Исследовательская работа "Причины аварии на ЧАЭС"

Республика Дагестан

Хасавюртовский район

МКОУ «ст.Карланюртовская СОШ»

Группа учащихся 10 класса

Руководитель Ахмедова П.Ш.

Введение

Авария на Черно́быльской АЭС (также известна как катастрофа на Чернобыльской АЭС, чернобыльская авария, чернобыльская катастрофа, Чернобыль) — разрушение 26 апреля 1986 года четвёртого энергоблока Чернобыльской атомной электростанции, расположенной близ города Припять (Украинская ССР, ныне — Украина). Разрушение носило взрывной характер,  реактор был полностью разрушен, а в окружающую среду выброшено большое количество  радиоактивных веществ. Авария расценивается как крупнейшая в своём роде за всю историю  атомной энергетики, как по предполагаемому количеству погибших и пострадавших от её последствий людей, так и по экономическому ущербу.

Актуальность данной темы заключается в том, что трагедия на ЧАЭС покрыта тайнами, поэтому надо составить своё мнение о причинах катастрофы и сделать соответствующие выводы.

Объектом моего исследования является авария на ЧАЭС.

Предметом исследования является выявление причин аварии на ЧАЭС.

Цель моей работы – изучение причин аварии на ЧАЭС.

Достижение поставленной цели потребовало решение следующих задач:

-изучить литературу об аварии на ЧАЭС;

- проанализировать различные воспоминания людей – свидетелей аварии на ЧАЭС;

-ознакомить своих друзей с событиями 26 апреля 1986 года.

Методы исследовательской работы-

изучение СМИ;

анализ событий;

обобщение данных;

составление перечня последствий ЧАЭС.

Теоретическая значимость исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть приняты во внимание учащимися нашей школы и помогут им сформировать свой взгляд на прошедшее, дадут возможность составить план поведения при чрезвычайных ситуациях.

Практическая значимость работы заключается в том, что её можно использовать при проведении мероприятий в школе, посвящённых изучению вопросов экологических катастроф.

Этапы работы:

1.Постановка целей и задач.

2.Поиск источников.

3.Изучение источников с целью получения материала.

4.Анализ полученного материала.

5.Формулировка тезиса.

6.Выбор цитат участников событий.

7.Создание текстового доклада и презентации проекта.

8.Подготовка к защите проекта.

9.Защита проекта.

Основная часть –

  Чернобыльская авария была ведь не первая. До этого были события на комбинате "Маяк" (1957 год), на Белоярской АЭС (1960-70 годы). Были и другие опасные инциденты. Чернобыль – это первая катастрофа, которую не удалось скрыть, потому что радиоактивное облако накрыло не только часть территории Украины, России и Белоруссии, но и ряд европейских стран, вплоть до Италии.

Советская госкомиссия по расследованию причин ЧП возложила ответственность за катастрофу на руководство и оперативный персонал станции. Созданный Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ) Консультативный комитет по вопросам ядерной безопасности (INSAG) в своем отчете 1986 года подтвердил выводы советской комиссии.

Обратимся к истории:

Строительство первой очереди Чернобыльской АЭС началось в 1970 году, для обслуживающего персонала рядом был возведен город Припять. 27 сентября 1977 года первый энергоблок станции с реактором РБМК-1000 мощностью в 1 тыс. МВт был подключен к энергосистеме Советского Союза. Позднее вступили в строй еще три энергоблока, ежегодная выработка энергии станции составляла 29 млрд киловатт-часов.

9 сентября 1982 года на ЧАЭС произошла первая авария – во время пробного пуска 1-го энергоблока разрушился один из технологических каналов реактора, была деформирована графитовая кладка активной зоны. Пострадавших не было, ликвидация последствий ЧП заняла около трех месяцев.

25 апреля 1986 г. персонал Чернобыльской АЭС готовился к остановке четвертого энергоблока на планово-предупредительный ремонт, во время которого предполагалось проведение эксперимента. Вследствие диспетчерских ограничений остановка реактора несколько раз откладывалась, это вызвало трудности с управлением мощностью реактора.

В ночь на 26 апреля 1986 года ошибки персонала, работавшего на 4-ом блоке Чернобыльской АЭС, помноженные на ошибки конструкторов реактора РБМК (реактор большой мощности, канальный), а именно этот тип реактора использовался на ЧАЭС, привели к самой серьезной аварии в истории мировой атомной энергетики. Эта авария стала крупной техногенной и гуманитарной катастрофой 20-го века.

«Авария всегда развивается по определенным стадиям. Сначала количественное накопление ошибок, потом некий инициирующий момент, образование нештатной ситуации, потом – непредвиденные действия персонала по стабилизации ситуации, и аварийный процесс оказывается необратимым. Так было в Бхопале (1984 г., крупнейшая по числу жертв техногенная катастрофа на химзаводе в Индии), так было и в Чернобыле…» - так сказал академик Валерий Легасов.

Неадекватное восприятие радиационной опасности, по мнению специалистов, имеет объективные конкретно-исторические причины, в числе которых:

• умалчивание государством причин и реальных последствий аварии;

• незнание населением элементарных основ физики процессов, происходящих как в области ядерной энергетики, так и в области радиации и радиоактивного воздействия;

• спровоцированная упомянутыми причинами истерия в СМИ;

• многочисленные проблемы социального характера общефедерального масштаба, ставшие хорошей почвой для быстрого образования мифов, и пр. 

В апреле 1986 года на атомной электростанции в Чернобыле произошел слабый ядерный взрыв. Полноценной цепной реакции не произошло из-за разрушения реактора и выброса уранового топлива в атмосферу. К такому выводу пришла в Швеции команда ученых, специалистов из разных институтов и областей знания. Их статью опубликовал журнал Nuclear Technology.

Согласно общепринятой версии, четвертый энергоблок Чернобыльской АЭС был разрушен выбросом раскаленного пара из активной зоны реактора. Вместе с паром и обломками в окружающую среду были выброшены и радиоактивные материалы, вызвавшие сильное загрязнение.

Шведы опровергают эту гипотезу при помощи образцов, взятых учеными радиевого института имени В.Г. Хлопина на кислородной фабрике в Череповце несколько дней спустя после катастрофы. В пробах найден изотоп ксенона, образовавшийся при аварии на Чернобыльской АЭС.

Моделирование воздушных потоков над западной частью СССР показало, что найденное в Череповце сочетание изотопов могло появиться в случае, если бы ксенон поднялся на высоту 2,5-3 километра, - рассказал Кристер Перрсон из Стокгольмского института метеорологии и гидрологии.

Высота, на которую были заброшены продукты радиоактивного распада, и сам характер изотопов свидетельствует о произошедшем в реакторе слабом ядерном взрыве, считает руководитель группы Ларс-Эрик де Гирр из Шведского агентства оборонных исследований. Его мощность специалисты оценили в 75 тонн в тротиловом эквиваленте.

Шведские ученые пришли к выводу, что во время аварии на Чернобыльской АЭС произошел слабый ядерный взрыв. Специалисты проанализировали самый вероятный ход ядерных реакций в реакторе и смоделировали метеорологические условия распространения продуктов распада. «Лента.ру»рассказывает о статье исследователей, опубликованной в журнале Nuclear Technology.

Авария на Чернобыльской АЭС произошла 26 апреля 1986 года. Катастрофа поставила под угрозу развитие ядерной энергетики во всем мире. Вокруг станции была создана 30-километровая зона отчуждения. Радиоактивные осадки выпадали даже в Ленинградской области, а изотопы цезия обнаруживали в повышенных концентрациях в лишайнике и мясе оленей в арктических областях России. Существуют различные версии причин катастрофы. Чаще всего указывают на неправильные действия персонала ЧАЭС, повлекшие за собой возгорание водорода и разрушение реактора. Однако некоторые ученые полагают, что произошел настоящий ядерный взрыв.

В атомном реакторе поддерживается цепная ядерная реакция. Ядро тяжелого атома, например, урана, сталкивается с нейтроном, становится нестабильным и распадается на два более мелких ядра — продукты распада. В процессе деления выделяется энергия и два-три быстрых свободных нейтрона, которые в свою очередь вызывают распад других ядер урана в ядерном топливе. Количество распадов, таким образом, увеличивается в геометрической прогрессии, однако цепная реакция внутри реактора находится под контролем, что предотвращает ядерный взрыв.

В тепловых ядерных реакторах быстрые нейтроны не годятся для возбуждения тяжелых атомов, поэтому их кинетическую энергию уменьшают с помощью замедлителя. Медленные нейтроны, именуемые тепловыми, с большей вероятностью вызывают распад атомов урана-235, используемого в качестве топлива. В таких случаях говорят о высоком сечении взаимодействия ядер урана с нейтронами. Сами тепловые нейтроны называются так, поскольку находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой.

Сердцем Чернобыльской АЭС был реактор РБМК-1000 (реактор большой мощности канальный мощностью 1000 мегаватт). По сути, это графитовый цилиндр с множеством отверстий (каналов). Графит выполняет роль замедлителя, а через технологические каналы загружается ядерное топливо в тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах). ТВЭЛы сделаны из циркония, металла с очень маленьким сечением захвата нейтронов. Они пропускают нейтроны и тепло, которое нагревает теплоноситель, препятствуя утечке продуктов распада. ТВЭЛы могут объединяться в тепловыделяющие сборки (ТВС). Тепловыделяющие элементы характерны для гетерогенных ядерных реакторов, в которых замедлитель отделен от горючего.

РБМК — одноконтурный реактор. В качестве теплоносителя используется вода, которая частично превращается в пар. Пароводяная смесь поступает в сепараторы, где пар отделяется от воды и направляется на турбогенераторы. Отработанный пар конденсируется и вновь поступает в реактор.

В конструкции РБМК имелся недостаток, сыгравший роковую роль в катастрофе на Чернобыльской АЭС. Дело в том, что расстояние между каналами было слишком большим и слишком много быстрых нейтронов тормозилось графитом, превращаясь в тепловые нейтроны. Они хорошо поглощаются водой, но там постоянно образуются пузырьки пара, что снижает абсорбционные характеристики теплоносителя. В результате повышается реактивность, вода еще сильнее нагревается. То есть РБМК отличается достаточно высоким паровым коэффициентом реактивности, что осложняет контроль за протеканием ядерной реакции. Реактор должен оснащаться дополнительными системами безопасности, работать на нем должен только высококвалифицированный персонал.

25 апреля 1986 года на Чернобыльской АЭС была запланирована остановка четвертого энергоблока для планового ремонта и проведения эксперимента. Специалисты научно-исследовательского института «Гидропроект» предложили способ аварийного электроснабжения насосов станции за счет кинетической энергии вращающегося по инерции турбогенератора. Это позволило бы даже при отключении электричества поддерживать циркуляцию теплоносителя в контуре до тех пор, пока не включится резервное питание.

Согласно плану, эксперимент должен был начаться, когда тепловая мощность реактора снизится до 700 мегаватт. Мощность успели понизить на 50 процентов (1600 мегаватт), и процесс остановки реактора был отложен примерно на девять часов по запросу из Киева. Как только снижение мощности возобновилось, она неожиданно упала почти до нуля из-за ошибочных действий персонала АЭС и ксенонового отравления реактора — накопления изотопа ксенона-135, снижающего реактивность. Чтобы справиться с внезапной проблемой, из РБМК были извлечены аварийные стержни, поглощающие нейтроны, однако мощность не поднялась выше 200 мегаватт. Несмотря на нестабильную работу реактора, в 01:23:04 начался эксперимент.

Ввод дополнительных насосов усилил нагрузку на выбегающий турбогенератор, что снизило объемы воды, поступающей в активную зону реактора. Вместе с высоким паровым коэффициентом реактивности это быстро увеличило мощность реактора. Попытка внедрения поглощающих стержней из-за их неудачной конструкции лишь усугубила ситуацию. Всего лишь через 43 секунды после начала эксперимента реактор разрушился в результате одного-двух мощных взрывов.

Концы в воду

Очевидцы утверждают, что четвертый энергоблок АЭС был разрушен двумя взрывами: второй, самый мощный, случился через несколько секунд после первого. Считается, что аварийная ситуация возникла из-за разрыва труб в системе охлаждения, вызванного быстрым испарением воды. Вода или пар вступили в реакцию с цирконием в тепловыделяющих элементах, что привело к образованию большого количества водорода и его взрыву.

Шведские ученые полагают, что к взрывам, один из которых был ядерным, привели два различных механизма. Во-первых, высокий паровой коэффициент реактивности способствовал увеличению объема перегретого пара внутри реактора. В результате реактор лопнул, и его 2000-тонная верхняя крышка взлетела на несколько десятков метров. Поскольку к ней были прикреплены тепловыделяющие элементы, возникла первичная утечка ядерного топлива.

Во-вторых, аварийное опускание поглощающих стержней привело к так называемому «концевому эффекту». На чернобыльском РБМК-1000 стержни состояли из двух частей — поглотителя нейтронов и графитового вытеснителя воды. При введении стержня в активную зону реактора графит замещает поглощающую нейтроны воду в нижней части каналов, что только усиливает паровой коэффициент реактивности. Число тепловых нейтронов увеличивается, и цепная реакция становится неконтролируемой. Происходит небольшой ядерный взрыв. Потоки продуктов ядерного деления еще до разрушения реактора проникли в зал, а затем — через тонкую крышу энергоблока — попали в атмосферу.

Впервые о ядерной природе взрыва специалисты заговорили еще в 1986 году. Тогда ученые из Радиевого института Хлопина провели анализ фракций благородных газов, полученных на череповецкой фабрике, где производились жидкий азот и кислород. Череповец находится в тысяче километров к северу от Чернобыля, и радиоактивное облако прошло над городом 29 апреля. Советские исследователи выявили, что соотношение активностей изотопов 133Xe и 133mXe равнялось 44,5 ± 5,5. Эти изотопы — короткоживущие продукты ядерного распада, что указывает на слабый ядерный взрыв.

Шведские ученые рассчитали, сколько ксенона образовалось в реакторе до взрыва, во время взрыва, и как менялись соотношения радиоактивных изотопов вплоть до их выпадения в Череповце. Оказалось, что наблюдавшееся на заводе соотношение реактивностей могло возникнуть в случае ядерного взрыва мощностью 75 тонн в тротиловом эквиваленте. Согласно анализу метеорологических условий на период 25 апреля — 5 мая 1986 года, изотопы ксенона поднялись на высоту до трех километров, что предотвратило его смешение с тем ксеноном, который образовался в реакторе еще до аварии.

Чтобы понять причины взрыва, нужно знать, что происходило на ЧАЭС в день перед аварией. А был запланирован вывод энергоблока из эксплуатации в связи с его плановым ремонтом, и проведение ряда испытаний. Одним из таких испытаний был замер параметров генератора при глушении реактора.
Утренняя смена должна была остановить энергоблок еще 25-го апреля. Днем уже была понижена мощность, но внепланово потребовалась вырабатываемая четвертым блоком электроэнергия. Таким образом, реактор работал некоторое время 25-го числа на половинной мощности, что негативно отразилось на безопасности, хотя тогда этого никто не знал. Сама по себе такая работа не запрещалась.
В ночь с 25-го на 26-е производилось дальнейшее снижение мощности, в ходе которого произошел ее провал до очень малых значений. Подъем до требуемого программой испытаний уровня был осложнен или вообще невозможен, потому их стали проводить на меньшей мощности.
Сами испытания касались электрических схем и турбины. Никаких изменений в реактор или системы его безопасности не вносилось. Однако при глушении реактора штатными средствами произошел взрыв.
Теперь о причинах. Системы защиты реактора не обеспечивали его глушения в опасной ситуации вне зависимости от действий персонала. Это и есть главное упущение проектировщиков. Обслуживающий персонал может ошибаться, относиться к работе халатно, или даже иметь злой умысел, но во всех случаях взрыв должен быть невозможен. А реактор взорвался.
Далее. К аварии привела нормальная эксплуатация энергоблока при разрешенных ее режимах. Значит, реактор не был до конца рассчитан, а опасные режимы не были выявлены. И это просчет проектировщиков.
Имелись и недоработки со стороны персонала, но, во-первых, его работа усложнялась непродуманной организацией рабочих процессов и, во-вторых, отсутствием каких-либо предупреждений об опасности работы в нетиповых режимах. Опять-таки недоработка проектирующей стороны.

В целом можно констатировать, что авария на ЧАЭС произошла из-за формирования неправильной философии безопасности атомных станций и веры в их абсолютную надежность. Именно поэтому физические процессы, происходящие в реакторе, были не до конца просчитаны, абсолютно надежная система безопасности отсутствовала, а персонал мог допускать определенные нарушения.
Теперь рассмотрим наиболее распространенные заблуждения относительно причин Чернобыльской аварии.
1. Работники станции отключили систему защиты, потому авария стала возможной. Неверно. Система безопасности реактора предусматривает ряд защит, некоторые из них специально выполнены отключаемыми для возможности работы в разных режимах. Абсолютно допустимые манипуляции с защитами не повлияли на возникновение или развитие аварии.
2. К аварии привел проводимый на ЧАЭС эксперимент. Неверно. Проводились испытания штатного оборудования без каких-либо вмешательств в систему безопасности.
3. К аварии привели неправильные действия персонала. Неверно. К аварии привели конструктивные недоработки реактора. Недоработки со стороны персонала были, но они не являются первопричиной трагедии. Осудили же работников станции главным образом потому, что нужно было найти крайних без ущерба для престижа советской атомной энергетики
4. Виноваты строители, построившие станцию с нарушениями. Неверно. Ошибки были в проекте, но не в его реализации.
5. Аварию причинило землетрясение/террорист/военный радар неподалеку. Неверно. Это выдумки журналистов и сплетников.