Спустя годы многое видится, трактуется и воспринимается иначе, чем в то, ставшее уже далеким, время. Действия в условиях аварий на ядерных объектах затрагивают политиков, администраторов, учёных, инженеров, медиков и много других специальностей, включая СМИ. При этом для каждого вида деятельности ключевое место занимает достоверная текущая информация о событии и его динамике. В беседе на конференции Н.И. Рыжков сказал: «Прошло после события более двадцати лет, очень многое в событии совершенно ясно, но некоторые политики, а ещё более обидно, население, продолжают утверждать, что Правительство СССР скрывало от мировой общественности сведения об этой аварии». А всё предельно просто — не было оцененных достоверных сведений. Уровень Комиссии по событию за несколько дней вырос от комиссии местного значения до Правительственной Комиссии. Мне, как специалисту, добывавшему в те времена на месте научно-техническую информацию о состоянии объекта, остаётся только подтвердить правдивость сказанного и подчеркнуть высокую важность достоверности информации и отсутствие на тот момент времени технических средств её получения. Наверное, тем важнее сохранить объективные данные, факты и свидетельства тех времён, особенно те, которые важны для перспективы и будущего. С сознанием этого выделим некоторые важные работы по диагностике. Эти работы определяли реальное состояние объекта по ядерной и радиационной безопасности, первоочередные меры и перспективные пути устранения и минимизации последствий. Существенным моментом в этих работах была расчётная поддержка, особенно в части ядерной безопасности. На рис. 1 приведена схема организации работ по программе исследования и обеспечения ядерной безопасности.
Трагические события, произошедшие 26 апреля 1986 года на 4-м блоке ЧАЭС, и, прежде всего, сильное радиационное поражение пожарных и сменного персонала, связанное с незнанием реальной радиационной обстановки, заставило людей отступить от аварийного блока для оценки складывающейся ситуации. Отсутствие средств для оперативной оценки радиационной обстановки при аварии такого масштаба является закономерным — они не предусмотрены проектно-конструкторскими решениями. Необходимо отметить, что задача эта требует для своего решения сложную технику и профессионально ориентированных специалистов высокой квалификации.
На первом этапе ликвидации последствий аварии требовалось определить:
— состояние реакторной установки и параметров процессов, протекающих в аварийном блоке;
— радиационную обстановку и ее динамику в прилегающей к аварийному блоку зоне.
Ответы на эти вопросы позволяли принимать решения по методам действий с одной стороны, и возможности использования этих методов без нарушения норм облучения людей, с другой.
Использование методов дистанционных измерений в сочетании с расчетными и расчетно-экспериментальными методами с первых дней было предпочтительней. Однако отсутствие реальных средств дистанционной дозиметрии и термометрии, усугубленное очень низким качеством робототехнических средств для диагностических целей, не позволили оперативно решить основные диагностические задачи. Долгое время оставались без ответа ключевые вопросы:
— продолжается ли СЦР?
— где и в каком агрегатном состоянии находится топливо?
Ученые столкнулись с одновременным наличием высоких уровней радиации, температур, агрессивных сред, отсутствием доступа из-за разрушений. Одновременное воздействие нескольких факторов приводило к ошибочным выводам. Так, например, в первые дни после аварии по измерениям, проводившимся в условиях высоких гамма-полей у северо-западного угла 4-го блока (В.К. Пикалов, В.А. Легасов) радиометром типа «КРАН», был сделан ошибочный вывод о наличии потока нейтронов, а, значит, и о продолжении цепной реакции. Позже, по наблюдениям за динамикой короткоживущих изотопов и другим признакам, специалисты определили отсутствие СЦР, но еще несколько раз проводились измерения радиометром «КРАН», следствием которых было распространение мнения о наличии потока нейтронов и продолжении СЦР. Вопрос был снят только 26 июня 1986 года специальным экспериментом, связавшим показания радиометра с гамма-фоном.
Аналогичные трудности возникли и с другими средствами измерений. Очень привлекательным казалось применение приборов для дистанционного измерения тепловых параметров (температуры и т.п.). Но попытки применения известных тепловизоров оказались неудачными. Основной причиной этих неудач было наличие мощных полей радиации. Специальные испытания тепловизора в поле гамма-излучения известного спектра и мощности дозы, выполненные в ИАЭ им. И.В. Курчатова под руководством К.П. Чечерова, показали, что применимость его ограничена мощностями доз в единицы рентген в час.
К началу июня 1986 г. была проведена первая диагностическая разведка, определившая перспективные направления работ и возможности применения широкой номенклатуры дозиметрических средств. С 09 июня 1986 года дозиметрическое обследование начало развиваться по координированным программам, планово, и закончилось разработкой требований к штатной системе контроля и созданием системы контроля «Шатер». Результаты исследований первого этапа были изложены в информации для МАГАТЭ (25-29.08.1986).
Термометрические зонды
В период с 7 по 14 мая 1986 года была сделана попытка измерения температуры поверхности засыпки активной зоны 4-го блока ЧАЭС.
Для этой цели в ЛВРИ, 0-32 ИАЭ им. И.В. Курчатова, были изготовлены термометрические преобразователи (ТП) кабельного типа КТХАСИ. Диаметром 1,5 мм, длинной 220 м, в количестве трех штук.
Предполагалось провести три замера температуры при каждом вылете:
— на высоте 100 м от здания;
— на высоте 50 м от здания;
— на поверхности кратера.
Для этой цели к вертолету был прикреплен стальной трос с равномерно распределенным по его длине грузом (свинцовые болванки 25 шт. по 41 кг). Датчик был закреплен к тросу скользящими петлями и подключен к измерительной аппаратуре, установленной на борту вертолета.
Были осуществлены три вылета:
— первый тренировочный — 8 мая 1986 г.;
— второй и третий рабочие — 9 и 10 мая 1986 г.
Трудности выполнения такого вида работ определяются следующими факторами:
— сложность маневрирования вертолета в зоне на пром. площадке (в непосредственной близости у здания 4-го блока расположена труба, высотой 150 м);
— ограниченное время проведения работ из-за наличия проникающего излучения;
— сложность попадания грузом в цель (груз совершал колебательные движения размахом до 80 м, а диаметр воронки кратера примерно 15 м).
При проведении третьего полета удалось опустить датчик в кратер. Максимальное значение измеренного сигнала соответствовало примерно 280°С. Однако, в процессе проведения замера в течение времени, соизмеримом с постоянной времени измерительного тракта, датчик вышел из строя в результате зацепа за металлоконструкции здания. В связи с этим, груз был сброшен на здание.
Дозразведка на разрушенном блоке
Дозиметрическая разведка — традиционный метод определения характеристик источника и его распределения — использовался с первых часов аварии и давал обширную информацию для принятия решений. С дозиметрической разведки начинали свою работу все коллективы, которым пришлось решать те или иные задачи по ЛПА, кроме смены и пожарных.
Специалисты ИАЭ им. И.В. Курчатова использовали методы дозиметрической разведки для решения задачи о распределении внутри объекта высокоактивных масс с целью определения направлений протекания аварии, выработки исходных данных для создания средств локализации и подавления влияния р/а масс.
Эти работы были подготовлены совместно с В.А.Легасовым, Е.О. Адамовым, В.Д. Письменным, И.С. Крашенинниковым и реализованы в несколько этапов. Исходным критерием возможности проведения работ был предел индивидуальной дозы — 25 бэр, разрешенный на этот этап проведения работ. С учетом ограниченности знаний о характеристиках р/а излучения в местах разведки для определения индивидуальной дозовой нагрузки использовалось несколько дозиметров, ограничивался верхний предел примерно 17-20 бэрами, а внутреннее поступление контролировалось на установке СИЧ сразу же по прибытии в Москву.
Кроме переносных приборов типа ДП-5, КДГ, «Киржач» были использованы устанавливаемые на определенное время гирлянды, шнуры, штанги с ТЛД, ИКС, ДК и др. Одновременно с типовыми измерениями, отбирались пробы, делались мазки, собраны типовые средства индивидуальной защиты для обработки в лабораторных условиях.
Полученные средствами дозиметрии данные, нанесенные на поэтажный план разрушенного блока, были систематизированы. Все помещения разделены на четыре категории:
— до 1 р/час — зеленые,
— от 1 р/час до 10 р /час — желтые,
— от 10 р/час до 100 р/час — красные,
— свыше 100 р/час — коричневые, особые точки — черные.
В результате такой обработки удалось решить несколько задач. Прежде всего, определены зоны с высокой радиоактивностью, где, вероятно, находятся топливосодержащие массы, и которые необходимо обследовать для сведения топливного баланса и определения потенциальных опасностей. Эти данные совместно с другими были использованы для создания моделей расположения остатков топлива по помещениям разрушенного здания и ведения расчетных исследований.
Кроме того, результаты дозиметрической разведки внутри разрушенного блока открыли возможности для плановой исследовательской работы, определили основные условия и средства защиты для специалистов, а также отдельные проектно-конструкторские решения по «Укрытию».
Трубные проходки
Опыт работ с детекторами внутриреакторного контроля породил идею использования сохранившихся после аварии трубопроводов для доставки по ним датчиков к потенциально интересным и важным с точки зрения информативности местам. Такие методы оказались эффективными, так как после аварии сохранились в удовлетворительном состоянии помещения в нижней части блока и под реактором. Кроме того, изолированные бетонные коридоры и система прочноплотных боксов позволили подойти к разрушенному реактору до расстояния одной разделительной стены из тяжелого железобетона. Хорошее знание геометрии трубных проходок позволяло получить представление о пространственных распределениях измеряемых параметров. В мае-июне 1986 г. для диагностических целей использовались обезвоженные трубопроводы системы СУЗ (как потенциально наиболее чистые). Удобными оказались сливной коллектор СУЗ, проходящий по периметру нижней части ОР, напротив нижних выходных коммуникаций в пом. 305 и напорный коллектор СУЗ, проходящий вертикально в стене вдоль всей шахты реактора по оси «Л». Первые измерения были выполнены высокотемпературными детекторами типа ДПЗ и следом за ними серия измерений с использованием паспортизированных детекторов типа ИКСа, ТЛД, гамма-камер, счетчиков гамма-излучения и др., проведенных различными организациями при общей координации и с участием специалистов ИАЭ. Полученные результаты дали информацию о наличии высокоактивных источников (топлива), их распределение в местах измерения. Пример полученных распределений приведен на рис. 2. Спустя много лет построенное по результатам этих измерений распределение топливных масс многократно подтверждалось и уточнялось количественно.
В процессе дальнейших исследований полученные данные подтвердились, но их интерпретация изменилась, так как схема «ОР» оказалась опущенной примерно на 4 м ниже своего штатного положения, что хорошо отражается распределением, полученным в напорном коллекторе СУЗ (рис. 2 — вертикаль). Положение сливного коллектора СУЗ до настоящего времени не уточнено из-за большого количества свежего бетона, попавшего в подреакторное пространство.
Детекторы, установленные в сливном коллекторе СУЗ и расположенные на БЩУ блока № 3 приборы, положили начало непрерывному контролю состояния топливных масс в месте их нахождения.
«Игла»
Программа реализована совместно с НТЦ МО СССР «Игла» — это диагностическое устройство, представляющее собой длинную штангу (примерно 18 м), оснащенное термодатчиками и имеющее в верхней части конструкции датчик мощности дозы гамма-излучения с широким динамическим диапазоном (до 2•105 р/час).
Штанга была опущена с вертолета в зону расположения шахты реактора. При опускании штанги в зону специалистами НТЦ МО СССР осуществлялась непрерывная регистрация изменения МЭД гамма-излучения.
В результате этих измерений и последующего анализа 28.06.86 г. установлено, что МЭД гамма-излучения монотонно увеличивается по мере приближения датчика к шахте реактора. При изменении положения датчика в горизонтальном направлении обнаружен эффект коллимации, проявившийся в резком изменении показаний.
С момента установки диагностического устройства «Игла» и до момента разрушения связи при сооружении перекрытия по датчику наблюдалось изменение МЭД гамма-излучения в непосредственной близости от шахты реактора над ней. В результате этих наблюдений зафиксирован монотонный процесс снижения МЭД примерно соответствующий расчетному спаду активности топлива РБМК с соответствующим выгоранием. Кроме того, в результате сопоставления показаний этого датчика с показаниями других датчиков и выпадением осадков за период наблюдения была установлена эффективность дезактивации дождеванием (рис. 3), что послужило основой для решения об использовании дезактивирующих растворов для орошения разрушенного блока с вертолетов.
«Галс»
С первых дней аварии оценка радиационной обстановки с воздуха была эффективной и оперативной. Это обстоятельство позволило сформулировать совместно с МО СССР диагностическую программу «Галс», целью которой было измерение с воздуха при помощи вертолетов распределения уровней экспозиционных доз гамма-излучения прибором ИМД31. Интерес представляла динамика МЭД в процессе сооружения объекта.
Другие источники информации, в том числе «Игла» и «Буи», при сооружении перекрытия были выведены из работы из-за нарушения кабельных связей. Программа осуществлялась с августа до декабря 1986 г. Высота полетов составляла 200 м, скорость — 50 км/ час. Основные пролеты проводились по центральному галсу с севера на юг и с запада на восток. Воспроизводимость результатов, оцененная по среднеквадратичному отклонению из девяти полетов, выполненных в один день, составила 15%. Результаты измерений приводились к высоте Н=1 м над землей. Уже с первых измерений были определены аномалии в распределении МЭД в западном направлении, свидетельствующие о наличии в этом направлении мощных источников (вероятное следствие выброса). Позже это обстоятельство и опыт были учтены при анализе влияния отдельных источников и разделении этого влияния на ОРУ-750. Для этой цели была расширена полетная программа и совмещена с наземными измерениями. Полученные результаты позволили определить направление работ по дезактивации ОРУ-750. Пример полученных результатов приведен на рис. 4.
Работы по этой программе и попытка обеспечить снижение дозовых нагрузок летного персонала породило идею создания автоматизированных летных средств, для ведения радиационной разведки в тяжелых условиях, которая не реализована.
«Гирлянда»
Программа и реализация системы выполнена тем же коллективом, что и «Игла», и, после установки на объекте, передана специалистам ИАЭ им.И.В.Курчатова для ведения исследований. Система состоит из восьми датчиков МЭД гамма-излучения, связанных в общую гирлянду, равномерно разнесенных по высоте и установленных в вентиляционную трубу 3-4 блоков ЧАЭС с помощью вертолета.
В сохранившемся помещении №5002 4-го блока ЧАЭС была размещена аппаратура регистрации. Система устойчиво отработала с момента установки до начала работ по бетонированию площадки «М», «Н», «Л» и в период завершения монтажных работ и сдачи объекта в обслуживание до перехода на штатные системы контроля. Пример распределения МЭД по высоте венттрубы и его изменения в процессе работ приведены на рис. 5, 6.
Опыт работ с распределенными по высоте камерами был использован специалистами ИАЭ и ИЯИ АН УССР для создания аналогичных средств контроля непосредственно над развалом. При этом установка таких средств проводилась с перекрытия объекта и они были включены в штатную систему «Шатер».
«Простыни» и «шнуры»
Методы диагностической дозиметрии с использованием накопительных дозиметров (ИКСа, ТЛЛ, ДК, ДКП и др.) широко использовались на аварийном блоке для целей определения распределений радиационных полей и источников излучения. Суть метода состоит в расстановке или развешивании в известной геометрии накопительных дозиметров на заданное время с последующей обработкой и определением накопленной дозы за время нахождения в точке измерения.
На ЧАЭС эти методы использованы с применением длинномерных и раздвижных штанг, капроновых гирлянд, полиэтиленовых простыней. Пример полиэтиленовой простыни с ДПГ-3 шаг 1 м на фото 1. С помощью такого метода была произведена детальная съемка загрязненности площадки «М» до и после очистки (рис. 7). Произведена количественная оценка результата очистки, совместно с данными по «Гирлянде» показана низкая эффективность очистки битуминизированной поверхности, даны рекомендации по бетонированию площадки «М».
Наличие чистого (незагрязненного) перекрытия над аварийным блоком позволило провести измерения объемных распределений полей гамма-излучения объекта с целью выявления мест расположения наиболее мощных источников и построения математической модели объекта, как источника, определяющего радиационную обстановку на объекте. Развитием этой работы стало рождение принципиально нового метода измерения распределений гамма-полей — метода континуальных дозиметрических шнуров (КДШ), использующего явление электронного парамагнитного резонанса, позволяющего иметь распределения практически с любой заданной степенью дискретности. Метод описан отдельно и широко применялся в 1987 г.
«Гамма-визор»
Для визуализации неоднородных радиационных полей был в короткие сроки разработан и применен прибор, получивший название «гамма-визор». Позже «гамма-визор» использовался для поиска отдельных высокоактивных фрагментов в завалах и помещениях аварийного реактора.
На последующих этапах Л ПА возникли задачи по оценке вклада в радиационную обстановку в заданном районе различных источников излучения (в том числе с учетом комптоновского рассеяния), выбору оптимальной последовательности дезактивационных работ, прогнозу эффективности мероприятий по дезактивации и контролю их эффективности и т.д. Для решения этих задач была разработана и внедрена методика коллимированной радиометрии, первоначально интегральной, а затем спектрочувствительной, созданы различные варианты коллимированных радиометров, снабженных аппаратным и программным обеспечением, позволявшим вести автоматизированные измерения и машинную обработку данных. С помощью этой методики были получены картины радиационных полей в машинном зале и помещениях 4-го блока, шахте реактора, оценены вклады в дозовую обстановку, сложившуюся на площадке ЧАЭС как от прямых источников, так и от рассеянного излучения, оценена эффективность различных способов дезактивационных работ. Интересной особенностью методики является возможность локации источников излучения при измерениях в условиях завалов и сложных строительных конструкций. Позже эта методика была доработана (повышена чувствительность и создан автономный полевой вариант) для проведения оценки загрязненности и эффективности дезактивационных работ в селах Полесья попавших в зону т.н. цезиевых пятен.
В 1986 г. приборы типа «Гамма-визор» показали свои принципиальные возможности и перспективность. Конструкция, принцип действия, варианты применения и результаты по этому направлению исследований в последующие за 1986 годы подробно изложены в самостоятельных публикациях.
Заключение
В результате работ по диагностическому обследованию аварийного блока ЧАЭС были разработаны оригинальные методы и средства, позволившие установить контроль за его состоянием. Совокупность полученных данных, несмотря на недостатки в их количестве и качестве, позволила сформулировать технические требования и определить концепции построения штатной системы контроля («Шатер»), которая была создана к моменту сдачи объект «Укрытие» в эксплуатацию.
Результаты диагностических исследований были в обобщенном виде использованы при подготовке доклада, прочитанного академиком В.А. Легасовым и одобренным в МАГАТЭ.
Необходимость и эффективность исследований потребовали внесения изменений в проектные решения. Изменения, обеспечившие доступ во внутренние помещения разрушенного блока, были внесены. Контроль безопасности состояния и исследования по безопасности были продолжены.
Особое место в диагностических исследованиях имели нейтронные методы. В 1986 г. они были использованы только для контроля плотности потока нейтронов в локальных точках, а с середины 1987 г. с появлением пробуренных скважин были широко развернуты для целенаправленного исследования нейтронно-физических характеристик, для доказательства ядерной безопасности. В проектных решениях по объекту, при отсутствии доказательных материалов о невозможности возникновения СЦР, были заложены организационные меры — регламент и технические средства в виде систем обеспечения ядерной безопасности. Доказательство ядерной безопасности, как свойства самого объекта стало для автора и «Комплексной экспедиции» при институте одной из основных тем исследований на период с 1987 по 1990 годы. По результатам работ созданы, и внедрены средства и методики оценки ядерной безопасности для аварийных объектов с разрушенным ядерным топливом.
Шикалов В.Ф., доктор технических наук, начальник лаборатории НИЦ «Курчатовский институт». С мая по декабрь 1986 г., в течение 144 дней, являлся научным руководитель программ диагностического обследования внутри разрушенного 4-го блока ЧАЭС, официальным представителем научного руководства при сдаче объекта «Укрытие» в эксплуатацию в ноябре 1986 г. Награждён за работы по диагностическим исследованиям на ЧАЭС орденом «Мужество», медалью МНАЭБ имени Легасова В.А., Знаком о занесении в Книгу Почёта Союза «Чернобыль» России.
