ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КАТАСТРОФЫ ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АТОМНОЙ СТАНЦИИ "Центр инструментальных наблюдений за окружающей средой и прогноза геофизических процессов" Второй Доклад в МАГАТЭ

Глава 2. Геофизические аспекты катастрофы ЧАЭС в системе "ЧЕЛОВЕК – МАШИНА – ПРИРОДА"

2.1. Размещение промплощадки ЧАЭС

2.2. Геодинамика региона до катастрофы

2.3. Геодинамика 25-26 апреля 1986 г. в момент катастрофы

2.4. Геодинамика региона после катастрофы

2.1. РАЗМЕЩЕНИЕ ПРОМПЛОЩАДКИ ЧАЭС

Чернобыльская АЭС расположена в восточной части большого региона, именуемого белорусско-украинским Полесьем, на берегу р. Припять, впадающей в р. Днепр.
На начало 1986 г. общая численность населения в 30-километровой зоне вокруг АЭС составляла ~ 100 тыс. человек, из которых 40 тыс. проживали в г. Припяти, расположенном к западу от трехкилометровой зоны вокруг АЭС, и 12,5 тыс. – в районном центре г. Чернобыле, расположенном в 15 км к юго-востоку от АЭС [1].
Первая очередь АЭС – два энергоблока с РБМК-1000 – была построена в 1970–1977 гг., а к концу 1983 г. на этой площадке было завершено строительство двух энергоблоков второй очереди.
К юго-востоку от площадки АЭС непосредственно в долине р. Припяти построен наливной пруд-охладитель площадью 22 км2, который обеспечивает охлаждение конденсаторов турбин и других теплообменников первых четырех энергоблоков. Нормальный уровень воды в пруду-охладителе принят на 3.5 м ниже отметки планировки площадки АЭС.
Промплощадка ЧАЭС расположена на границе Днепровско-Донецкого прогиба, крупнейшего на Восточно-Европейской платформе вблизи пересечения региональных Южно-Припятского и Тетеревского глубинных разломов (см. рис. 2.1). Рисунок 2.1. Схема района исследований Чернобыльской АЭС
Украинские геофизики выделили источник нерегулярного сейсмического шума, связанный со сложной тектонической зоной – примерно в 10 км к северо-востоку от ЧАЭС [2,3] (см. рис. 2.2). Рисунок 2.2. Схема района исследований Чернобыльской АЭС


2.2 ГЕОДИНАМИКА РЕГИОНА ДО КАТАСТРОФЫ

На Восточно-Европейской платформе начиная с 80-х годов наблюдался всплеск сейсмотектонической активности.
1. Солигорское землетрясение (Минская обл.) 10 мая 1978 г. и 1 декабря 1983 г.
2. Прорыв дамбы рассолохранилища № 2 Стебниковского калийного комбината (Западная Украина) 14 сентября 1983 г.. 4,5 млн. кубометров жгучего рассола уничтожили фауну и флору на Днестре и на долгое время по течению реки было нарушено водоснабжение населенных пунктов, вплоть до г. Одессы.
3. Лето – 9-10 июня 1984 г. Мощный ураган (смерч) промчался через всю Русскую равнину от Черного моря до Урала. Смерч двигался вдоль оси древнего Средне-Русского авлакогена, считавшегося в геодинамическом отношении неактивным. Смерч – однозначный индикатор возбуждения геодинамических процессов в регионе. Локальные землетрясения (ЛЗТ) наблюдались в Татарии, Прибалтике, в Центральном районе России, на Украине, в Москве.
4. Обрушение купола Истринского ВИС 25 января 1985 г.
5. Летом 1985 г. геодезисты обнаружили большие смещения фундаментной плиты энергоблока-4. Директор АЭС В.Брюханов направил письмо в ИФЗ РАН с просьбой командировать Е.В.Барковского, занимавшегося в то время контролем стабильности фундаментов АЭС, для выяснения причин этих негативных проявлений (начало работ по изучению причин смещения фундамента планировалось сначала 17 апреля, но по объективной причине было перенесено на 12 мая 1986 г.).
6. Эксплуатация турбогенераторов № 7 и № 8 вызывала большие трудности из-за нарушений балансировки и сильной вибрации. Высокий уровень вибрации опор подшипников – явление нежелательное, требует быстрого устранения. Именно поэтому стали необходимыми приезды специалистов-турбинщиков для осуществления работ по балансировке и виброналадке. А поскольку отбалансированная турбина через некоторое время вновь ухудшала свои показатели по вибрации, вызов специалистов повторялся. Командировки персонала из Харькова в г. Припять стали привычными.
17 апреля 1986 г. главный инженер ЧАЭС М.Фомин прислал в Харьков очередной вызов следующего содержания: «... Вибросостояние турбоустановок № 7 и № 8 неудовлетворительное. Установить и устранить причины не удалось».
За две недели до катастрофы был замечен перекос фундамента турбогенераторов, что привело к сильной вибрации турбины.
За две недели до катастрофы в ближайших от ЧАЭС населенных пунктах возникли странные перебои с электроэнергией, отказывалась работать автоматика на предприятиях, увеличилась аварийность на транспорте.
Врачи «скорой помощи» в эти дни выезжали на вызовы чуть ли не в десять раз чаще. Погода в этом районе будто взбесилась: атмосферное давление то резко падало, то также резко повышалось.
Наблюдается проявление геопатогенного фактора при мощных флюктуациях геофизических полей. Действует на нервную систему и мозг человека, вызывает болезненную психофизическую реакцию, дискомфорт, головные боли, нарушение координации движений вплоть до обморока, что повышает вероятность ошибок диспетчеров, операторов и др.
На рис. 2.3 показан ход изменений атмосферного давления за период с 10 апреля по 4 мая 1986 г. по метеостанции г. Чернигова (60 км от ЧАЭС) [4]. Рисунок 2.3. Иллюстрации фактических материалов Чернобыльской катастрофы
Авария (а точнее катастрофа) произошла через пять суток после глубокого минимума и через двое суток за максимумом. После максимума начался закономерный спад. Особое внимание при этом обращает значимый скачок давления в момент катастрофы, величина этого выброса в районе ЧАЭС могла составлять более десяти миллибар, что свидетельствует о локальности и мощности происходящих там геофизических воздействий. Эта информация дает достаточную оценку наличия мощного возмущения всех физических полей и сред (Рос. патент № 2030769, 16 ноября 1992 г. Способ обнаружения возможности наступления катастрофических явлений).
Вызов специалистов-турбинщиков из Харькова 17 апреля закономерен в связи с усилением геофизического воздействия на машинный зал, где расположены турбогенераторы № 7 и № 8. На рис. 2.3 резкое возрастание резкое возрастание атмосферного давления приходится на 16 и 17 апреля.
Анализ карт погоды показал, что локальная область аномальной вариации атмосферного давления ∆Р, являющаяся первой производной вариации ускорения силы тяжести ∆g, возникла в центре Припятской впадины 14 апреля 1986 г. Далее началась «раскачка», в ходе которой мощность процесса возрастала, а центр возмущения по эллиптической траектории перемещался к юго-востоку. 20 апреля севернее Чернобыля возник глубокий барический минимум (локальный взрывной циклон), перешедший к экстремально быстрому заполнению. Точка бифуркации вблизи Чернобыля образовалась 25 апреля – день резкого усиления аварийных ситуаций на транспорте, на электросетях и т.д. Вот почему диспетчер «Киевэнерго» днем 25 апреля в 1400 потребовал приостановить снижение мощности на 4-м энергоблоке и сохранить ее на уровне 1600 МВт (тепл.).
На линиях электропередач, проходящих над геологическими активными разломами наблюдаются эффекты нехватки (пропажи) электроэнергии.
Геофизики неоднократно обращали внимание энергетиков, в частности принимающих решение по трассировке линий высоковольтных передач, что через определенные зоны линии проводить нельзя. В зависимости от погодных и геомагнитных условий потери на линии могут составить до 30-40 % [5].
На рис. 2.4 показаны результаты обработки сейсмограмм с сейсмостанции (с/ст) «Норинск» с 15.04 по 8.05.86 г., демонстрирующие тектоническую активность Припятско-Днепровского разломного узла (по данным Е.В.Барковского). Рисунок 2.4. Тектоническая активность Припятско-Днепровского разломного узла


2.3. ГЕОДИНАМИКА 25-26 АПРЕЛЯ 1986 г. В МОМЕНТ КАТАСТРОФЫ

К 23 час. 10 мин. 25 апреля было продолжено снижение мощности с 1600 МВт до 700-1000 МВт (тепл.). На этой мощности предполагалось провести испытания выбега генератора с нагрузкой собственных нужд.
Однако при отключении системы ЛАР (подсистема локального автоматического регулирования; работает по сигналам внутриреакторных ионизационных камер; автоматически стабилизирует основные гармоники радиально-азимутального распределения энерговыделения), что предусмотрено регламентом эксплуатации реактора на малой мощности, оператор не смог достаточно быстро устранить появившийся разбаланс измерительной части АР (быстрое снижение мощности стержнями автоматических регуляторов). В результате этого тепловая мощность упала ниже 30 МВт.
За 2-3 часа до катастрофы были слышны «глухие взрывы в районе Чернобыля и пруда-охладителя на р. Припяти – около 17 сейсмопроявлений, зарегистрированных с/ст «Норинск».
В ночь с 25 на 26 апреля в течение 1 час. 50 мин. с/ст «Норинск» было зарегистрировано более 20 сейсмопроявлений. Началась активизация геофизических процессов, оказавших воздействие на измерительные части АР и дестабилизацию теплогидравлических параметров реакторной установки.
Только к 1 час. 00 мин. 26 апреля 1986 г. мощность удалось стабилизировать на уровне 200 МВт. В 1 час 03 мин. и 1 час 07 мин. дополнительно к шести работающим ГЦН было подключено еще по одному ГЦН с каждой стороны. Подключение дополнительных ГЦН и вызванное этим увеличение расхода воды через реактор привело к уменьшению парообразования, падению давления пара в барботере-сепараторе, изменению других параметров реактора.
За это время с/ст «Норинск» регистрирует более 20 сейсмопроявлений. Наблюдается аварийное отключение давления и уровня воды в БС.
В 1 час 10 мин. – 1 час. 15 мин. Отмечена резкая патологическая реакция вблизи центрального зала (ЦЗ) прапорщика-охранника – головные боли, обморочное состояние.
Операторы пытались вручную поддерживать основные параметры реактора – давление пара и уровень воды в БС (барботер-сепаратор) – однако в полной мере сделать этого не удалось. В этот период в БС наблюдались провалы по давлению пара на 0.5-0.6 МПа и провалы по уровню воды ниже аварийной уставки. Чтобы избежать остановки реактора в таких условиях, персонал заблокировал сигналы A3 по этим параметрам в 1 час. 18 мин. 53 сек. В 1 час 22 мин. введена защита по Р в БС.
1 час. 22 мин. 50 сек. – 1 час 23 мин. Начальник реакторного цеха В.Перевозченко, находившийся в ЦЗ на отметке +50, наблюдает голубое свечение в зале, а также подпрыгивание и поднятие «шубой» металлических кирпичей биозащиты реактора (вес кирпича 350 кг).
В 1 час 23 мин. 04 сек. реактор продолжал работать на тепловой мощности ~ 200 МВт. В это время отключена турбина ТГ-8 по пару (ТГ № 7 был отключен днем 25 апреля).
Через некоторое время после начала испытания началось медленное повышение мощности.
С 23 час. 10 мин. 25 апреля до 1 час. 00 мин. 26 апреля мощность реактора (тепл.) изменялась с 1600 МВт до 30 МВт с последующим подъемом до 200 МВт. На данной мощности реактор работал ~ 23 мин. До 1 час. 23 мин. 04 сек. Через несколько десятков секунд началось медленное повышение мощности.
Известно, что для регистрации нейтронов используются ионизационные камеры, в которых реализуются ядерные реакции 3He(n,p)3H или 10B(n,a)7Li; вторая из них используется также для защиты от нейтронного излучения. Т.е. нейтроны регистрируются косвенным образом по ионизирующему излучению.
В данном случае приборы фиксировали ионизирующее излучение, которое сопровождало геофизический процесс.
В 1 час 23 мин. 59 сек. с/станция «Норинск» зарегистрировала импульсный сигнал в редукцuu на источник со временем 01.23.59.5 с. Интерпретируется как гравитационный силовой импульс, распространяющийся по разлому.
В 1 час 39 мин. 08 сек. – 11 сек. с/станция «Норинск» зарегистрировала два импульсных сигнала аналогичных предыдущему, того же знака и формы, но более интенсивных.
«До сих пор не предавалось значения тому, что реактор вышел из строя всего за... 20 секунд! Трудно вообще представить столь быстрый переход такой большой и сложной системы от нормы к взрыву», – считает директор Института геофизики Украины академик Национальной академии наук Украины (НАНУ) Виталий Старостенко. И добавляет, что операторы за эти 20 секунд увидели около 20 световых вспышек, несколько шаровых молний, сопровождаемых глухими взрывами.
В 1 час 23 мин. 40 сек. начальник смены блока дал команду нажать кнопку АЗ-5, по сигналу от которой в активную зону вводятся все регулирующие стержни и стержни AЗ. Стержни пошли вниз, однако через несколько секунд раздались удары и оператор увидел, что стержни-поглотители остановились, не дойдя до нижних концевиков.
Тогда он обесточил муфты сервоприводов, чтобы стержни упали в активную зону под действием собственной тяжести.
1 час 23 мин. (35-38) сек. со стороны насосной появился объемный гул. Затем удары, началась сильная вибрация частотой около 1-2 Гц.
1 час. 23 мин. 41 сек. Началось погружение СУЗ в активную зону.
1 час 23 мин. (49–54) сек. Остановка СУЗ, отключение электропитания ДРЕГ, электрического освещения, падение плиты перекрытия в МЗ, свечение внутри помещений, над блоком в виде факела ~70 м высотой.
Однако герметичность контура сохраняется, так как растет Р, Т.
Из официального отчета [1] следует, что нейтронная мощность начала расти в 1 час 23 мин. 40 сек. Это время совпадает со временем нажатия кнопки АЗ-5. (Рис. 3, кривая А и Д нейтронная мощность % [1]).
На этом же рис. 3 (кривая Д) показано изменение нейтронной мощности, % с двумя максимальными значениями в 1 час 23 мин. (43-44) сек. и в 1 час 23 мин. (45-46) сек. (кривая А до 100 %, кривая Д до 40000.0 %).
В 1 час 24 мин. Снова появился гул, более глухой в сторону МЗ. Над 4-м блоком виден факел высотой 0.5 км. Свечение было и внутри здания. Массовое разрушение конструкций, купола ЦЗ, крыши МЗ.
Давление в контуре упало до нуля.
В ближней к энергоблоку зоне выпадения были представлены не только диспергированными конструкционными материалами, но и макроскопическими фрагментами. Вот показания свидетелей аварии (Романцова Олега Андреевича и Рудзика Анатолия Михаиловича). Поздней ночью, несмотря на запрет, трое рыбаков ловили рыбу в пруде-охладителе Чернобыльской АЭС. За этим занятием их в 1 час ночи 26 апреля 1986 г. застал милицейский патруль (капитан Тихий Николай Анатольевич и лейтенант Москаленко Алексей). Москаленко сел в лодку и поплыл разыскивать сети, а Тихий выяснял отношения с рыбаками на берегу. Они находились примерно в 1200 метрах от 4-го блока Чернобыльской АЭС, причем рыбаки стояли спиной к пруду и лицом к станции. Вдруг они увидели яркую вспышку, которая осветила вентиляционную трубу между 3-м и 4-м блоками. Звука взрыва в этот момент они не услышали, но увидели пламя над 4-м блоком, похожее на пламя свечи или факела по форме. Цвет пламени им показался темнофиолетовым, в нем проглядывались цвета радуги, но они были не яркими, а как бы видимыми через фиолетовое стекло. Размер пламени доходил до среза вентиляционной трубы (высота трубы — 70 м от крыши здания). Пламя было ровным и широким. Оно появилось не сразу вдруг, а как бы постепенно, и быстро исчезло, но не оборвалось, а как бы ушло внутрь. В этот момент раздался хлопок, похожий на лопающиеся пузыри грязевых гейзеров с последующим легким шипением, как будто выпускают воздух из резиновой подушки или матраса. Как им показалось, секунд через 15-20 появился второй факел. Он был в 5-6 раз больше. Цвет пламени тот же, что и в первый раз, но немного светлее. Пламя так же медленно разрасталось и вновь ушло внутрь блока. Звук был похож на выстрел пушки. Гулкий и резкий. После того, как факел пропал, 4-й блок подсвечивался фиолетовым цветом изнутри. Над блоком поднялась большая туча куполообразного вида, которая разрасталась по мере утихания звука. По воде пруда-охладителя достаточно часто захлопали какие-то падающие предметы. Это напугало рыбаков и милиционеров, и они решили, что «пора сматываться».
1 час 39 мин. 16 сек. В аппаратном журнале ДРЕГ оператором сделана запись: «Взрыв реактора».
На рис. 2.5 показаны результаты обработки сейсмограмм с с/ст «Норинск» в течение суток с 25.04 по 26.04.86 в момент катастрофы ЧАЭС (по данным Е.В.Барковского). Рисунок 2.5. Распределение сейсмопроявлений на Припятско-Норинском разломе в пределах суток


2.4. ГЕОДИНАМИКА РЕГИОНА ПОСЛЕ КАТАСТРОФЫ

26 апреля, 21 час 15 мин. Слабый толчок, свечение над разрушенным блоком, которое наблюдалось членами комиссии, прибывшими в тот же день на ЧАЭС вечером. Это был очередной сейсмопроцесс под площадкой 4-го блока.
После катастрофы была обнаружена трещина в фундаменте блока № 3. Кроме того, в результате обследования площадки была выявлена вертикальная сдвиговая деформация плотины пруда-охладителя. Все эти деформации связаны с тектоническими проявлениями на данном разломе – юго-восточного направления.
Город Припять оказался на пути движения радиоактивного облака, образовавшегося в результате взрыва на 4-м энергоблоке. При подходе к г. Припяти радиоактивная струя как бы разделилась и обошла город в виде двух языков. Мощность дозы гамма-излучения в г. Припяти 26-27 апреля была существенно меньше, чем вокруг города.
В период активного выделения энергии из недр Земли с большой площади над ней образуется шапка слоеной атмосферы, имеющей значительные перепады физической, а не барической плотности по высоте, что само по себе опасно для летательных аппаратов.
Облако с пониженной плотностью было разрезано более плотным слоем воздуха с нормальными параметрами, что и спасло жителей г. Припяти.
26.08.1986 г. Землетрясение в г. Киеве. Эпицентр на окраине города.
25.10.1991 г. Тяжелая авария с разрушениями, взрывом водорода, обрушением перекрытий МЗ на 2-м блоке ЧАЭС в 1991 г. Энергоблок в это время не работал. Причина не установлена. Однако также как и в 1986 г. перед взрывом наблюдалось ионизационное свечение в атмосфере над ЧАЭС. Событие произошло на фоне мощного атмосферного циклона над Припятско-Днепровским регионом.
1996 г. Несколько землетрясений в районе ЧАЭС (май, июль, август).

На основании вышеизложенного материала можно утверждать, что катастрофа 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС связана с активными геофизическими процессами, имевшими место 25-26 апреля 1986 г., исключающими ядерную – точнее чисто техногенную – природу катастрофы.

После катастрофы ЧАЭС были поставлены два вопроса:
1-й – Был ли ядерный взрыв?
От варианта ядерного взрыва пришлось отказаться, поскольку не были соблюдены условия неуправляемой цепной реакции, а именно:
– не было концентрирования достаточного количества химически чистого плутония;
– не было симметрического обжатия делящегося вещества;
– отсутствовали необходимые давление и температура.
С этими выводами согласился академик Ю.Б.Харитон, тем более, что он как никто другой прекрасно знал все условия подрыва ядерного зарядного устройства (Смагулов С. Низкий поклон вам, участники ликвидации последствий аварии на ЧАЭС! // Бюллетень по атомной энергии, 4, 2005, с. 57-61). Таким образом, ядерного взрыва не было и быть не должно.

2-й – Была ли нейтронная компонента в облучении пострадавших?
За 26-27 апреля 1986 г. Клиническая больница № 6 приняла 299 человек, у 145 из них была установлена острая лучевая болезнь различной степени тяжести, 13-ти проведена пересадка костного мозга. Не удалось спасти 28 человек с крайне высокими дозами облучения.

Ответ на вопрос:
27 апреля 1986 г. с этой целью уже через 2 часа после госпитализации первой партии больных были взяты пробы крови для измерения в них активированного нейтронами натрия-24 (период полураспада ~ 15.5 час.).
Проведенные исследования не обнаружили следов нейтронной активации, что в тот момент мы рассматривали как первое доказательство того, что авария не была обусловлена самопроизвольной цепной реакцией деления (Л.А.Ильин. Реалии и мифы Чернобыля. М. «ALARA Limited», 1994, с. 94).

Исследования выпадений радионуклидов в результате катастрофы на ЧАЭС показывают «аномальные выпадения» цезия-137, что связывается с возможно резким повышением мощности нейтронного потока [6]. На рис. 2.6 ( Рисунок 2.6. Динамика среднегодовой концентрации цезия-137 в приземном слое воздуха с 1954 по 2000 г. в среднем по СССР до 1991г. и России после 1991г. ) представлен график изменения среднегодовой концентрации цезия-137 в приземном слое воздуха с 1954 по 2000 г. в среднем по СССР (до 1991 г.) и РФ (после 1991 г.) «без учета данных по 30-километровой зоне» [7]. Из графика следует, что в результате аварии на ЧАЭС в приземном слое воздуха на территории СССР среднегодовая концентрация цезия-137 повысилась в 1986 г. до уровня 1963 г., обусловленного серией ядерных взрывов в атмосфере, проведенных в 1961 и 1962 гг.
Одинаковый результат относится к двум принципиально различным процессам. Ядерный взрыв протекает за микросекунды при температуре ~10⁸ К и давлении ~10¹² атм. Вещество превращается в плазму, разлетается и теряет критичность.
Разрушение облученного ядерного топлива реактора РБМК – оплавление, диспергирование и испарение, происходило под воздействием высокотемпературной плазмы (плазмоид, шаровая молния), свойства которой рассматриваются в главе 3, подтверждая неядерную природу катастрофы.


Выводы

1. Размещение промплощадки ЧАЭС произведено без учета тектонической особенности региона. Промплощадка ЧАЭС расположена вблизи узла сочленения крупных региональных неотектонических структур. Считалось, что Русская равнина стабильна и асейсмична. В этом состоит ошибка инженерной геологии.
2. Период 1983–1993 гг. характеризуется существенным всплеском природно-тектонической активности, что выразилось всплеском природных и природно-техногенных аварий и катастроф. Изучение произошедших аварий и катастроф за указанный период официальной наукой было полностью проигнорировано.
3. Руководство ЧАЭС и 4-го энергоблока оперативно реагировало на возникающие ненормированные отклонения при эксплуатации объектов станции. Обвинения руководства в нарушении должностных инструкций не обоснованы.
4. На основе данных, полученных при обследовании разрушенного энергоблока, следует, что фокус (эпицентр) сейсмического процесса находится под основанием шахты активной зоны в юго-восточном секторе.
5. Отсутствие нейтронной составляющей среди поражающих факторов подтверждается обследованием облученного персонала на отсутствие содержания в крови натрия-24 и невозможностью ядерного взрыва, что корреспондируется с выводом в главе 1 из нейтронно-физического состояния реактора в ночь с 25 на 26 апреля 1986 г.