Володимир Павлович: "Інститут ядерних досліджень супроводжує всі українські реактори"

В Україні сьогодні на чотирьох атомних електростанціях працюють 15 енергоблоків - ядерних реакторів, які забезпечують половину потреб країни в електроенергії.

Відмахнутися від такого потенціалу й перейти на інші технології аж ніяк не можна. Швидше, навпаки: треба плекати нашу ядерну енергетику, тим більше що Україна має і чималий науковий потенціал у цій галузі.

Тим часом не можна забувати про Чорнобильську катастрофу та її наслідки.

Я закінчував школу в Поліському Київської області в 1985 році, а через кілька років наш райцентр був повністю виселений. Усі жителі розлетілися хто куди, а багатьом дорога пролягла в засвіти. Тому що "полинова гіркота Чорнобиля увійшла в наше життя холодним вогнем радіації".

У зв'язку з цим дивний вихід на екрани американсько-британського серіалу "Чорнобиль". Дивний тим, що за 33 роки після вибуху на ЧАЕС наші кінематографісти не зняли нічого схожого, зате, хоч як дивно, "сторонні" автори фільму так точно й тонко подали матеріал, що без сліз дивитися його неможливо!

Про правду Чорнобиля, про безпеку АЕС і ядерні відходи, а також про перспективні технології в атомній енергетиці ми говоримо з провідним науковим співробітником Інституту ядерних досліджень, доктором фізико-математичних наук Володимиром Павловичем. Окрім того, він два з половиною десятиліття пропрацював у МНТЦ "Укриття" (нині - Інститут вивчення проблем безпеки АЕС).

- Володимире Миколайовичу, фільм "Чорнобиль" одразу ж завоював мегапопулярність. Наскільки показані в ньому події відповідають реальності?

- Взагалі-то, досить непогано відповідають, з одним істотним "але": там абсолютно нічого не сказали ні про внесок українських учених у ліквідацію аварії, ні про внесок українських медиків у боротьбу з променевою хворобою.

Правда, нашим медикам забороняли ставити діагнози, пов'язані з опроміненням. Проте такі хворі були, їх в Україні лікували, і багатьох - досить успішно.

В Інституті ядерних досліджень (і не тільки в нас) було зроблено непогані розрахунки, чому, власне, сталися вибухи. Причину другого вибуху добре описали вчені з Авіаційного університету (там був відділ, що займався вибухами). До речі, не всі навіть знали, що на ЧАЕС був другий вибух.

- У фільмі про це ані слова.

- А насправді виникла ось яка ситуація. Перший, паровий, вибух, який зруйнував сам реактор, зірвав кришку. Це величезна, складна конструкція семиметрової товщини, що має свинцеві вставки, засипані серпентинітом. Ця "кришечка" була зірвана й злетіла на висоту 14 м. І тоді стався другий вибух. Виявилося, що стіна сусіднього приміщення центрального залу впала в шахту реактора, а потім згори її ще придушило кришкою. Другий вибух був водневий, тобто вибухнула суміш водню з киснем. І це сталося у приміщенні барабанів-сепараторів, що містилося поруч із центральним залом. І ось ця "кришечка" саме й попала в реактор.

- А те, що було відомо доти про недоліки цього типу реакторів, але їх продовжували експлуатувати?

- Взагалі-то, недолік був відомий, однак не дуже багатьом людям, і в цьому, до речі, дуже істотний недолік організації всієї атомної енергетики на той час. Реактор вважався, по суті, каструлею, яка виробляє тепло, тобто на кшталт котлів на теплових станціях. Тому більшість працівників атомних станцій були суто теплоенергетиками. Вони недосить глибоко знали процеси, які відбуваються всередині реактора. Це, звісно, була основна біда. І ці люди насамперед і постраждали від вибуху.

- Але потім реактори РБМК переробляли і почали встановлювати реактори іншого типу?

- Трішки не так. Річ у тому, що в цих реакторах була дуже невдала конструкція стрижнів управління. Крім того, були дуже повільні двигуни управління стрижнями. Ці стрижні входили в зону за дві хвилини. Це дуже довго. Бо всі процеси розвиваються впродовж лічених секунд. А конструкція там була цікава. Коли стрижень повністю виведений із каналу - це означає, що вся речовина, яка поглинає нейтрони, вийнята з реактора.

Трохи про технологію. У реакторі відбувається реакція поділу урану під дією нейтронів. Усе управління реактором відбувається шляхом управління нейтронами. Є деякі речовини, які дуже сильно поглинають нейтрони і, вміщені в реактор, перешкоджатимуть ланцюговій реакції. Одна з таких речовин - бор, і стрижні управління в цьому реакторі зроблені з карбіду бору. Усі канали охолоджуються проточною водою. Знизу йде по трубах вода і відводиться верхній кришці. Вода теж досить сильно поглинає нейтрони. Тому для економії нейтронів стрижні управління були зроблені таким чином, що при повністю виведених із активної зони стрижнях по центру реактора був введений графітовий витіснювач. А графіт поглинає нейтрони менше, ніж вода. У реакторі близько двох тисяч труб-каналів діаметром 8 см. У деяких трубах містяться стрижні управління, а в сусідніх трубах - паливо, у вигляді так званих збірок. Усі труби прокачуються водою. Збірки роблять із двох частин: верхньої й нижньої, пов'язаних між собою металевими стрижнями, тому в них між собою нейтронний зв'язок досить слабкий.

Вийшло, що при введенні стрижнів управління в нижній частині, куди потрапив графіт витіснювачів, ланцюгова реакція різко зросла, а вгорі приглушилася. Вибух саме й відбувся в нижній частині реактора. Різко зросла температура, зруйнувалися оболонки тепловидільних елементів, розпарене паливо температурою близько 2000 градусів почало контактувати з водою, дуже різко утворилася пара. І перший вибух був саме паровим, який підняв кришку реактора й викинув, зруйнувавши всі труби. Потім водяна пара при таких високих температурах почала взаємодіяти з цирконієм (а всі оболонки труб складаються з цирконієвих сплавів), окисляти його з виділенням водню. Це так звана паро-цирконієва реакція. Багато виділяється водню, і він по всіх цих трубах потрапив у барабани-сепаратори, вирвався в приміщення, змішався з киснем і вибухнув. І все це відбулося за частки секунди.

Перші розрахунки "нейтронного розгону" зробив саме в ІЯД Володимир Адамович Халімончук (нині - доктор технічних наук, провідний науковий співробітник НТЦ АЯР).

- Наскільки сьогодні надійні реактори на українських атомних електростанціях?

- На українських атомних електростанціях реактори іншого типу. Навіть незважаючи на те, що реактори, схожі на чорнобильські, вдосконалили, наприклад замість укорочених графітових стрижнів-витіснювачів зробили довгі, тобто коли стрижні управління опускаються вниз, не відбувається такого нейтронного сплеску, при цьому істотно збільшили швидкість руху стрижнів. Замінили також усю електроніку. На реакторах РБМК у 1986 році була, звісно, обчислювальна машина, що розраховувала всі процеси в реакторі, але вона, по-перше, робила це досить повільно, по-друге - досить важливих характеристик не видавала на дисплей. Так, однієї з найважливіших характеристик - кількість стрижнів, які перебувають у зоні управління, - оператори не знали. І в процесі цього експерименту вони витягли їх дуже багато, тож реактор став, фактично, некерованим.

- У чому принципова відмінність нинішніх реакторів?

- Реакторів РБМК було в Україні всього чотири, в Чорнобилі, і на цей момент вони зупинені. Решта станцій у нас оснащені реакторами з водою під тиском, так звані водно-водяні реактори - ВВЕР, англійською PWR (Pressurized water reactor). У цих реакторах дуже міцний металевий корпус із товщиною стінок близько 20 см. Вода там справді проходить під тиском, там немає окремих труб, і ніякого графіту. Вода омиває пучки тепловидільних елементів, але вони стоять там щільніше. У кожній збірці близько 300 ТВЕЛів. Висота активної зони близько трьох метрів, а сам реактор значно вищий.

- А зараз нові реактори будуються?

- Ні, не будуються. Зараз більшість енергії у світі отримують просто від спалювання органічного палива: вугілля, мазуту, газу.

- Це ж усе шкідливо для довкілля і загрожує глобальним потеплінням?

- Звісно, в результаті виділяється багато двоокису вуглецю.

- Але є ж і альтернативна енергетика: сонячна, вітрова.

- Звичайно. Але якщо більшість енергії отримується при згорянні палива, то атомна енергетика становить не дуже велику частку, в глобальному масштабі, близько 13–15%. Тільки в деяких країнах вона досить істотна.

- А ще в окремих країнах від неї взагалі відмовляються, наприклад у Німеччині.

- Так, хоча я не згоден із таким підходом. У Франції атомна енергетика дає приблизно 75% електроенергії, в Україні - близько 50%. А в інших країнах, взагалі, значно менше. У Японії досить значну частку становила атомна енергетика, проте після Фукусімської аварії її теж істотно зменшили. У Росії десь близько 10%. У США - близько 15%. Тобто в більшості країн атомна енергетика дає мало. Постає питання: чому? По-перше, первинні вкладення досить великі, на будівництво одного блоку потрібно виділити близько 4–5 мільярдів доларів, і це було років десять тому. Крім того, дорожчає паливо.

Є ще одна біда атомної енергетики: куди дівати відходи? Зараз розробляються різні технології. Але основна - сховати під землю, "і хай собі там лежить". Хоча це не так просто. Саме собою просто так воно не лежатиме. Спочатку його треба охолоджувати, впродовж 50 років, як мінімум. Бо інакше паливо може просто розплавитися. До речі, у Фукусімі саме й розплавилося одне зі сховищ, і теж вибухнуло через це, оскільки вода для охолодження туди не надходила.

А потім уже з тимчасових сховищ відпрацьоване паливо можна забирати й відправляти кудись на тривале зберігання. Наприклад, я бував на такому сховищі у Швеції. Воно побудоване під землею, у гранітних скелях. Але, виявляється, граніт, у принципі, теж не щільний матеріал, з тріщинами. Це означає, що вода може відносити радіонукліди в підземні води і в море. Тому просто так сховати в гранітних скелях відходи теж не можна, треба обслуговувати, щоб не допустити контакту відпрацьованого ядерного палива з водою.

Є інші технології, наприклад нейтронної трансмутації. Це свого роду сучасна алхімія - перетворення одних елементів на інші при опроміненні нейтронами. Є ще більш екзотичні речі. Між іншим, один із таких експериментів ми ставили в Чорнобилі. Це - біологічна трансмутація. Вона поки що незрозуміла по суті, але експеримент був поставлений. Так, активність цезію за два місяці впала на 25%. Потім ці експерименти повторили й інші вчені.

- Ці всі технології розробляються спеціально для зберігання відходів?

- Основна маса в ядерних відходах - продукти поділу. Ядро урану ділиться приблизно навпіл, і виходять, у тому числі, цезій і стронцій. Саме їх найбільше. А період напіврозпаду цезію близько 30 років. Вважається, що за 300 років (10 періодів напіврозпаду) цезій і стронцій розпадуться. Але 300 років - це не так уже й мало. І ось у наших експериментах цезій напіврозпадався не за 30 років, а за два місяці.

- Дивно!

- І це відбувалося за наявності бактерій.

- А що з цими експериментами сьогодні?

- Та нічого. По-перше, багато хто нам просто не вірить. Але, оскільки в Москві повторили такі самі експерименти, - це вже факт. Треба думати й розвивати технологію для знезараження відходів. І, що цікаво, цей факт підтверджується і в природі, і нашому "Чорнобильському заповіднику". Оскільки в окремих місцях активність знижується швидше, ніж просто завдяки розпаду. Хоча в природі є багато невідомих причин, які можуть привести до такого самого результату. Наприклад, швидкість проникнення речовин у землю. Воно ж усе вимивається, осідає, зникає з поверхні. Але не виключено, що в природі працює й такий механізм.

Тепер про енергію. Усі зараз говорять про енергію сонця, вітру та води. Гідроенергетика дає досить багато - близько 10%. Але для цього треба заливати величезні території, як правило, родючих земель. Я б особисто спустив усі наші дніпровські водосховища, крім Київського (де, на жаль, на дні багато всякої гидоти) і, мабуть, Каховського, яке дає воду для зрошення півдня України. А сонце, вітер - корисні речі, особливо беручи до уваги, що в нас в Інституті напівпровідників розробили плівкові сонячні батареї, які вшестеро дешевші від звичайних, - але все не вдається запустити це у виробництво. Зрозуміло, в нас із інноваціями справи дуже кепські. А взагалі, проблему енергії може вирішити і так званий холодний синтез. Знаю, що до цього явища ставлення в багатьох негативне.

- Ви над цим, наскільки я знаю, працюєте.

- Так, ми навіть провели експерименти й отримали позитивний результат. Але поки що, на жаль, у дуже скромному масштабі.

В наших експериментах використовувався літій плюс водень. Така реакція приводить до виділення енергії. При цьому не утворюються радіоактивні відходи, та й у процесі роботи немає радіоактивного випромінювання.

- А запаси літію?

- В Україні - одні з найбільших.

- Він же сьогодні використовується для батарейок та акумуляторів.

- А ще - зараз електромобілі їздять на літієвих батареях. І річ у тому, що можна переробляти літій із літієвих батарей, він там не псується.

- Це ж величезна проблема - як утилізувати відпрацьовані батареї.

- Так, куди подіти літій із батарей? Ось сюди!

А тепер можна повернутися до реакторів, які працюють в Україні. Вони досить надійні, працюють у всьому світі. Була тільки одна аварія, теж досить серйозна - у США на АЕС на Тримильному острові (Три-Майл-Айленді). І там розплавилася активна зона, був невеликий викид в атмосферу. Відтоді цей реактор стоїть розплавлений.

- А над ним теж саркофаг?

- Ні, там же, в PWR, крім самого реактора, над кожним є ще великий конфайнмент. Всередині нього містяться парогенератори, компенсатори тиску, одне слово - всі підсобні пристрої, потрібні для роботи реактора. Це герметична оболонка, яка все це тримає в собі. Вона досить міцна, з напруженого бетону. Загалом, це додатковий бар'єр від витікання радіонуклідів у довкілля. У Три-Майл-Айленді цей бар'єр не був порушений, та, оскільки пара так чи інакше має йти на турбіни, що розміщені зовні, цим шляхом радіоактивність вийшла назовні.

Є й ще один тип реакторів - BWR (Boiling Water Reactor) - "реактор на окропі". У них теж (як і в РБМК) вода закипає всередині реактора, і пара відразу подається на турбіну. Такий реактор вибухнув у Японії внаслідок землетрусу. Але, в принципі, ці реактори досить безпечні, особливо за наявності хорошої автоматики, яку вже сьогодні розроблено. І на цей час є досить непогане розуміння всіх процесів, які відбуваються в реакторі і які можуть відбуватися в різних непередбачуваних випадках. Навіть під час аварій, коли щось руйнується. Залізо є залізо, воно може ламатися, на жаль. Але за всім стежать, і такі реактори вважаються досить безпечними. А недоліки в них ті, про які я казав. Це ресурси (уран-235 закінчується) і відходи.

З ресурсами ситуація досить непогана. У принципі, якщо перейти до реакторів на швидких нейтронах, то можна використовувати як паливо уран-238, якого в уранових рудах більшість. Поки що ж використовується так званий збагачений уран, у ньому підвищена концентрація урану-235, який є речовиною, що ділиться. Уран-238 сам по собі не ділиться, але в реакторах на швидких нейтронах його можна перетворити на плутоній із допомогою довгого ланцюжка: після поглинання нейтрона виходить уран-239, він розпадається на нептуній, після чого вже нептуній розпадається на плутоній, який далі може ділитися.

Є ще хвильові реактори, якими ми теж досить докладно займалися. В них - свої складнощі. Свого часу за них дуже серйозно вчепилися, така красива ідея. Завантаживши 238-м ураном, запустити хвилю, яка біжить по середовищу й 60 років видає енергію. Без ніякого управління. Але виявилося, що конструкційні матеріали цієї хвилі не витримають. Адже там дуже швидкі нейтрони, вони переміщуються зі швидкістю 109 сантиметрів на секунду, яка близька до швидкості світла. І вони починають вибивати атоми металу зі своїх місць, порушуючи таким чином структуру металу. Якщо зіткнень дуже багато, метал може не витримати й просто розвалитися.

- А що стосується зносостійкості наявних реакторів?

- Про це ж і йдеться. Реактори PWR на повільних нейтронах, тут швидкість часток значно нижча. І коли повільний нейтрон взаємодіє з ядром металу, то він його зазвичай не вибиває. А вибиває тільки ту частину нейтронів, які мають дуже велику енергію. Вони є і в наших реакторах. Тому термін життя реакторів визначається саме стійкістю металу корпусу самого реактора. Саме до порушень, які відбуваються під впливом швидких нейтронів. На всіх реакторах за цим стежать, контролюють експериментально. Будуючи реактор, багато зразків сталі, з яких зроблено корпус реактора, вміщують усередину активної зони й час від часу їх вивантажують та досліджують. Тобто на весь термін роботи реактора в ньому завантажені так звані зразки-свідки. Наш інститут досить предметно займається цим питанням. В ІЯД є спеціальні відділи, які нині супроводжують усі українські реактори.

- Проте в них же обмежений термін експлуатації.

- Так, наші реактори розраховані на термін 30 років, але, як засвідчили дослідження (а вони тривають безперервно), виявилося, що, як мінімум, на 10 років можна продовжити. А там буде видно.

- А коли зношуються стінки, що потім?

- Вони не зношуються. Просто змінюється їхня структура. І вони можуть не витримати навантаження.

- Чи планується потім встановлювати навколо них захист?

- Для реактора ВВЕР-440 розробили технологію, яка може дозволити змінити структуру металу корпусу реактора. Решту можна замінити. Найголовніше - корпус, адже це, фактично, величезна залізна бочка, і цей метал цілком замінити важко, але структуру змінити можна з допомогою так званих відпалів. Тобто зсередини все вивантажується і вставляється піч, грубо кажучи. І з її допомогою починають прогрівати корпус до високих температур, і вся порушена структура металу відновлюються. Це так званий відпал корпусів, і на одному з блоків ВВЕР-440 Рівненської АЕС його вже зробили. Тепер на найближчі 30 років він може служити, практично, як новенький. На інших реакторах теж таке можна зробити, але на ВВЕР-1000 поки що цього методу відновлення не випробовували.

- Як відомо, в Україні затверджена державна програма з підвищення безпеки АЕС і докладається максимум зусиль до подовження термінів експлуатації.

- Так, недавно НАЕК "Енергоатом" продовжила на п'ять років угоду з нашим інститутом щодо зразків-свідків і подовження термінів експлуатації АЕС.

- Як працює київський реактор в ІЯД? Він постійно вимкнений?

- Ні, звичайно. Час від часу він вмикається, дослідницький реактор перебуває в робочому стані, і на ньому тривають експерименти. Понад те, там зараз продовжують напрацьовувати радіофармпрепарати.

- А як сьогодні справи з кадрами? Наскільки рівень їхньої кваліфікації відповідає вимогам до забезпечення безпечної роботи АЕС? Чи йдуть випускники університетів працювати на АЕС і в лабораторії інститутів?

- Кадри - звісно, великий головний біль, особливо для Академії наук. До нас люди йти не хочуть через мізерні зарплати. Але на станції йдуть. Персонал для станцій готують Одеський політех (майже весь керівний склад НАЕК і, власне, станцій - випускники ОНПУ), Київський політех і Київський університет ім. Т.Шевченка. У принципі, на станціях зараз є досить грамотні кадри.

- І насамкінець запитання, яке до науки й не має стосунку, однак багатьох цікавить у наш бурхливий час. Чи можливі збої в роботі атомної енергетики при терактах або силових пошкодженнях енергосистеми? Це може статися і внаслідок бойових дій. Ну ось, наприклад, факт, коли нібито з добрих намірів добробатівці й активісти валили опори ЛЕП, які йдуть на Крим. Чи такі дії не позначаються на роботі АЕС?

- У принципі, стала робота ядерного енергоблоку чутлива до споживаного навантаження, і якщо це навантаження несподівано пропадає (як під час теракту), то реактор потрібно зупиняти. Я не обізнаний із регламентами АЕС, але, наскільки мені відомо, так і роблять. Отож теракти поза станціями можуть позначитися на роботі АЕС, а запобігти їм - завдання, звісно ж, не вчених, а силових структур.