«Как тлеющие угли в мангале»: в Чернобыле снова начинаются ядерные реакции

С момента взрыва на Чернобыльской АЭС, приведшего к самой страшной ядерной аварии, прошло 35 лет. Сейчас там в массе уранового топлива, похороненного в глубине искореженного реакторного зала, снова начинаются реакции деления. «Это как тлеющие угли в мангале», — говорит химик Нил Хайят, занимающийся изучением ядерных материалов в Шеффилдском университете. Украинские ученые в срочном порядке пытаются определить, угаснут ли эти реакции сами по себе или понадобятся меры чрезвычайного вмешательства для предотвращения новой аварии.

Датчики фиксируют увеличение числа нейтронов, выходящих из одного недоступного помещения, что свидетельствует о реакции деления. Об этом на прошлой неделе во время дискуссии о демонтаже реактора сообщил Анатолий Дорошенко из киевского Института проблем безопасности атомных электростанций (ИПБ АЭС). «Существует множество неопределенностей, — рассказывает Максим Савельев, работающий в этом же институте. — Но мы не можем исключить возможность аварии». По его словам, количество нейтронов медленно увеличивается, а это указывает на то, что у ответственных за управление ситуацией еще есть в запасе несколько лет для поиска путей устранения этой угрозы. Любые способы предотвращения аварии, которые Савельев придумает со своими коллегами, вызовут огромный интерес в Японии, которая сама вынуждена ликвидировать последствия ядерной катастрофы, случившейся 10 лет назад в Фукусиме. «Там аналогичные параметры рисков», — отмечает Хайят.

Предчувствие цепной реакции деления в ядерных руинах давно уже преследует Чернобыль. Когда 26 апреля 1986 года расплавилась часть активной зоны четвертого энергоблока, урановые топливные стержни, их циркониевая оболочка, графитовые управляющие стержни и песок, сброшенный на активную зону в попытке потушить пожар, превратились в лаву. Лава растеклась по подвальным помещениям реакторного зала, а потом затвердела, образовав расплав активной зоны. В нем примерно 170 тонн радиоактивного урана, то есть 95% от общего объема топлива.

Спустя год после аварии над остатками четвертого энергоблока был построен саркофаг из стали и бетона, получивший название «Укрытие». Через него внутрь попадала вода. Поскольку вода замедляет нейтроны, из-за чего возрастают шансы на деление урановых ядер, из-за сильных дождей число нейтронов иногда резко возрастало. После ливней в июне 1990 года чернобыльский ученый-сталкер, несмотря на угрозу облучения, зашел в поврежденный реакторный зал и разбрызгал там на топливосодержащие материалы раствор нитрата гадолиния, который поглощает нейтроны. Это было сделано из-за того, что расплав мог достичь критической массы, чего боялись специалисты. Спустя несколько лет на крыше «Укрытия» были установлены разбрызгивающие устройства для нитрата гадолиния. Но он не может проникнуть в некоторые подвальные помещения, поэтому эффект от него невелик.

Руководство Чернобыльской АЭС полагало, что риск критичности уменьшится с установкой над «Укрытием» в ноябре 2016 года Нового безопасного конфайнмента (НБК). Эта конструкция стоимостью полтора миллиарда евро должна была изолировать «Укрытие» таким образом, чтобы стабилизировать его, а со временем провести демонтаж. НБК также не пропускает внутрь дождь, благодаря чему с его установкой количество нейтронов в большинстве точек Укрытия остается стабильным или даже уменьшается.

Но нейтроны начали постепенно появляться и накапливаться в нескольких новых местах. За четыре года их количество почти удвоилось в помещении 305/2, где под завалами находится тонна расплава. Подготовленная ИПБ АЭС модель указывает на то, что застывшее топливо заставляет проходящие через него нейтроны более эффективно расщеплять ядра урана. «Это достоверные и убедительные данные, — говорит Хайят. — Нам просто непонятно, что это за механизм».

Эту угрозу нельзя игнорировать. Поскольку уровень воды уменьшается, есть опасения, что реакция деления ускорится в прогрессии, отмечает Хайят. А это приведет к неконтролируемому выбросу ядерной энергии. Шансов на повторение трагедии 1986 года нет никаких, ведь тогда взрыв и пожар породили радиоактивное облако, которое пошло на Европу. Бесконтрольная реакция деления в расплаве может угаснуть после того, как из-за высокой температуры в результате деления испарятся остатки воды. Но Савельев отмечает, что хотя взрывную реакцию можно сдержать, она грозит обрушить неустойчивые элементы шаткого «Укрытия», и тогда Новый безопасный конфайнмент наполнится радиоактивной пылью.

Решить эту новую проблему будет чрезвычайно сложно. Высокий уровень радиации в помещении 305/2 исключает установку там датчиков. Разбрызгать нитрат гадолиния — тоже не вариант, так как расплав находится под бетоном. Есть идея создать робота, способного выдерживать длительное облучение, чтобы тот просверлил отверстия в расплаве и вставил в них цилиндры с бором, которые будут выполнять функции управляющих стержней и поглощать нейтроны. Между тем, ИПБ АЭС намеревается усилить наблюдение за двумя другими участками, где расплав может дойти до критического состояния.

Возобновление реакций деления — не единственная проблема, с которыми сталкиваются смотрители Чернобыля. Под воздействием мощной радиации и высокой влажности расплав распадается, порождая еще больше радиоактивной пыли, которая препятствует планам по демонтажу «Укрытия». Поначалу радиоактивное образование из лавы под названием «Слоновья нога» было таким твердым, что ученым пришлось стрелять из автомата Калашникова, чтобы отколоть кусок для анализа. «Сейчас „нога" по своей консистенции более или менее напоминает песок», — говорит Савельев.

Украина давно уже хочет удалить расплав и отправить его в хранилище радиоактивных отходов в устойчивых геологических образованиях. К сентябрю она при помощи Европейского банка реконструкции и развития намерена подготовить комплексный план по проведению таких работ. Но поскольку в «Укрытии» все еще теплятся беспокойные останки реактора, будет исключительно сложно их захоронить.

Science, США