Радиационные риски захвата Запорожской АЭС

Rafael_Mariano_Grossi_visits_Zaporizhzhya_NPP Миссия МАГАТЭ на Запорожской АЭС Фото: IAEA Imagebank

Запорожская атомная электростанция (ЗАЭС) в Украине с марта месяца оккупирована российскими войсками. Летом начались регулярные обстрелы самой станции и территории вокруг, АЭС неоднократно теряла связь с внешними энергосетями.

Россия и Украина обвиняют друг друга в ядерном терроризме, обстановка вокруг АЭС регулярно обсуждается в Совете безопасности ООН. С сентября на станции присутствуют инспекторы Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), а его глава ведет переговоры о создании демилитаризованной зоны вокруг станции, встречаясь и с Владимиром Зеленским, и с Владимиром Путиным.

Мы попытались проанализировать возможные риски, связанные с ситуацией вокруг Запорожской АЭС, ответить на самые частые вопросы и пояснить, чего стоит опасаться и на что обращать внимание при обсуждении новостей вокруг нее.

Особенности Запорожской АЭС и реакторов ВВЭР-1000

Запорожская АЭС – это крупнейшая атомная электростанция не только в Украине, но и во всей Европе. Она имеет шесть энергоблоков суммарной мощностью 6 ГВт, что составляет около 43% всех атомных мощностей Украины и сравнимо с мощностью трех других украинских АЭС – Хмельницкой, Южно-Украинской и Ровенской. До войны атомная энергетика Украины давала более 50% всей электроэнергии страны, а вклад Запорожской АЭС в энергобаланс Украины составлял около 20%. Помимо этого Запорожская АЭС обеспечивала теплом соседний город энергетиков Энергодар с населением около 50 тыс. человек.

На Запорожской АЭС работают шесть энергоблоков с реакторными установками ВВЭР-1000. Это советский проект энергетического реактора, который относится к типу водо-водяных реакторов под давлением. Это самый распространенный тип энергетических реакторов в мире, в западной классификации называющийся PWR (Pressurised water reactor). Всего с 1980 года было построено 37 реакторов ВВЭР-1000 различных модификаций в России, Украине, Болгарии, Чехии, Индии и Китае, все они работают до сих пор.

Мы подготовили видеоверсию этой статьи, которую вы можете посмотреть ниже. Не забудьте подписаться на канал и нажать на колокольчик, чтобы не пропустить новые видео.

Отличия ВВЭР-1000 и чернобыльского РБМК-1000

С самого захвата Запорожской АЭС в начале марта 2022 года пресса чаще всего сравнивала возможную аварию на этой станции с Чернобыльской катастрофой. Иногда даже ошибочно говорилось о том, что там установлены такие же реакторы. Это не так. И важно понимать эту разницу, поскольку она напрямую связана с вопросом функционирования систем безопасности и возможным масштабом аварии.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Компоновка первого контура ВВЭР-1000. Он замкнут внутри реакторного отделения, по нему циркулирует радиоактивный теплоноситель (вода со слабой примесью борной кислоты) в объеме около 370 м3 Фото: osti.gov/etdeweb/servlets/purl/20519772

На Чернобыльской АЭС были канальные графитовые реакторы РБМК-1000. На Запорожской АЭС – реакторы ВВЭР-1000 такой же мощности, но другого типа и конструкции. В отличие от чернобыльских, реакторы ВВЭР-1000 более компактные и защищенные.

В отличие от РБМК, ВВЭР двухконтурные, т.е. радиоактивный теплоноситель не выходит за пределы защищенного реакторного отделения. В них нет графита, как в РБМК, где его около 2000 т, и который за счет горения увеличил выброс радиоактивных веществ во время чернобыльской аварии.

Сам реактор ВВЭР гораздо более компактный, диаметр его корпуса около 4,5 м, в то время как у РБМК активная зона диаметром около 11 м. Масса ядерного топлива внутри ВВЭР-1000 около 80 тонн, тогда как в РБМК его около 200 тонн.

Ну и ВВЭР – это не канальный, а корпусный реактор. Его прочный стальной корпус имеет толщину стенок около 20 см, поскольку рассчитан на огромное рабочее давление – более 150 атмосфер.

Наиболее потенциально опасные в ядерном и радиационном смысле места атомной станции – это реакторные отделения. В них находятся ядерные реакторы и первый радиоактивный контур энергоблоков, а также ядерное топливо. Причем не только топливо внутри самих реакторов, но и отработавшее топливо в бассейнах выдержки. Но именно из-за потенциальной опасности реакторные отделения на станции защищены сильнее всего.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Компоновка энергоблока с ВВЭР-1000/В-320

Одним из главных отличий энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 от энергоблоков с реакторами РБМК является то, что их реакторные отделения герметично закрыты со всех сторон единой бетонной защитной оболочкой – контейнментом, или гермооболочкой. Именно на энергоблоках ВВЭР-1000 в начале 1980-х такие гермооболочки стали устанавливать серийно. На предыдущих проектах советских реакторов полноразмерных контейнментов не было.

Стены контейнмента из предварительно напряженного бетона имеют толщину в 120 см. Его диаметр около 45 м, а высота около 60 м. Основная задача контейнмента – предотвратить выброс радиации наружу в случае аварии на самом реакторе. Внутри первого контура энергоблока и внутри реактора ВВЭР-1000 циркулирует вода под давлением более 150 атмосфер. В случае разгерметизации контура вода превратится в пар, но весь вырвавшийся радиоактивный пар как раз должен быть удержан внутри контейнмента, который рассчитан на это.

Кроме локализации последствий внутренних аварий контейнмент рассчитан и на защиту от внешних воздействий, как погодных, так и техногенных. Например, на падение небольшого легкомоторного самолета массой до 6 тонн. Конечно, этого мало, чтобы выдержать падение современного военного или пассажирского самолета и тем более удар крылатой ракетой. Но надо помнить, во-первых, что это проект 1980-х годов. А во-вторых, что у чернобыльского реактора РБМК контейнмента не было вообще.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Разрез реакторного отделения ВВЭР-1000 с размерами

Если разрушить энергоблок

Тем не менее, ни один энергоблок АЭС не рассчитан на боевые действия и сопутствующие им угрозы. Это мирный гражданский объект, а не военный бункер. Поэтому артобстрел в худшем случае может привести к повреждению контейнмента, образованию трещины или даже пробоин. Рассыпаться целиком он скорее всего не сможет, все же это купольная армированная железобетонная конструкция.

Само по себе разрушение контейнмента не вызовет ядерной аварии. Он нужен лишь для локализации ее возможных последствий. Если реактор не поврежден, то теоретически он может работать и без контейнмента. Только если в результате обстрела будет пробит и сам бетонный контейнмент, и произойдет попадание в сам реактор или оборудование первого контура – тогда возможна его разгерметизация и выброс радиоактивного пара. В худшем случае, если будет попадание в сам реактор, – то выброс возможен вместе с фрагментами ядерного топлива.

Однако с учетом конструкции блока такое возможно лишь в результате целенаправленного и/или длительного обстрела контейнмента, либо в результате использования специальных боеприпасов. Случайным снарядом или бомбой такое сделать маловероятно. Должно произойти сочетание нескольких факторов. Потому что, пробив контейнмент, нужно еще попасть в реактор, спрятанный глубоко внутри здания в относительно узком бассейне.

А прочее оборудование первого контура тоже находится под перекрытиями, которые надо пробить. Теоретически такое возможно, но вероятность повреждения самого реактора в результате случайного попадания снаряда или ракеты относительно небольшая. Еще меньше вероятность одновременного повреждения в результате обстрела нескольких энергоблоков.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Фото со строительства контейнмента Балаковской АЭС, аналогичной по проекту Запорожской АЭС. Можно оценить серьезность конструкции – это периметр купольной части. Хорошо видны концевики тросов для преднапряжения бетона. Для понимания масштаба обратите внимание на людей в нижней части фото Фото: Фото из архива Балаковской АЭС, компьютерная обработка – Александр Ситенький

Чем же грозит попадание снаряда в сам ядерный реактор? Вопреки распространенному мнению, ядерного взрыва это не вызовет. Реактор не атомная бомба, даже если в момент аварии он будет работать на полную мощность. Ядерного взрыва не было ни в Чернобыле, ни в Фукусиме.

Даже если в результате попадания в работающий на мощности реактор повредить стержни управления (а они у ВВЭР-1000 как раз находятся в верхней части реактора, которая вероятнее всего пострадает в случае удара) и каким-то образом вызвать разгон реактора, то он скорее развалится и разгерметизируется, чем там успеет выделиться большое количество энергии в результате неуправляемой цепной реакции. Скорее всего он просто разгерметизируется, произойдет выброс воды, пара и, возможно, самого топлива, и реакция погасится сама собой.

Последствия же такой аварии будут сильно зависеть от многих факторов, включая состояние самого реактора и погодные условия. В худшем случае, если реактор в момент аварии работал на мощности, то возможен довольно сильный паровой взрыв в результате его разгерметизации. Если контейнмент поврежден, то радиоактивный пар, летучие элементы из поврежденного топлива и сами фрагменты топлива будут частично выброшены в окружающую среду.

Йод-131

В первую очередь при такой аварии опасность может представлять изотоп йод-131, поскольку он может распространиться на большие расстояния. Его период полураспада всего около 8 дней, он будет представлять угрозу лишь несколько недель. Но с точки зрения воздействия на организм он как раз может представлять главную угрозу для населения территорий вокруг АЭС. Не случайно украинские власти уже организовывали раздачу жителям ближайших регионов препаратов стабильного йода – таблеток йодида калия. Для возможной йодной профилактики.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Реакторный зал ВВЭР-1200 (похож на ВВЭР-1000). Корпус реактора внизу по центру Фото: strana-rosatom.ru

Дело в том, что йод накапливается в щитовидной железе. Поэтому перед возможным попаданием в облако выброса радиоактивного йода (изотопа йод-131) нужно сделать йодную профилактику – употребить стабильный йод. Он займет место в щитовидке и «не пустит» туда радиоактивный йод.

Запас таких препаратов – это правильная подготовительная мера на случай аварии. Только важно помнить, что йодную профилактику надо делать правильно. Если вы купите спиртовой раствор йода и начнете его пить, то можно и отравиться. Если вы используете не таблетки йодида калия, а спиртовой раствор, то там используется всего несколько десятков капель на полстакана воды или молока. И детям его давать не рекомендуется.

О том как правильно делать йодную профилактику можно почитать здесь и здесь. Коротко – по 125 мг (миллиграммов!) в день для взрослых в течение 5 дней с начала возможного облучения. Детская дозировка кратно меньше. Но такие дозировки есть лишь в спецпрепаратах. Обычные таблетки йодида калия или иных йодных препаратов, которые можно купить в обычных аптеках и которые применяются для иных целей, чем йодная профилактика, содержат в тысячи раз меньшие дозировки – в микрограммах.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Йодид калия – препарат стабильного йода. Подходит для йодной профилактики

Кроме того, ударные дозы препарата с калием, применяющегося для йодной профилактики, могут быть опасны для людей в возрасте и тех, кто имеет проблемы с сердцем. Так что эти препараты нельзя пить просто так, а стоит принимать только после официального оповещения об угрозе выброса и необходимости проведения йодной профилактики.

Цезий-137

Второй опасный фактор возможного выброса при повреждении реактора – это изотоп цезий-137 с периодом полураспада уже 30 лет, который может вылететь с аэрозолями. Во время чернобыльской аварии 1986 года в большей степени именно он определял основное загрязнение территории в результате выброса.

Однако на какое расстояние и в каком количестве он может распространиться в результате аварии – тут очень широкий диапазон возможных последствий, потому что они зависят от многих факторов, включая сам сценарий аварии, масштаб и характер аварии и выброса, погодные условия и т.д.

Во время чернобыльской катастрофы цезий улетел довольно далеко, облако действительно накрыло «всю Европу», но тут важны цифры: он улетел, однако чем дальше, тем в меньших концентрациях он выпадал. Его следы действительно можно обнаружить за тысячи километров, но лишь с достаточно чувствительными приборами.

Zaporizhzhya nuclear power plant Карта загрязнения Европы цезием-137 в результате Чернобыльской аварии и глобальных выпадений (кликабельно). По ссылке в разрешении 7012x4958 Фото: Росгидромет/ Минчернобыль/ Белгидромет

Например, на карте видно, что фоновые уровни (два самых светлых оттенка, покрывающие всю Европу) – <2 кБк/м2 и <10 кБк/м2. Это условный фоновый уровень загрязнений в Европе, нам еще пригодятся эти цифры. Большая часть загрязнений на этих территориях была сформирована и до Чернобыля за счет глобальных выпадений 1960-х от испытаний ядерного оружия. Условный уровень загрязнения от глобальных выпадений в Европе – около 2-4 кБк/м2 (см. Атлаc загрязнений Европы).

То, что улетело на расстояние более нескольких десятков километров от места выброса, чаще всего уже не представляет серьезной угрозы для здоровья человека в силу большого рассеяния. Впрочем, выпадения обычно идут неравномерно, могут быть пятнистыми из-за вымывающих их осадков (см. карту выше), или образовывать длинный узкий шлейф (как от Кыштымской аварии), если будет устойчивый сильный ветер в какую-то одну сторону.

Зона загрязнения также будет зависеть от длительности выброса. В Чернобыле, например, он продолжался более недели, пока горел графит, так что смена ветра за это время направляла выбросы в разные стороны. Но в случае Запорожской АЭС, если выброс и будет, то скорее всего он будет залповый, т.е. кратковременный и разовый.

Ряд моделирований выброса при гипотетической аварии дает лишь качественные оценки, например, прогнозы Украинского гидрометеорологического института показывают, что основные выпадения от выброса с Запорожской АЭС могут быть в радиусе 50-100 км от станции.

При обсуждении моделирования выброса часто можно встретить отсылки к ресурсу австрийского проекта-исследования FlexRISK. Этот ресурс дает оценки возможных выбросов при авариях на различных атомных станциях Европы, в том числе и на Запорожской АЭС. Сам ресурс не дает пояснений о характере аварии, заложенной в их модель выброса, однако объем воздушного выброса изотопа Cs-137 в количестве 50 ПБк подсказывает, что заложенная авария по уровню выброса сопоставима с Чернобыльской (выброс порядка 85-100 ПБк Cs-137) и даже превышает Фукусимскую (около 16 ПБк Cs-137).

Для реакторов ВВЭР-1000 Запорожской АЭС в силу серьезных конструкционных отличий, описанных выше, это маловероятно, так что масштаб последствий от FlexRISK можно считать консервативной оценкой сверху.

Zaporizhzhya nuclear power plant Моделирование усредненного выпадения цезия-137 в Европе в результате серьезной аварии на Запорожской АЭС Фото: flexrisk.boku.ac.at

На картах этого ресурса действительно видно, как выброс может накрыть всю Европу. Но если внимательно посмотреть на карты, то можно увидеть, что уровень загрязнений ниже 10 кБк/м2 (см. карту чернобыльских выпадений выше) – это все что зеленого цвета и далее в сторону синего. Т.е. грубо говоря, в сторону Европы за пределами Украины уровень выпадений будет примерно аналогичным тому, что уже там существует несколько десятилетий за счет выпадений от Чернобыльской аварии и глобальных выпадений (см., например, карту загрязнения Австрии). Таким образом подтверждается качественный прогноз Украинского гидрометеорологического института о том, что основные выпадения будут в пределах десятков и сотен километров от станции.

Можно посмотреть и на оценку доз, полученных населением от этих выпадений. Ниже представлена модельная карта доз для тех же условий. Точнее, вероятности для взрослого человека получить за первый год после аварии дозу более 2,5 мЗв. Отметим, что 2,5 мЗв – это примерно вдвое меньше, чем каждый из нас в среднем получает за год от природных источников радиации. Так вот, судя по моделированию и карте, за пределами юго-восточной части Украины вероятность получить дозу более 2,5 мЗв ниже 0,1. А практически на границе соседних государств она уже ниже еще на порядок.

Впрочем, это все усредненные по погодным условиям карты моделирований. Реальный характер загрязнений будет сильно зависеть от погодных условий. Он может быть сильно пятнистым, или, в случае устойчивого ветра, может сформироваться вытянутый шлейф высоких уровней выпадений на сотни километров.

Подобные высокие уровни загрязнений могут привести к необходимости эвакуации людей и отселению ряда населенных пунктов в радиусе десятков километров от станции, как это было после Чернобыльской аварии, а также к ограничению использования земель, в первую очередь плодородных земель и сельхозугодий, на долгие годы. В случае крупной аварии помимо территории самой Украины, вполне вероятно, могут пострадать и соседние страны – Молдова, Румыния, Польша, Белоруссия, Россия и даже Турция, а также Черное и Азовское моря. В случае крупного выброса следы загрязнений могут быть и в других странах региона, однако скорее всего их уровень будет относительно небольшим.

Zaporizhzhya nuclear power plant Модельное распределение вероятности получения дозы более 2,5 мЗв за первый год после аварии Фото: flexrisk.boku.ac.at

Если реактор перед разрушением не работал

Описанные выше сценарии касаются наиболее опасного, но менее вероятного сценария, когда через разрушенный контейнмент происходит попадание снаряда в работающий реактор, за чем следуют его разрушение и паровой взрыв с воздушным выбросом большого объема радиоактивных веществ.

Однако если реактор в момент такой аварии был остановлен уже какое-то время, особенно если речь о неделях и месяцах, то в нем не будет наиболее опасного для населения йода-131 с периодом полураспада около 8 дней, который уже распался. Если реактор находится в состоянии холодного останова (реактор заглушен, давление в первом контуре близко к атмосферному), то в нем не будет ни высокой температуры, ни давления, способного усилить энергию выброса. Все это снижает вероятность аварии при повреждении блока и масштаб ее последствий. Таким образом, длительное нахождение блоков в состоянии холодного останова в текущей ситуации гораздо безопаснее, поскольку снижает риски и масштабы возможной аварии.

На середину ноября из шести энергоблоков Запорожской АЭС четыре находятся в состоянии холодного останова уже многие месяцы, часть из которых – с самого начала войны. С 10 сентября были остановлены последние два энергоблока, 5-й и 6-й. Таким образом, в четырех реакторах йода уже практически не осталось, тогда как в топливе 5-го и 6-го блоков его содержание снизилось минимум в 1000 раз.

Так что с точки зрения ядерной и радиационной безопасности, пока остаются риски обстрелов и повреждения станции, реакторы Запорожской АЭС необходимо держать в заглушенном состоянии.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Площадка СХОЯТ Фото: Энергоатом Украины

Тем не менее, с конца ноября 5-й и 6-й блоки были выведены в режим так называемого полугорячего останова для снабжения теплом промплощадки и частично города Энергодара в условиях холодных погодных условий. Полугорячий останов – это состояние, при котором реакторы остаются заглушенными, т.е. в них по-прежнему не нарабатываются новые изотопы, но при этом температура воды в первом контуре повышена примерно до 200 градусов за счет работы циркуляционных насосов, нагревательного элемента в компенсаторе давления и остаточного тепловыделения от ядерного топлива.

Такой режим работы возможен лишь при наличии подключения к внешней энергосети. Состояние полугорячего останова повышает риски, связанные с разгерметизацией первого контура и опасность износа оборудования в случае аварийной остановки блока, но в ситуации необходимости снабжения промплощадки теплом это вынужденная мера.

Хранилище топлива (СХОЯТ)

Что еще может случиться? Помимо реакторных отделений на Запорожской АЭС есть еще одна площадка, где находится ядерное топливо. Это сухое хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) – СХОЯТ. Раньше ОЯТ со всех действующих станций вывозили на хранение и переработку в Россию, но уже около 20 лет топливо Запорожской АЭС в Россию не вывозится.

С 2001 года Украина использует технологию, широко распространенную в США и многих других странах. Топливо после выгрузки из реактора и нескольких лет хранения в бассейнах выдержки в реакторных отделениях помещается в специальные толстостенные бетонные контейнеры по 24 сборки и хранится на открытой бетонной площадке. СХОЯТ рассчитано на хранение 380 контейнеров, содержащих около 9000 отработавших топливных сборок. Сейчас на площадке находится чуть более 170 контейнеров, содержащих до 2000 тонн ОЯТ. Это топливо, накопившееся на станции примерно за 15 лет.

Контейнеры довольно прочны и устойчивы к внешним воздействиям, это многослойная конструкция из стали и бетона, толщина которого составляет около 70 см. Но они, конечно, тоже не рассчитаны на артобстрел и бомбардировки.

Вблизи площадки СХОЯТ уже были попадания снарядов и повреждения вспомогательных датчиков. Так что нельзя исключать варианта повреждения и самих контейнеров. Скорее всего в случае прямого попадания на площадку ракеты или снаряда произойдет повреждение одного или нескольких из них от прямого попадания. Однако внутри контейнеров нет ни горючих материалов, ни жидкостей под высоким давлением, ни короткоживущих летучих элементов, которые распались за много лет. Так что наиболее вероятные последствия разрушения контейнеров – это разброс твердых и тяжелых фрагментов топлива и локальное загрязнение площадки хранения и зоны вблизи промплощадки АЭС.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Некоторые объекты и сооружения на площадке Запорожской АЭС. Схема автора

Фукусимский сценарий

Давайте теперь поговорим о наиболее вероятном и опасном сценарии аварии, который частично уже начинал реализовываться. Атомная станция – это огромное сооружение. Тем более Запорожская АЭС. Она занимает площадь в несколько квадратных километров, и кроме реакторных отделений и СХОЯТ на ней расположены сотни зданий и сооружений. В них гораздо легче попасть случайно или целенаправленно и разрушить, поскольку они не так защищены. В большинстве из этих сооружений нет никаких радиоактивных материалов, и их разрушение не приведет напрямую к радиационной аварии. Однако многие системы важны для нормального функционирования АЭС и ее систем безопасности.

Наиболее вероятно и опасно в таком случае полное обесточивание АЭС. Это сценарий Фукусимы. Даже после остановки реактора топливо в нем нужно охлаждать. Цепная реакция и деление урана и плутония в нем прекращаются, но продолжается распад радиоактивных элементов. Энерговыделение этого процесса меньше, чем при работающем реакторе, но довольно существенно. Спустя несколько часов после остановки реактора энерговыделение топлива остается на уровне около 1% от номинального и спадает далее примерно по экспоненте. Чтобы отводить это тепло нужна работа насосов, а для них – электроэнергия.

Самое надежное – это брать ее из сети. Худший вариант – если нарушится энергоснабжение станции, будет ее отключение от внешних сетей. Из-за обстрелов и пожаров вокруг станции такие обрывы уже случались. Впервые полный блэкаут Запорожской АЭС случился 25 августа, когда на небольшое время были отключены все 4 линии электропередач. Полное отключение Запорожской АЭС от сети случилось впервые за всю ее 40-летнюю историю. Работающие блоки были остановлены действием автоматики. Их охлаждение производилось за счет работы резервных дизель-генераторов. Их на станции 20 штук, а запас топлива обычно имеется на 7-10 дней, хотя в последнее время он доведен до 15 дней.

Отключений Запорожской АЭС от сети с августа месяца было уже не менее 6. Каждая такая остановка – это начало аварийного сценария. И к сожалению, такая ситуация происходит уже не только на Запорожской АЭС. С началом массированных ударов России по энергетической инфраструктуре Украины этой осенью регулярными становятся отключения и других АЭС. Так, 2 ноября из-за удара по подстанциям была потеряна одна из линий на 750 кВ, связывающая Южно-Украинскую АЭС с энергосетью, в результате чего один из ее блоков был вынужден снизить мощность на 50%. А 15 ноября из-за обстрелов подстанций были оборваны линии электропередач к Хмельницкой АЭС, в результате чего были остановлены оба ее энергоблока. На Ровенской АЭС пришлось остановить один блок и снизить мощность на другом. Такими образом, из-за ударов России рискам подвергаются уже все без исключения атомные электростанции Украины.

Fukushima explosion Взрыв водородной смеси на одном из блоков АЭС Фукусима

Чем это опасно? Если восстановить линии электропередач быстро не удастся, а дизель-генераторы не сработают или в них кончится топливо, то ядерное топливо в реакторах и бассейнах выдержки будет нагреваться, разрушаться и в итоге плавиться, что приведет к радиационной аварии. Именно это случилось на АЭС Фукусима в Японии в 2011 году, где из-за землетрясения и цунами произошли и обрыв внешних линий, и затопление дизелей.

С нагревом топлива в реакторах АЭС Фукусима началось выделение водорода в результате пароциркониевой реакции взаимодействия оболочек тепловыделяющих элементов с водяным паром. Образовавшаяся гремучая смесь привела к взрывам трех реакторных отделений и выбросу облака летучих изотопов.

К счастью, на Запорожской АЭС в ходе постфукусимской модернизации установлены рекомбинаторы водорода. Рекомбинаторам не нужна электроэнергия для работы, они химически преобразуют излишний водород обратно в воду и не дают ему накопиться  в реакторном отделении в опасной концентрации. Так что взрывов и воздушного выброса как в Фукусиме на Запорожской АЭС быть не должно даже в случае перегрева топлива.

Однако с ростом температуры топливо будет разрушаться и плавиться, что может привести к проплавлению корпуса реактора и уходу образовавшейся смеси в подреакторное пространство. На современных АЭС есть специальные ловушки расплава, которые должны этот расплав удержать и охладить. Но на ВВЭР-1000/В-320 их нет, как не было их и на Фукусиме, и в Чернобыле.

Уход вниз расплава топлива грозит разгерметизацией контейнмента, загрязнением грунтовых и поверхностных вод. Именно загрязнение воды, которая случайно или намеренно попадала в потерявшие герметичность реакторы Фукусимы, создало серьезные проблемы в Японии.

Сейчас на площадке АЭС Фукусима накоплено около миллиона тонн загрязненной воды, которую смогли собрать и частично очистить. Но остальное утекло в океан.

Zaporizhzhya nuclear power plant Схема возможного выхода расплава топлива за пределы контейнмента при тяжелой аварии на ВВЭР-1000 Фото: Андрей Ожаровский

В случае подобной аварии на Запорожской АЭС речь может идти о загрязнении Каховского водохранилища, Днепра и Черного моря. Но все будет зависеть от масштабов аварии и загрязнений.

Так что подобный сценарий возможен. Но такая авария будет развиваться в худшем случае на протяжении нескольких часов, если реакторы находятся в рабочем состоянии на мощности, или несколько дней, если они остановлены. Перегрев не происходит одномоментно, и в этой ситуации у персонала, если ему помогать, а не мешать, будет время для того, чтобы успеть отреагировать и предотвратить худший сценарий. В текущей ситуации, когда энергоблоки уже месяцами находятся в состоянии холодного или даже полугорячего останова, риски гораздо меньше, чем в случае работы реакторов на мощности.

Риски прорыва плотин Днепровского каскада и Каховского водохранилища

С учетом военной обстановки в Херсонской области в октябре и ноябре этого года и продолжающихся ударов по инфраструктуре Украины, в том числе гидроэлектростанциям, возникают риски, связанные с возможным разрушением плотин днепровского каскада гидроэлектростанций и Каховского водохранилища, на котором находится Запорожская АЭС.

Первый сценарий касается прорыва плотин днепровского каскада выше каховского водохранилища с риском затопления площадки Запорожской АЭС. В национальном отчете государственной инспекции ядерного регулирования Украины 2011 года о проведении стресс-тестов украинских АЭС анализируется подобный сценарий. В нем отмечено, что нормальный подпорный уровень Каховского водохранилища составляет 16 м, а площадка ЗАЭС располагается на отметке 22 м. В случае прорыва всех плотин выше по течению Днепра с сохранением подпорной плотины Каховской ГЭС ниже по течению ожидается рост уровня Каховского водохранилища до 19,36 м, что ниже площадки ЗАЭС. Несмотря на определенные нарушения в работе элементов охлаждения и подтопления от прорывной волны, в целом, согласно документу, не ожидается серьезных угроз для безопасности станции.

Fukushima movement of surface water toward the ocean Схема движения поверхностных вод по горизонту через аварийные блоки АЭС Фукусима в сторону океана

Второй сценарий связан с прорывом плотины Каховской ГЭС и спуском воды из Каховского водохранилища. Тут стоит пояснить, что для охлаждения АЭС вода берется не напрямую из водохранилища, а для этого используется специальный пруд-охладитель, отгороженный от Каховского водохранилища насыпной плотиной. Подпитка его проводится из водохранилища через систему шлюзов, но в целом это изолированное гидротехническое сооружение.

Согласно отчету о стресс-тесте, в случае прорыва плотины Каховской ГЭС, находящейся примерно 120 км ниже по течению Днепра от Запорожской АЭС, ожидается снижение уровня воды в Каховском водохранилище в створе АЭС с 16 до 10 м. При этом уровень воды в пруде-охладителе останется прежним, а перепад уровней в 6 м, согласно отчету, плотина пруда-охладителя способна выдержать без разрушения. Спуск воды возможен лишь в результате разрушения шлюза пруда-охладителя.

Таким образом, согласно данным стресс-теста, разрушение плотин днепровского каскада не грозит катастрофическими последствиями для станции. Особенно в текущей ситуации, когда ее реакторы заглушены, турбины не работают и масштабного охлаждения не требуется. Охлаждение топлива и оборудования в энергоблоках в таком режиме проводится за счет брызгальных бассейнов на промплощадке с относительно небольшим объемом воды для подпитки, особенно в холодный период года.

Однако остается вопрос о полноте и точности подобных исследований и их применимости к текущей ситуации боевых действий с новыми рисками. Государственная инспекция ядерного регулирования Украины 6 ноября срочно поручила оператору украинских АЭС, компании «Энергоатом», проанализировать риски безопасности эксплуатации энергоблоков Запорожской атомной электростанции в случае падения уровня в Каховском водохранилище. Однако по данным на конец ноября, о результатах такого анализа не сообщалось публично. В настоящее время ряд экспертов работает над независимыми оценками таких рисков.

Zaporizhzhya nuclear power plant Balakovskaya nuclear power plant Карта с положением Каховской ГЭС и Запорожской АЭС

Риски для персонала

Важным для ядерной безопасности аспектом является и вопрос состояния персонала. Украинский персонал работает на станции все время ее оккупации под физическим и психологическим давлением со стороны сил России. Как и на других оккупированных Россией территориях во время этой войны, сотни сотрудников Запорожской АЭС и другие жители ее города-спутника Энергодара подверглись допросам, похищениям и пыткам, в том числе со смертельными случаями, в случаях подозрений в подготовке диверсий, сотрудничестве с властями и вооруженными силами Украины.

Количество персонала на станции критически снизилось из-за отъезда многих работников и их семей из зоны военных действий. К ноябрю, по данным оператора АЭС, компании «Энергоатом», лишь около 3000 работников АЭС остались на месте из примерно 11 тысяч, работавших там до войны.

После создания в начале октября российской эксплуатирующей организации – дочерней структуры «Росатома» давление на персонал с целью его перехода в новую структуру возросло. При этом неопределенности и риски, связанные с отсутствием четкого управления АЭС и нарушением регламентов и протоколов работы выросли. В тяжелейших условиях регулярных аварийных ситуаций, обстрелов и давления, оставшиеся специалисты продолжают работу по обеспечению безопасной эксплуатации крупнейшей атомной станции Европы.

Выводы

Подводя итог, можно сказать, что на Запорожской АЭС сохраняются риски крупных ядерных инцидентов, связанных как с возможным случайным или преднамеренным повреждением самих энергоблоков в результате обстрелов, так и с обесточиванием станции. Важно отметить, что риски обесточивания теперь периодически возникают и на трех других украинских АЭС из-за полномасштабных ударов России по энергетической инфраструктуре Украины.

Текущее состояние Запорожской АЭС, когда все ее реакторы уже минимум несколько месяцев находятся в остановленном состоянии, существенно снижает масштабы возможных последствий в случае аварии и угрозы для населения от летучего изотопа йода-131. Тем не менее, остаются риски загрязнения обширных территорий средне- и долгоживущими радионуклидами, в первую очередь цезием-137, в результате обстрелов или реализации фукусимского сценария.

Для снижения ядерных и радиационных рисков важно, чтобы в текущих условиях реакторы ЗАЭС по-прежнему находились в подкритическом состоянии, несмотря на связанные с этим сложности и риски иного характера, такие как потеря крупного источника электроэнергии для Украины и источника тепла для города Энергодар. Обеспечение теплом и паром промплощадки станции для ее нормальной эксплуатации возможно и без запуска реакторов, но при наличии устойчивой связи с внешней энергосистемой. Любые же попытки запуска блоков, как со стороны России, так и со стороны Украины, приведут в текущей ситуации к повышению рисков ядерных аварий и инцидентов.

P.S. Важно добавить, что эта статья посвящена в основном техническим вопросам, касающимся безопасности Запорожской АЭС и ее состояния. Никогда в истории атомные станции еще не захватывались в ходе военных действий. Как оказалось, международное сообщество, как в лице ООН, так и в лице профильных организаций типа МАГАТЭ, не имеет действенных механизмов для эффективного реагирования на подобные инциденты. Организация постоянной миссии МАГАТЭ на станцию и переговоры по поводу создания демилитаризованной зоны вокруг АЭС являются важными и полезными шагами в сложившейся ситуации, но по сути являются экспромтом и дипломатической инициативой главы МАГАТЭ Рафаэля Гросси.

Сейчас самый лучший способ снизить риски аварии на ЗАЭС – это прекращение войны, вывод российских войск и возвращение станции под полный контроль законного владельца – Украины. Впоследствии, после войны, будет необходимо учесть этот опыт и пересмотреть существующую систему международного реагирования на подобные ядерные риски для их снижения в будущем. Этот вопрос заслуживает отдельного анализа и обзора.

Для оформления страницы использована фотография за авторством Fredrik Dahl / IAEA