем, чтобы они продолжали производить энергию после того, как все войдет в норму. Но надежда таяла, а температура росла, и операторы станции начали предпринимать меры, разрушительные для оборудования. Например, они начали охлаждать реакторы морской водой. Некоторое время еще будет необходимо активно охлаждать реакторы, но в течение нескольких месяцев давление внутри можно будет сбросить и посмотреть на состояние дел. Топливо могло оплавиться и быть повреждено — пока это неизвестно.

В любом случае ясно, что ситуация сильно отличается от того, что случилось в Чернобыле и на АЭС Three Mile Island. В инциденте на «Фукусиме» не виноват оператор, и каждый из реакторов перестал работать сразу же после землетрясения. Ситуация развивалась медленно, но вопреки тому, на что рассчитывали создатели станции. Они не предполагали, в частности, что на несколько дней после аварии выключится электричество, питающее аварийные насосы. Они построили внушительный арсенал запасных насосов и генераторов, чтобы предупредить возможные проблемы. К сожалению, их разрушило цунами.

Устройство ядерного реактора

Источник