RUSENGЧем опасен малый ОЗР. 

operat

Эта картинка, свидетельствующая о том, сколь преступны были действия эксплуатационного персонала АЭС, взорвавшего Чернобыльский реактор, - любимая игрушка Горбачева. Он сделал так, что по своей популярности в интернете она уступает только, разве что, рекламе пива или женских прокладок по телевизору. Надо было ему еще надпись "абсолютный запрет" сделать мигающей красным цветом и нарисовать череп и кости.
А если очнуться от гипноза картинки, то немедленно возникнет недоумение. Что за абсурд, почему малый ОЗР ядерноопасен? Ведь чем меньше ОЗР, тем меньше положительной реактивности можно высвободить в реакторе и тем меньше шансов его взорвать (с помощью разгона на мгновенных нейтронах или как-то еще). И не на одном реакторе кроме РБМК такого чуда, как ядерная опасность малого ОЗР, нет.
Так в чем же дело, как такое происходит в реакторе РБМК, и почему, если малый ОЗР безопасен, регламент его запрещает, да еще и "абсолютно"?

Начнем с регламента. Регламент писал Главный конструктор. Поэтому открываем его книгу, "библию" по реактору РБМК [E1] и на стр. 34 читаем.
"…в зависимости от характера изменения нагрузки в энергосистеме и соответствующих требований, предъявляемых к изменению мощности реактора, должен поддерживаться тот или иной запас реактивности, который оказывает непосредственное влияния на глубину выгорания топлива. Все характеристики реактора РБМК рассчитаны в предположении, что оперативный запас реактивности равен 1%. В этом случае допустимо снижение мощности реактора до 50% от номинального уровня без попадания в иодную яму. Для расширения допустимого диапазона снижения мощности необходимо увеличивать оперативный запас реактивности, что либо уменьшит глубину выгорания топлива, либо потребует увеличения начального обогащения топлива для сохранения глубины выгорания."

И далее читаем на стр.35
"Оперативный запас реактивности оказывает также влияние на допустимое время полной остановки реактора или снижения мощности или на время вынужденного простоя реактора в случае попадания его в иодную яму. Так, при изменении мощности реактора со 100%-ного уровня и оперативном запасе 1% допустимое время полной остановки реактора составляет ~1 ч, а время вынужденного простоя ~24 ч; для оперативного запаса 2% эти времена равны 3 и 18 ч соответственно."
И это все, больше о запасе реактивности ни слова. Ни о какой опасности малого ОЗР речи не идет, а только об экономической целесообразности. Вынужденное время простоя, выгорание, обогащение, это всё показатели эффективности данного типа реактора. И еще речь идет об оперативности управления реактором, чем больше запас реактивности, тем больше оперативных возможностей.

Обратим внимание на два узловых момента. Главный конструктор при выборе характеристик и режимов работы своего реактора рассматривает ОЗР не как некий порог для условий эксплуатации, а как некие желаемые значения. Как бы оптимальным является для ОЗР диапазон от 1% до 2%. Если меньше этого диапазона, то будут возникать слишком большие простои и будет низкая оперативность управления, если больше, то слишком дорого будет обходиться топливо.
1% и 2% - это и есть эти самые магические числа 15 ст.РР и 30 ст.РР. А как буднично они появились, без всякого трубного гласа и фанфар. Может у кого-то возникнет вопрос, а почему этих чисел два, а не одно. Ответ простой. Запас реактивности реактора меняется в процессе работы реактора в широких пределах, никого не спрашивая (отравление, выгорание и т.д.), и не всегда легко с этим справиться одними лишь только органами регулирования. Поэтому и дается диапазон на все случаи жизни.
Когда реактор работает в режиме начальной загрузки и запас реактивности у него более 20%, для его компенсации используются дополнительные поглотители (ДП). Эти ДП постепенно извлекаются (по мере выгорания топлива) так, чтобы оперативный запас реактивности поддерживался на уровне порядка 2% и выше (экономика здесь вся съедена дополнительными поглотителями, и на неё внимания можно особо не обращать). Когда все ДП извлечены, реактор переходит в режим стационарной перегрузки топлива (на ходу). Касеты (топливные сборки) с выгоревшим топливом выгружаются, а со свежим топливом загружаются, одновременно производится перестановка и других касет для достижения равномерности выгорания. В этом режиме запас реактивности реактора поддерживается на уровне 2% за счет подпитки свежим топливом, и весь этот запас - оперативный (т.е. он компенсируется только стержнями регулирования). Стоит поработать на постоянной 100%-ной мощности 1 месяц без перегрузок и ОЗР за счет эфекта выгорания уменьшится с 30 ст.РР до 15 ст.РР, ну а если нужен будет переход на разные уровни мощности, то тут вступит отравление и другие эффекты, и может не хватить даже диапазона в 30-15 ст.РР для ОЗР.

А что говорит обо всем об этом регламент? Цитировать его не будем, поверим Горбачеву на слово. И будем считать, что при ОЗР меньше 30 ст.РР работать запрещено, но видимо с чьего-то разрешения (допустим Главного инженера АЭС) можно; а при ОЗР меньше 15 ст.РР работать абсолютно запрещено и нужно немедленно глушить реактор.
Как это следует понимать? Врядли как надпись на трансформаторной будке: "Не влезай, убьёт". Скорей всего это означает следующее.
По ограничению в 30 стержней: "Соблюдайте график выгрузки ДП (в режиме начальной загрузки) или перегрузки топлива (в режиме стационарной перегрузки). Иначе, у вас возможны большие простои и недовыработка электроэнергии из-за попадания в иодные ямы. Ну, а если графики срываешь, доложи Главному инженеру, он с тобой разберется." Примерно так это выглядит.
Ограничение в 15 стержней можно понимать двояко. Для стационарного режима постоянной мощности оно могло бы означать: "Никогда не превышайте предельного среднего по реактору выгорания, в погоне за высокой знерговыработкой. Не планируйте работу реактора с таким малым запасом реактивности, будете все время попадать в иодную яму и вся ваша энерговыработка пойдет насмарку. Поэтому останавливайте реактор прямо сейчас." С учетом предыдущего ограничения, это требование относится скорее к руководству АЭС, чем к сменному персоналу.
Для переходных режимов ограничение в 15 стержней видимо читается так: "Планируйте заранее переходнй режим так, чтобы ксеноновое отравление не забросило вас в иодную яму. А если планировать не умеете, то и нечего вам переходными режимами заниматься и в иодные ямы проваливаться. Глушитесь сразу и ждите, когда можно будет снова на мощность выйти."

Это мы, конечно, в какой-то степени фантазируем. Но ни для каких других фантазий нет ни малейших зацепок ни в тексте регламента, ни в тексте первоисточника [E1].
Ну так как же все-таки? Почему малый ОЗР оказался опасен 26.04.86 на Чернобыльской АЭС и вызвал ядерную аварию? Если все ставить с ног на голову, то да это так. А на самом деле опасен был не малый ОЗР, а опасной оказалась аварийная защита реактора, которая при малом ОЗР инициировала Чернобыльскую аварию.
Как это происходило, и почему аварийная защита не только оказалась неработоспособной, но еще запалила бикфордов шнур мощной ядерной аварии, мы подробно рассмотрели в разделе "Чернобыль, как это было" на странице "Особенности реактора РБМК". Суть дела вкратце в следующем.

Стержни регулирования РР, которые по сигналу АЗ-5 погружаются в активную зону реактора имеют не только поглотитель нейтронов, но и графитовый вытеснитель. При извлеченном из зоны поглотителе он вытесняет воду из канала СУЗ. Эти вытеснители почти на 1,5 метра короче, чем высота активной зоны, и потому в нижней её части вода в каналах СУЗ остается (когда стержни находятся в крайнем верхнем положении). Эта вода замещается графитом уже при движении стержней, чем вносится внизу активной зоны положительная реактивность Одновременно с этим вверху активной зоны перемещается поглотитель и вносит отрицательную реактивность.
Какая в сумме на начальном участке движения стержней вносится реактивность: положительная или отрицательна зависит от многих условий (от формы нейтронного поля по высоте реактора, от распределения выгораний и т.д.). Обязательное условие, при котором вносимая реактивность может оказаться положительной, это движение подавляющего большинства стержней из крайнего верхнего положения. А эта ситуация имеет место только при малом ОЗР.
Если бы графитовые вытеснители стержней были на 1,3 метра длиннее, то никаких бы этих проблем не было, и аварийная защита нормально выполняла свои функции (т.е. глушила реактор, а не разгоняла бы его) независмо ни от каких выгораний и нейтронных распределений.

Если главный конструктор РБМК считает в порядке вещей, то что работоспособность (и даже принципиально выполняемая функция) аварийной защиты зависит от обычных физических процессов в реакторе, это его право. Но почему все остальные вот уже 20 лет должны стоять на голове в вопросе о причинах Чернобыльской аварии.