Переоблучение

Переоблучение

Дальше, когда этот отличник боевой подготовки вывел все стержни, он доложил – «все, больше не могу», в это время мощность упала уже до 7 % и вот только тогда была сброшена аварийная защита. К сожалению, командир тут тоже много чего нарушил. Во время всего этого происшествия везде звенело, все красные лампочки мигали «Радиационная опасность в отсеке», командир должен был объявить сигнал «Радиационная опасность», при этом экипаж должен был рассредоточиться  — кто идет в корму, кто в нос лодки – квадрат расстояния всегда работает, ведь это проникающее излучение, это не воздух. Вот водяная лодка была, К-19, несчастная, ее Хиросимой прозвали, там лопнула трубка первого контура и всю лодку настолько загрязнило, облучались даже спасатели, которые к ней подходили сбоку, там погибло человек пятьдесят от переоблучения. И здесь тоже погибло семь человек. Боцман, который за переборкой спал, ему не сказали – уходи оттуда, и другие, которые там рядом были. Вот это внешние проявления. Я там сидел месяц, все уехали, а меня как заложника оставили, потому что я этот реактор рассчитывал. Ждали, пока не замерзнет теплоноситель, чтобы не образовалась вторичная критическая масса, чтобы не случилось еще чего-нибудь. Вот когда все уже замерзнет, тогда там никаких передвижек нельзя будет сделать, ни стержень не поднимешь, потому что стержень тоже в чехлах со свинцом-висмутом. Тогда будет ясно, что уже никакой критичности не будет. Вот я каждый день считал градусы, пока температура не опустилась до 1200, тогда мне подписали командировку и я оттуда улетел.

После этого лодка стояла несколько лет (четыре года, по-моему) с замороженным теплоносителем. Реактор правого борта был нормальный и думали — восстановить его или не восстановить, в общем, все это было и дорого и тяжело. Флот высказывал очень большие претензии в то время по поводу того, что лодку нельзя заморозить, а потом разморозить и нормально ввести в эксплуатацию. У водяных лодок, когда они приходили из похода, все было просто. Расхолодились чуть-чуть, пульт на замок и команда ушла гулять. А здесь надо было все время держать теплоноситель в горячем состоянии, чтобы он был жидкий. Для этого нужно было предусмотреть, чтобы на базе был надежный паровой котел, паровой обогрев, чтобы было как отопление, снаружи подогревалось. Но там то кочегар пьяный, то мазута не завезли, в результате все эти лодки, дальнейшая их серия, в базе стояли, работая на мощности 0,5 %. Все время все оборудование работало, пульты работали. Это вызывало очень большое раздражение у флота, и было сказано, что если мы не решим эту проблему (размораживания – замораживания), больше такие лодки флоту будут не нужны, несмотря на все их хорошие качества.

И вот здесь был проведен опыт, сначала на отдельном оборудовании, вот на этой реакторной установке правого борта. Эта реакторная установка по определенному регламенту подъема температур по времени была разморожена, т.е. теплоноситель приведен в жидкое состояние, далее был произведен запуск реактора и выход на мощность 20 % с целью проверки радиоактивности газа. Проверялись оболочки твэлов – самые уязвимые места — лопнули – не лопнули. Оказалось, что все в порядке, теплоноситель никуда не утекает, целостность первого контура сохранилась, но это был единственный опыт по размораживанию, когда лодка целиком размораживалась, хотя она не приспособлена была к размораживанию. Вот моноблочная конструкция гораздо проще – там проще все делать, и тем не менее этот опыт показал, что размораживание  возможно.

Вопрос – так а причина аварии?

 Что показали последующие исследования? Первая причина аварии была связана с недоработкой проблемы технологии теплоносителя. Этот теплоноситель казался очень простым в эксплуатации, ведь прежде чем пойти на лодку было построено огромное количество просто циркуляционных контуров в институте, где были насосы, парогенераторы, проводились испытания на коррозию и т.д. Но как с этим оборудованием обращались? Надо что то — открывали крышку и вот он – жидкий теплоноситель. Лепесток, конечно, надевали для порядка. Сверху плавали окислы, их как шумовкой убирали и  снова поверхность становилась как чистое блестящее зеркало, закрывали крышку и поехали дальше и т.д. Ясно, что такое обращение и в голову не могло прийти при работе с натрием или с водой, когда вы под давлением там что-то делаете. Здесь можно было так обращаться. В результате в газовой системе первого контура было громадное количество неплотностей, из которых утекал газ, на это махали рукой (ну и черт с ним, пусть утекает), подпитывали газом гелием, в нем кислород был. Много было ремонтов — открыли, разрезали, трубы заменили, в общем, короче говоря, накопилось где-то большое количество окислов. Они плавают сверху, на свободных поверхностях, но где-то и куда-то эти окислы могли и захватиться. Кроме того, там текло масло из масляных уплотнений, закоксовывалось, насосы были с масляным уплотнением по газу, вертикальные насосы, разделяющие активные части газа от воздуха. И выдвинуто было вот такое предположение (другого ничего нет) — что во время торпедных стрельб произошел заброс вот этих шлаков на вход в активную зону, законопатил часть проходного сечения и попал в зону. Возможности разместить термопары были очень ограниченные – там находилось всего две термопары,  был сигнал, по повышению температуры, но не в той части, к сожалению, где было вот это повышение температуры. Поэтому эти термопары почувствовали, локальные, а баланс по средней температуре ничего не дал. И вот после этого то и развернулись работы по технологии теплоносителя, которые около пятнадцати лет велись во многих институтах страны и наконец эта проблема была решена. Во-первых, конечно, были подняты все требования по герметичности первого контура. А на ВВЭР допускается работа с течью первого контура, хоть маленькой?

Вопрос- допускается.

 Какая постоянная течь допускается первого контура?

Вопрос – из первого во второй? 4 кг/час.

Постоянно?

Вопрос – да, нет. Это предельно.

 Сомневаюсь.

Вопрос – точно.

 Не может быть, чтобы радиоактивная вода на ВВЭР допускалась в турбину. Если идет 4 кг/час, то вся вода второго контура станет радиоактивной.

Вопрос – есть такое ограничение – 4 кг/час.

Наверное, есть какое-то время?

Вопрос – если подходит к 4 кг/час, то можно продолжать работу при снижении мощности. Есть такая цифра.

Но, наверное, не при всякой радиоактивности воды. Вода то первого контура может быть высокорадиоактивной. Есть предел по радиоактивности воды – там 10-2
Ки/л, или сколько там? Я просто хочу сказать, что давление гелия там было низкое,  1 атм или что-то около того, т.е. течеискателем это все легко было установить, т.е. во-первых, исключили возможность попадания воздуха в первый контур, т.е. все ремонтные работы делались со скафандрами, с шиберами, которые исключали попадание воздуха в первый контур, перегрузки и т.д. Первое.

Второе. Были разработаны устройства глубокой очистки теплоносителя от окислов с помощью специальных эжекционных устройств, т.е. от насоса на эжектор подавалась часть расхода, эжектор подсасывал специально в газовую систему гелий-водородную смесь (гелий-водородную – чтобы взрывобезопасная была, а водород восстанавливает окислы свинца до чистого свинца и паров воды). Пары воды идут в конденсатор, который есть в газовой системе и превращаются в воду. Были разработаны приборы, измерители содержания кислорода, типа рН-метров, подобные тем, которые есть на водяных лодках. И на серийных лодках уже другого проекта никаких проблем с технологией теплоносителя не было. Кроме того, что эти все мероприятия по улучшению технологии теплоносителя были реализованы, когда уже лодки были построены, стояли в цехах (их строили на двух заводах) и вся эта технология теплоносителя была как бы внешняя. Ну вот как на искусственной почке человек существует, так вот и здесь – т.е. эта технология не была встроена органически внутрь этой установки, как вот все это реализовано на СВБР. Поэтому это на базе тоже вызывало много хлопот, каждый год надо было к этой точке подключаться, чиститься, контролироваться, т.е. приводить теплоноситель в кондицию, грубо говоря.

Вот причины.                

*         Лекция дополнительная (между 6-й и 7-й лекциями)

Прежде чем перейти собственно к резонансному поглощению, рассмотрим некоторые понятия из теории замедления нейтронов. Рассматривая процесс замедления, мы уже выяснили, что в качестве замедлителей могут быть использованы вещества с малым массовым числом, причем не все элементы с малым массовым числом могут быть замедлителями. В качестве замедлителей используются только обычная вода, тяжелая вода, бериллий, окись бериллия и графит. Такое ограниченное число замедлителей объясняется тем, что к замедлителям предъявляется целый ряд требований – с одной стороны, они должны мало поглощать нейтроны, т.е. сечение захвата нейтронов должно быть маленьким, а с другой стороны, у них должно быть малое массовое число, потому что только тогда они хорошо замедляют нейтроны. Кроме того, они должны иметь достаточно высокую плотность ядер в кубическом сантиметре. Газообразный водород, например, или гелий не могут использоваться в качестве замедлителей – нужно сверхвысокое давление, чтобы  этих ядер в кубическом сантиметре было много.

Давайте рассмотрим зависимость эффективности замедления нейтронов от массового числа ядра. В нейтронной физике существуют две характеристики, которые количественно определяют эффективность замедления. Первая характеристика называется среднелогарифмической потерей энергии нейтрона при одном столкновении (понимается в виду упругое столкновение), обозначается греческой буквой ?. Как же определяется среднелогарифмическая потеря энергии нейтрона при одном столкновении? Если мы возьмем натуральный логарифм от отношения энергии нейтрона до столкновения к энергии нейтрона после столкновения и усредним по всем возможным случаям энергии нейтрона после столкновения, мы получим ?

Переоблучение.                                                 (19.1)

ПереоблучениеПочему энергия нейтрона после столкновения может быть разной? Энергия нейтрона после столкновения зависит от случая, от того, как нейтрон столкнется с ядром – «в лоб», чуть-чуть сбоку и т.д. Можно провести аналогию со столкновением упругих шаров в классической механике – когда имеется два тела, одно тело (нейтрон) летит, другое неподвижно (ядро). Они сталкиваются, а дальше все зависит от параметра удара – может быть лобовое столкновение, может быть касательное, может быть слегка касательное и т.д. (рис. 19.1). Если произошло лобовое столкновение, то тогда ядро летит вперед, и нейтрон тоже летит вперед, отдав часть своей скорости. Если столкновение произошло под каким-то углом, нейтрон и ядро разлетаются в разные стороны, а дальнейшее движение нейтрона и ядра зависит от того, какой угол будет между вектором скорости нейтрона до столкновения и вектором скорости нейтрона после столкновения. В зависимости от этого угла будет и различная энергия нейтронов после столкновения.

В каком случае нейтрон потеряет мало энергии, почти сохранит ее? Если он слегка зацепит ядро, только скользнет по нему, по касательной. Т.е., если угол отклонения мал и нейтрон почти не изменяет траекторию, то потеря энергии будет маленькая, нейтрон передает мало энергии тому ядру, с которым он столкнулся и после столкновения энергия нейтрона будет близка к той, которая была у него до столкновения. А максимальная потеря энергии нейтрона будет в том случае, если угол отклонения большой. Так вот, поскольку процесс столкновения носит случайный характер, то и энергия нейтрона после столкновения будет тоже разная – она будет меняться от первоначальной (если нейтрон только коснулся ядра и не отклонился) до какой-то минимальной энергии (когда нейтрон полностью потерял энергию). Так вот, если усреднить по всем этим углам, или в данном случае по энергиям, мы получаем среднелогарифмическую потерю энергии при одном столкновении. Ясно, что чем больше эта величина, тем замедлитель является более эффективным. В каком диапазоне может меняться величина ? для всех возможных вариантов? Величина ? зависит от массового числа ядра. В данном случае, при упругом столкновении, ядро характеризуется массовым числом. Величина сечения при этом не имеет значения, потому что мы рассматриваем свершившийся факт – нейтрон попал в ядро, а с какой вероятностью это произошло – в данном случае нас не интересует. Минимальная масса ядра равна единице (ядро с такой массой имеет водород), максимальная масса – у ядра урана (можно рассмотреть и массу, равную бесконечности). Т.е. если рассмотреть массу ядра от единицы до бесконечности (1 £ М < ¥), то ? меняется тоже от единицы, но до нуля, причем ? = 1 как раз для водорода. Т.е. для водорода можно записать ?(Н) = 1, а если рассмотреть массовое число, которое стремится к бесконечности, то ?  будет стремиться к нулю. Вот диапазон изменения ?:

                                                   ?(М = 1) = 1,

                                                   ?(М ? ?) = 0.

Давайте сейчас на очень простом и наглядном примере поймем, почему именно водород является наилучшим замедлителем и почему лучше водорода замедлителя быть не может? Все вы наверняка играли в бильярд, или видели, как играют, при этом  вы могли наблюдать случаи, когда, ударяя кием по шару, вы попадаете точно «в лоб» шару, лежащему неподвижно. Что тогда происходит? Если произошло идеальное упругое столкновение и потерь энергии нет, то тогда покоящийся шар, по которому вы ударили, полетит в том же направлении, в каком двигался налетающий шар, а налетающий шар остановится. Т.е. всего в одном  единственном столкновении происходит полная передача энергии. Для нейтронов это означает, что всего в одном взаимодействии быстрый нейтрон, имеющий энергию ~ 2 МэВ может остановиться, если ядро водорода неподвижно.