Грозит ли нам радиационный апокалипсис. Как защищены АЭС от внутренних и внешних угроз

Защита современных атомных станций выдержит снаряд, падение самолета, внутреннюю аварию и хакерскую атаку.

Акцент на мобильность после Фукусимы

Говорить об опасности внутренних аварий излишне: весь мир помнит опыт Чернобыля. Однако внешние факторы могут ничуть не меньше навредить станции и, соответственно, привести к катастрофе. Последствия аварии, вызванной землетрясением на АЭС «Фукусима-дайити‎» в 2011 году, заставили мировое ядерное сообщество усилить меры безопасности, нацеленные на противодействие экстремальным внешним воздействиям.

По данным Международного агентства по атомной энергии, Управление по ядерной безопасности Франции (АСН) проанализировало 56 действующих на территории страны реакторов и ввело по итогам проверки дополнительные требования. В частности, АСН обязало станции использовать передвижное оборудование, способное предотвратить потенциальный радиоактивный выброс, а именно автономные дизель-генераторы и насосы с высокой отказоустойчивостью, разработанные специально для функционирования в условиях землетрясений и наводнений.

Изменения коснулись и механизма привлечения спасателей и отраслевых специалистов: АСН предписало внедрение плана транспортировки групп быстрого реагирования. Согласно требованиям, группы с легким оборудованием должны доставляться к месту аварии максимум в течение 24 часов после инцидента посредством вертолетов. Специалисты с тяжелым оборудованием должны прибывать на место максимум за три дня.

В России, по данным Росатома, также были установлены системы, способные обеспечить быструю остановку реакторов и расхолаживание энергоблоков в условиях отсутствия внешнего питания. Внедрены дополнительные мобильные помпы и устройства для постоянного контроля колебаний грунта. Например, на Смоленской АЭС вокруг оси реактора установлено шесть сейсмодатчиков, которые автоматически мониторят сейсмическую обстановку и передают данные на пункт управления. Также на станции функционируют три независимых поста наблюдения. В 2012 году на обновление мобильных систем безопасности российских АЭС было потрачено свыше 2,6 млрд рублей.

Пять уровней защиты

На современных АЭС, согласно требованиям МАГАТЭ, применяется концепция высокоэшелонированной защиты, смысл которой состоит в том, чтобы системы безопасности действовали как можно более независимо друг от друга и автономно от человека. Подобный подход кратно повышает эффективность механизмов безопасности в случае внештатных ситуаций как внешнего, так и внутреннего характера.

Система предусматривает пять уровней защиты, каждый из которых автономен и выполняет свои функции. Задача первого уровня — предотвращение отказов узлов безопасности и отклонений в процессе эксплуатации станции, второго — обнаружение нарушений и контроль ситуации. Цель третьего уровня — не допустить повреждения активной зоны реактора, остановить выброс в пределах площадки и восстановить безопасность станции. Задача четвертого уровня защиты заключается в локализации выброса в случае отказа третьеуровневых систем. Цель последнего, пятого уровня — смягчение последствий аварии.

Ограничение выбросов, защита от излучения и локализация радиационного материала являются фундаментальными функциями безопасности. Отсутствие или неисправность одного из пяти уровней высокоэшелонированной защиты недопустимы при эксплуатации станции.

Российский вклад в безопасность

Россия была и остается флагманом в сфере атомной энергетики и ядерной безопасности. Уже к концу 80-х годов, по данным Росатома, на отечественных АЭС была внедрена система быстрой аварийной защиты, установлены дополнительные стержни-поглотители, создан механизм их экстренного автоматического ввода, модернизировано управление. Позже на российских станциях появилась трехканальная система охлаждения генератора и трехкратная система электроснабжения устройств, обеспечивающих безопасность. Также было улучшены барабаны-сепараторы.

К 2004 году Россия завершила масштабный проект, связанный с продлением срока использования головного энергоблока РБМК-1000 на Ленинградской АЭС. Разработанная технология позволила следом модернизировать все уран-графитовые энергоблоки Курской и Смоленской АЭС. В результате главный показатель безопасности, а именно вероятность повреждения активной зоны реакторов, улучшился на два порядка вместе с энергоэффективностью.

В 2011 году Россия создала технологию восстановления ресурсных характеристик установки энергоблока. Впервые метод был применен на Ленинградской АЭС для устранения деформации графитовой кладки и искривления технологических каналов, вызванных радиационно-термическим повреждением графита. Сейчас процедура, еще 10 лет назад казавшаяся революционной, стала частью планового ремонта и успешно выполняется в РФ.

Также именно в России был впервые проведен отжиг реактора — процедура, позволяющая восстановить пластичность металла, из которого изготовлен корпус. Первый в мире отжиг позволил продлить срок службы блока №3 на Нововоронежской АЭС на 45 лет. В 2018 году российские специалисты впервые применили технологию восстановительного отжига к реактору большой мощности ВВЭР-1000 — в итоге срок эксплуатации блока №1 Балаковской АЭС увеличился на 23 года. Методы обеспечения безопасности продолжают совершенствоваться по мере усиления реакторных мощностей: например, инновационное ВВЭР-1200 оснащены дополнительными двойными защитными оболочками и устройствами локализации расплава.

Четыре слоя защитной оболочки

Согласно нормам МАГАТЭ по безопасности атомных электростанций, внешняя оболочка и средства ее защиты должны выдерживать экстремальные сценарии, связанные с внешними и внутренними нарушениями. Оболочка выполняет три главнейшие функции — экранирует излучение, сдерживает выбросы и защищает от внешних повреждений. На современных станциях используют двойные герметичные оболочки.

По данным Росэнергоатома, под герметичными защитными оболочками находится главный циркуляционный контур, предупреждающий выход опасных материалов. При этом сами тепловыделяющие элементы окружены топливной матрицей, которая, в свою очередь, находится внутри оболочки тепловыделяющего элемента, не дающей продуктам распада попасть в главный циркуляционный корпус. Таким образом АЭС защищены четырехступенчатой барьерной системой, противостоящей как внутренним, так и внешним воздействиям. Специальные системы безопасности позволяют справиться даже с самыми страшными повреждениями — например, в случае разрыва контура охлаждения реактора срабатывает аварийный механизм и в активную зону для остужения поступает борная кислота.

Для поддержания целостности защитных конструкций применяются системы отвода тепла для снижения давления и температуры, создаются технологические маршруты между отсеками, устанавливаются устройства контроля продуктов деления, водорода и кислорода. Каждый трубопровод, проходящий через защитную оболочку, оборудован как минимум двумя клапанами, которые автоматически перекрываются в случае аварии.

Системы безопасности защитного корпуса: жертвенные материалы и поглотители водорода

В зависимости от типа составных материалов различают стальные, сталежелезобетонные и железобетонные оболочки. По данным из учебного пособия СГПУ, большинство используемых в мире конструкций относится к оболочкам полного давления (выше 0,035 МПа). Сооружения АЭС, в отличие от обычных зданий, рассчитаны сразу на два типа единовременных нагрузок — и на проектные аварии, и на внешнее воздействие.

Ловушки расплава играют важнейшую роль в обеспечении безопасности станции, так как, по словам генерального директора Росэнергоатома Андрея Петрова, могут удерживать ядерное топливо в течение неограниченного временного периода.

Внешне ловушка представляет собой конусообразную металлическую воронку, вес которой превышает 750 т. Устройство, расположенное на дне шахты непосредственно под реактором, заполнено специальным материалом, состоящим из алюминия и различных оксидов железа. Данный раствор называют «жертвенным» — при аварии расплавленное топливо сливается в воронку ловушки, где смешивается с наполнителем. Далее в резервуар поступает вода. Все системы ловушки способны работать автоматически. В результате топливо остывает и затвердевает, а объемы его энерговыделения значительно снижаются.

Не менее важную роль в обеспечении целостности защитной оболочки играют рекомбинаторы водорода. При аварийных повреждениях они удаляют водород, чтобы предотвратить взрыв вещества. Внутри рекомбинатора расположены пластины, покрытые платиновым или палладиевым катализатором. На поверхности пластин молекулы водорода вступают в реакцию с кислородом, в результате чего образуется пар. Устройство не требует источников энергии и командного управления. Процесс поглощения водорода запускается автоматически, как только концентрация вещества достигнет 0,5%-1%.

Современные ловушки в сочетании с рекомбинаторами водорода и системами отвода тепла настолько усиливают безопасность энергоблоков, что станциям не могут навредить цунами, землетрясение и даже падение самолета.

АЭС выдержит и обстрел, и падение самолета

По словам доцента кафедры «Ядерные энергетические установки» Севастопольского государственного университета Юрия Браславского для ТАСС, защитный армированный железобетонный купол толщиной более метра способен выдержать падение объекта весом 10 т со скоростью около 750 км/ч.

Также Юрий Браславский уточнил, что сильным радиационным излучением обладает только отработанное топливо. После завершения цикла его несколько лет охлаждают под водой. После отходы попадают на переработку или в хранилище. Эксперт особо выделил хранилища сухого типа, где отработанное ядерное топливо содержится в надежных бетонных контейнерах, хорошо защищающих как мир от излучения, так и отходы от внешней среды.

Новые разработки

Одним из самых надежных и безопасных считается водо-водяной энергетический реактор типовой оптимизированный информатизированный (ВВЭР-ТОИ), разработанный на базе ВВЭР-1200 и успешно прошедший гидравлические испытания в 2020 году. Первый ВВЭР-ТОИ был установлен на блоке №1 Курской АЭС.

На данный момент разработчики сосредоточены не только на совершенствовании классических технологий ВВЭР, но и на создании реакторов со спектральным регулированием в активной зоне (ВВЭР-С) и сверхкритическими параметрами теплоносителя (ВВЭР-СКД).

По данным экспертов Физико-энергетического института им. А.И. Лейпунского, ВВЭР-СПД повышают КПД цикла АЭС до 45% с нынешних 34%, обеспечивает выжигание радиоактивных отходов и позволяет увеличить нагрев теплоносителя до 540℃ за счет снижения его расхода в активной зоне. Также высокий уровень безопасности ВВЭР-СКД позволит облегчить защитные оболочки и отказаться от парогенераторов. Плюс ко всему новая система решает проблему выделения водорода.

Реакторы со спектральным регулированием способны работать в открытом и замкнутом топливном циклах. Также ВВЭР-С потребляет на 30% меньше урана и может работать на МОКС-топливе с плутонием, полученным в процессе переработки использованного ядерного топлива. Экономия топлива обусловлена возможностью управлять соотношением воды и урана. В свежее топливо помещаются специальные вытеснители, снижающие объем воды в активной зоне. В результате повышается скорость нейтронов и выработка материалов для деления, иными словами, нового топлива. Ближе к концу цикла устройства-вытеснители выводятся из топлива, и реактор продолжает работу в обычном режиме ВВЭР.

Всесторонняя защита

Все российские АЭС защищены не только от внутренних аварий и внешних воздействий, связанных с природными и техногенными катаклизмами, но и от нападений. Противодействие террористической деятельности является одним из приоритетных направлений для Росатома и силовиков. Все станции охраняются внутренними войсками МВД РФ. Входы на территорию оснащены системами обнаружения запрещенных предметов, в том числе оружия и взрывчатых веществ. На всех объектах ведется постоянное наблюдение.

В 2023 году ФСБ остановило преступников, заминировавших четыре опоры ЛЭП Ленинградской АЭС и заложивших взрывные устройства под семь опор Калининской АЭС. По информации Lenta, всего террористы намеревались подорвать свыше 30 опор ЛЭП на двух АЭС, чтобы остановить их. Также весной 2023 года силовики задержали еще одну группу, готовящую подрыв на АЭС.

Россия подписала и ратифицировала конвенцию по борьбе с актами ядерного терроризма, согласно которой попытка использовать ядерное топливо с целью нанесения вреда или намерения повредить АЭС являются преступлением. Также, по данным ТАСС, отечественные эксперты проводят международные курсы по физической ядерной безопасности на базе Международного специального учебного центра в Обнинске.

Не меньшее внимание уделяется и защите от хакерских атак. Отечественные эксперты тщательно анализируют опыт других стран и совершенствуют системы защиты. По данным Коммерсанта, в 2010 году в Иране хакерам удалось заразить вредоносом Stuxnet более 30 тыс. компьютеров на различных промышленных объектах. Взлом не привел к масштабной трагедии, однако замедлил развитие иранской ядерной программы на два года. В частности, атака стала причиной переноса сроков запуска АЭС «Бушер» и приостановила процесс обогащения урана в Натанзе.

В 2014 году от действий хакеров пострадал южнокорейский оператор Hydro and Nuclear Power. Преступники проникли в сеть компании благодаря рассылке 6 тыс. фишинговых писем среди сотрудников предприятия. Угрожая сливом данных, хакеры потребовали остановить АЭС «Кори» и «Вольсон», но получили отказ. Южная Корея признала похищенные данные не конфиденциальными и не угрожающими безопасности, а также обвинила в проведении атаки Северную Корею.

Весной 2016 года вирусом оказались заражены 18 съемных носителей в компьютерной системе блока Б на немецкой АЭС «Гундремминген». Атака была нерезультативной, так как компьютеры, осуществляющие непосредственное управление АЭС, не подключены к интернету.

По данным Lenta со ссылкой на слова директора Кольской АЭС Василия Омельчука, киберпреступники за последние годы неоднократно посягали на инфраструктуру «Росатома» и дочернего «Росэнергоатома», однако специалистам удается справиться с угрозой: «Мы эти атаки перехватываем на дальних подступах. Мы работали на опережение и давно сделали безопасной свою IT-инфраструктуру, как технологическую, так и управленческую. Поэтому к нам не пробиться, у нас очень мощное шлюзование, несколько барьеров, и физических, и интеллектуальных. Поэтому проблем нет у нас. Мы об этом уже позаботились».