Что было не так с кнопкой АЗ-5?

В ночь на 26 апреля 1986 года, в 01:23:40, на пульте управления 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС была нажата кнопка аварийной защиты — АЗ-5. Она должна была мгновенно остановить реактор, как предписано регламентом. Однако именно после её активации в течение нескольких секунд реактор РБМК-1000 разогнался до разрушения. Почему так произошло — и была ли сама конструкция этой системы ошибочной?

Как работала аварийная защита РБМК до 1986 года

Согласно устройству системы управления и защиты (СУЗ) реактора РБМК, нажатие кнопки АЗ-5 инициировало ввод всех аварийных стержней в активную зону. Однако логика работы имела критический недостаток: команда сохранялась только на время удержания кнопки. Если оператор отпускал кнопку слишком рано, стержни могли встать, не достигнув нижнего положения. Это было допустимо конструктивно и не блокировалось системой.

Кроме того, конструкция самих стержней СУЗ усиливала риски. В нижней части каждого стержня находился графитовый вытеснитель, соединённый телескопической штангой с основной частью стержня — поглотителем на основе карбида бора. Именно наличие графитового вытеснителя и дало начало так называемому концевому эффекту.

Что такое концевой эффект

Концевой эффект — это кратковременное увеличение реактивности реактора РБМК при вводе стержней СУЗ из верхнего положения.

При движении вниз стержень СУЗ первым вводил в активную зону графит, который вытеснял из канала воду — основной поглотитель нейтронов. Графит же, наоборот, являлся замедлителем. Таким образом, в нижней части активной зоны, где реактор уже работал на грани нестабильности, вода (поглотитель) заменялась графитом (замедлителем), вызывая локальный всплеск реактивности.

На практике это означало, что в момент нажатия кнопки АЗ-5 в 01:23:40 произошла следующая последовательность:

• большинство стержней находились в верхнем положении;
• нажатие АЗ-5 вызвало мгновенный массовый ввод графита в нижнюю часть активной зоны;
• вместо снижения мощности начался взрывной разгон реактора.

INSAG-7 указывает, что большая часть СУЗ была выведена, и это сделало эффект критическим. Также подтверждается, что концевой эффект был известен заранее: он был зафиксирован ещё в 1983 году при пуске реакторов на Игналинской АЭС и на 4-м блоке ЧАЭС. Несмотря на это, конструкция стержней не была пересмотрена.

Почему эффект был критичен именно тогда

При номинальной мощности и нормальном оперативном запасе реактивности концевой эффект обычно компенсировался. Но в ночь аварии:

• реактор работал на низкой мощности (~200 МВт),
• оперативный запас реактивности был недопустимо мал,
• зона имела неоднородное выгорание,
• большинство СУЗ были в верхнем положении.

Эти условия стали идеальными для появления неконтролируемого разгона в нижней части зоны. INSAG-7 оценивал всплеск реактивности от АЗ-5 в диапазоне от 0,3 до 1,1 β, чего было достаточно для теплового и гидродинамического взрыва.

Что изменили после аварии

После аварии были приняты срочные меры:

• Логика АЗ-5 была изменена: команда стала необратимой, ввод стержней продолжается независимо от отпускания органа управления.
• Кнопка заменилась ключом с фиксатором, исключающим случайное прерывание.
• Конструкция стержней СУЗ была переработана.
• Удалён графитовый вытеснитель.
• Введён удлинённый поглотитель с ленточными элементами на основе титаната диспрозия.
• Разделён ввод: поглотитель теперь входит перед вытеснителем, а в новых КРО — вытеснитель вообще стал неподвижным.
• Введены кластерные регулирующие органы (КРО) с гильзами из алюминиевого сплава. Они охлаждаются водой, а сами поглотители перемещаются внутри них «по сухому», устраняя прежний эффект замещения воды графитом.

Вывод

Конструкция СУЗ реактора РБМК до 1986 года имела системный инженерный дефект, известный с 1983 года: графитовый вытеснитель, входящий перед поглотителем, создавал положительную реактивность.

При этом первые тревожные признаки — неустойчивость реактивности и резкий рост мощности — были зафиксированы ещё в 1975 году на Ленинградской АЭС, однако физический механизм эффекта был установлен только в 1983 году, при пуске блоков ЧАЭС и Игналинской АЭС.

Вместе с логикой кнопки АЗ-5, допускавшей частичный ввод, это создало условия, при которых попытка остановить реактор привела к его уничтожению.

После катастрофы архитектура СУЗ была полностью пересмотрена. Этот случай остаётся уникальным в истории ядерной энергетики, когда аварийная защита стала причиной взрыва. Концевой эффект в конструкции РБМК стал одним из наиболее показательных примеров последствий недоучёта физики при проектировании систем безопасности.

Подпишитесь на наш Telegram – t.me/chernobyl_86 👈

📚 Источники

1. INSAG-7 — The Chernobyl Accident: Updating of INSAG-1, Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), 1992.
2. Акт комиссии по завершению физпуска 4-го энергоблока ЧАЭС, 18 декабря 1983 года.
3. Доклад по инциденту на Ленинградской АЭС, 30 ноября 1975 года.
4. Техническая документация по модернизации СУЗ РБМК, доступная через публикации специалистов Росэнергоатома и ЭНИН РАН (в том числе с описанием кластерных регулирующих органов, конструкций вытеснителей, титаната диспрозия и пр.). Использованы характеристики стержней РР, БАЗ, ЛАР, АР, КРО после 1986 года.
5. Википедия (русская), статья «Концевой эффект в РБМК»