11 марта, в 14:46 по токийскому времени, в районе Санрику в префектуре Мияги, у восточного побережья острова Хонсю, на глубине 10 км под точкой 38.0°с.ш. и 142.9°в.д. произошло мощное землетрясение магнитудой 8,8-8,9. Сам толчок и вызванная им волна цунами произвели опустошение на берегах Хонсю. Погибшими и пропавшими без вести числятся не менее 10 тысяч человек.
Следствием землетрясения стали серьезные аварии по крайней мере на двух блоках атомной электростанции (АЭС) «Фукусима-Дайити» с повреждением активной зоны реактора и выходом радиоактивности за пределы площадки АЭС. Катастрофического развития событий, по-видимому, удалось избежать, но оба реактора выведены из строя. На данный момент (полдень понедельника 14 марта) известно об одном погибшем, 22 раненых и 7 пропавших без вести на двух атомных станциях. По меньшей мере 19 человек госпитализированы в связи с облучением. Из угрожаемой зоны эвакуировано около 200 тысяч человек.
События продолжают развиваться, и к моменту выхода газеты будут известны новые подробности. Здесь и далее все события даются по японскому стандартному (токийскому) времени, которое опережает московское на 6, а гринвичское – на 9 часов.
Непосредственно после аварии в течение 2 минут штатными средствами были заглушены 10 реакторов на 3 станциях: три блока на АЭС «Онагава» (Onagawa), три – на АЭС «Фукусима-Дайити» (Fukushima Daiichi, она же Fukushima 1) и четыре – на АЭС «Фукусима-Дайни» (Fukushima Daini, она же Fukushima 2), расположенной в 20 км южнее первой. Следует подчеркнуть, что все они выдержали сильное землетрясение; лишь на «Онагаве» возник пожар в турбинном цехе, но он был потушен к вечеру 11 марта. Позднее, однако, из-за потери внешнего электропитания и проблем с аварийными источниками на станции «Фукусима-Дайити» возникла угроза разогрева и расплавления активной зоны, с которой и велась борьба в последующие дни.
Две АЭС «Фукусима», эксплуатируемые компанией Tokyo Electric Power Company (TEPCO), оснащены кипящими водо-водяными реакторами типа BWR американского и японского производства. Деминерализованная вода используется и как замедлитель нейтронов в управляемой ядерной реакции, и как теплоноситель. Проходя через активную зону, вода первого контура закипает, и образующийся пар приводит во вращение турбину электрогенератора. С турбины пар поступает в конденсатор, где охлаждается водой второго контура и превращается в воду. Первый контур замыкается подачей воды в активную зону. Реактор заключен в герметичную защитную оболочку (контейнмент), задача которой – удержать радиоактивные вещества в случае аварии.
Заглушенный реактор, в котором прекращена цепная реакция, продолжает генерировать большое количество тепла за счет накопленных радиоактивных элементов распада уранового топлива. Сразу после остановки остаточная мощность составляет примерно 6% от тепловой мощности реактора, через сутки она падает примерно до 1% и далее медленно снижается. Поэтому остановленный реактор требует постоянного охлаждения активной зоны. Вода для этого подается насосами аварийных систем, большая часть которых приводится в действие за счет внешних источников электропитания. При отсутствии охлаждения температура в активной зоне поднимается, что приводит сначала к деформации тепловыделяющих элементов, а затем и к их расплавлению. Это грозит попаданием радиоактивных веществ в грунт под зданием реактора. Кроме того, при высокой температуре идет пароциркониевая реакция с образованием водорода, что может привести к взрыву гремучего газа и разрушению самого реактора.
«Фукусима-Дайити»
На АЭС «Фукусима-Дайити» на момент землетрясения в работе были три блока электрической мощностью 460 МВт (№ 1, пущен в 1971 г.) и 784 МВт (№ 2 и № 3; 1974 и 1976 гг.). Вследствие землетрясения подача внешнего питания на станцию прекратилась. Для расхолаживания активной зоны были включены аварийные дизель-генераторы, однако в 15:41 они также прекратили работу из-за неисправности. Как следствие, компания-оператор сделала объявление о возникновении угрозы и оповестила об этом Службу ядерного и промышленного надзора NISA, правительство и местные власти.
Час спустя, в 16:36, TEPCO объявила аварийную ситуацию на блоках № 1 и № 2, так как не могла подтвердить факт подачи воды в активную зону для ее охлаждения. (Очевидно, в условиях полного обесточивания регистрирующая аппаратура и средства индикации не работали.)
В 19:03 правительство Японии объявило об угрозе ядерной аварии. В 20:50 аварийный штаб префектуры «Фукусима» распорядился об эвакуации 1864 жителей из 2-километровой зоны вокруг реактора №1. В 21:23 распоряжением премьер-министра было предписано провести эвакуацию жителе из 3-километровой зоны, а жителям 10-километровой предложено оставаться в домах. На станцию были направлены запасные генераторы из резервов сил самообороны Японии. К их перевозке были привлечены военно-транспортные самолеты ВВС США.
Тем временем на третьем и втором блоках удалось запустить систему расхолаживания RCIC, запитанную от аккумуляторных батарей. На первом этого сделать не смогли, и уровень воды в реакторе начал падать за счет выкипания и образования пара.
С 4 часов утра 12 марта начал повышаться радиационный фон вокруг АЭС «Фукусима Дайити». В 04:30 две мобильные станции, развернутые вблизи въезда на территорию станции, показали подъем с 0,07 до 0,380,59 мкЗв/час. К 07:40 уровни достигли уже 2,5-5,1 мкЗв/час и продолжали расти. В 05:44 распоряжением премьер-министра было предписано провести эвакуацию жителей 10-километровой зоны вокруг блока № 1. (Упрощая, примем, что один зиверт соответствует 100 рентгенам. Таким образом, к 04:30 фон поднялся в 5-7 раз по сравнению с естественным (7 мкР/час), а к 07:40 превышал его в 35-50 раз.)
Утром 12 марта NISA сообщила, что давление в контейнменте блока № 1 возросло до 840 кПа (8,4 атм), превысив проектное в 2,1 раза. Компания-оператор заявила, что вынуждена начать аварийный сброс радиоактивного пара из защитной оболочки в атмосферу, хотя, если судить по радиационным измерениям,блок начал «травить» еще ночью.
Тогда же представители NISA сообщили, что на блоке № 1 возможно частичное расплавление активной зоны, на жаргоне атомщиков – «козёл». Об этом свидетельствовало появление в радиоактивном выбросе не только изотопов инертных газов и йода-131, но и цезия. Цезий рождается при распаде урана, и выход его в атмосферу говорил как минимум о разрушении оболочек тепловыделяющих элементов. NISA оценила максимальную температуру в реакторе в 2700°C. При этом, однако, текущий уровень воды в реакторе оценивался в 3,7 м выше уровня верхушек тепловыделяющих элементов (твэлов), т.е. был безопасным.
Надзорная служба заявила, что уровень радиации на блочном щите управления блока № 1 достиг 150 мкЗв/час и превышает норму в тысячу раз. Очевидно, на блоке были и более грязные помещения, потому что компания TEPCO объявила, что один из ее сотрудников, работавших на блоке, менее чем за сутки набрал дозу 106,3 мЗв, т.е. примерно 10 рентген. Возможно, он участвовал в открытии вручную клапанов сброса давления из контейнмента – эта операция состоялась с задержкой именно из-за высоких уровней радиации.
Сброс пара из защитной оболочки блока № 1 удалось начать 12 марта, в 14:40, давление удалось стравить до 555 кПа. Как следствие, в 15:29 на мобильной станции на северо-западной границе площадки, по направлению ветра, был зарегистрирован максимум мощности дозы – 1015 мкЗв/час, т.е. порядка 0,1 Р/час. В 16:17 в правительство было направлено уведомление о превышении предельно допустимого уровня радиации 500 мкЗв/час, и в 18:25 премьер-министр Наото Кан распорядился расширить границы зоны эвакуации до 20 км.
В 15:36 в районе блока № 1 наблюдался взрыв с обрушением части боковых стен и перекрытий реакторного здания, предположительно из-за образования гремучей смеси в его помещениях вследствие проводимого аварийного сброса. Пострадали четыре человека – в дополнение к двум сотрудникам TEPCO, раненным в день землетрясения. Защитная оболочка реактора осталась цела, и к 20:30 уровень радиации снизился до 59 мкЗв/ час по направлению выброса и с 8,9 до 3,2 мкЗв/час на пункте контроля № 6.
Однако оценки показали, что уровень воды в реакторе значительно упал и что топливные стержни оголены уже на 1,7 м, или примерно на половину своей длины. Поэтому в 19:55 правительство Японии отдало TEPCO директиву, и в 20:10 для охлаждения реактора № 1 была начата подача в контейнмент по пожарной магистрали морской воды с добавлением бора. Это означало вывод реактора из эксплуатации с практической невозможностью восстановления -вода уйдет, а морская соль останется, но другие варианты действий были исчерпаны. После паузы, вызванной повторным толчком в 22:15, закачка воды была продолжена.
Охлаждение реактора № 3 оставалось нормальным до ночи 13 марта: в 02:44 из-за снижения давления пара прекратила работу система впрыска воды высокого давления HPCI, и до 05:10 не удалось запустить другие системы для расхолаживания активной зоны (о том, когда и почему перестала работать система RCIC, сведений найти не удалось). Уровень воды стал падать, давление пара расти; по оценкам специалистов, произошло обнажение твэлов до отметки 2,2 м от верха.
С 09:08 была организована подача в контейнмент по пожарным магистралям чистой воды, а с 13:12 – морской воды с бором. Таким образом, реактор № 3 также можно считать утраченным. Объясняя эти действия, секретарь японского кабинета Юкио Эдано заявил: «По реактору № 3 мы также считаем возможным расплавление активной зоны и действуем соответственно».
Следует отметить, что часть тепловыделяющих сборок реактора № 3 была снаряжена так называемым mox-топливом французского производства, которое помимо урана содержит плутоний. Однако они были загружены лишь в сентябре 2010 г. и не представляют дополнительной угрозы в части газообразных продуктов деления. Выход плутония в окружающую среду был бы, однако, крайне нежелательным из-за его высокой токсичности.
В 09:20 пришлось начать стравливать радиоактивный газ из контейнмента; судя по данным радиационных измерений, днем и вечером сброс давления был повторен. Максимальная зарегистрированная мощность дозы в северо-западной части площадки АЭС составила 1558 мкЗв/ час. На других направлениях отмечались уровни от 17 до 47 мкЗв/час.
Охлаждение реакторов № 1 и № 3 морской водой прервалось 14 марта, в 01:10, из-за отсутствия морской воды в бассейне и было возобновлено в 03:20. Ожидали взрыва водорода в здании блока № 3. Он произошел в 11:01 и был более мощным, чем на первом блоке. Поскольку уровень радиации на посту № 6 после взрыва остался на уровне 20 мкЗв/час, был сделан вывод, что защитная оболочка не пострадала. Сообщается, что в результате взрыва получили ранения 11 человек, судьба еще 7 неизвестна. 14 марта в 06:50 прекратилось охлаждение активной зоны на реакторе №2 системой RCIC, начался рост давления. К 1200 уровень воды снизился с 3,9 до 3,4 м. Было принято решение охлаждать реактор морской водой, но выполнить его оказалось невозможно: в результате взрыва 3-го блока были повреждены пожарные насосы (по другой версии – кончилось топливо, приводящее их в действие). К 17:16 уровень воды ушел ниже датчиков, и твэлы оказались полностью обнажены. В 18:06 начался сброс давления из контейнмента.
Подачу воды на блок №2 удалось возобновить в 20:05 единственным насосом, и к 21:50 она закрыла твэ-лы примерно наполовину. Блоки №1 и №3 тем временем остались без охлаждения.
В 21:00 секретарь кабинета Юкио Эдано сообщил, что взрыв реактора №2 маловероятен, но в перспективе три аварийных блока вряд ли удастся удержать от расплавления. Он подчеркнул, что даже в самом худшем случае ожидаемые последствия будут «меньше, чем в Чернобыле».
«Фукусима-Дайни»
На АЭС «Фукусима-Дайни» работали четыре японских реактора электрической мощностью по 1100 МВт, введенные в строй в 1982-1987 гг. Они были штатно заглушены и сохранили внешнее энергоснабжение, что позволило вести нормальное расхолаживание активной зоны системой RCIC. На блоке № 1 была автоматически подключена аварийная система расхолаживания из-за роста давления в контейнменте. Кроме того, в служебном здании блока было возгорание, которое удалось быстро ликвидировать. 12 марта на станции погиб один человек – оператор мостового крана.
Реактор № 3 был полностью расхоложен, а на трех остальных к утру 12 марта вышла из строя система отвода остаточного тепловыделения, так как температура в бассейне-барботере достигла 100°C и была утрачена возможность управлять давлением в реакторах. 11 марта, в 18:35, была объявлена угрожаемая ситуация, а 12 марта, между 05:22 и 06:01, – аварийная по трем блокам. В 07:45 было принято правительственное решение об эвакуации из 3-километровой зоны, а в 17:39 – из 10-километровой.
С утра 12 марта на блоках № 1, 2 и 4 готовились к стравливанию давления из защитной оболочки. Однако, по-видимому, эта операция так и не была выполнена, поскольку вплоть до утра 14 марта измеряемые вокруг АЭС уровни радиации оставались в пределах естественного фона (0,036-0,042 мкЗв/час).
Происшествия же на АЭС «Онагава» и «Токай», о которых сообщалось в дни после землетрясения, на фоне «Фукусимы» можно не рассматривать. На «Онагаве» было отмечено повышение радиационного фона, связанное с переносом радиации от АЭС «Фукусима-Дайити». На станции «Токай» угрожающая обстановка объявлялась в связи с отказом одного из двух охлаждающих насосов.
Игорь Лисов