Математически условие не контролируемого разгона реактора выражается очень простой формулой + Δρа.з. ≥ β,
где + Δρа.з. - положительная реактивность, вводимая в активную зону реактора;
β - доля запаздывающих нейтронов в активной зоне реактора.
Отсюда следует основное условие безопасности, которое должно всегда соблюдаться как при проектировании, так и при эксплуатации ядерных реакторов: при любом состоянии реактора должно быть + Δρа.з. β. Это условие должно достигаться как соответствующими физическими свойствами активной зоны реактора в любом его состоянии и конструкцией системы управления и защиты реактора, так и соответствующими методами управления реактором, которые использует в своей работе оператор реактора. Но следует заметить, что в известных аварийных ситуациях с не контролируемыми разгонами реактора: в январе 1961 г. на опытной АЭС "SL-1" в США и в апреле 1986 г. на ЧАЭС в СССР [1] - происходили только паровые взрывы, хотя и с выделением в активной зоне реактора энергии, многократно превышающей номинальное значение. Ядерных взрывов активной зоны реакторов при этом не происходило.
Вторым важным фактором потенциальной опасности использования ядерной энергии является получение и накопление в активной зоне реактора радиоактивных продуктов деления ядер урана. При нормальной эксплуатации ядерного реактора все продукты деления ядер урана должны оставаться внутри герметичных оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). Кроме того, некоторая часть радиоактивных продуктов образуется из-за облучения нейтронами конструкционных и технологических материалов в реакторе. Эти радиоактивные продукты циркулируют вместе с теплоносителем в пределах герметичного 1-го контура реакторной установки. Но технология эксплуатации реакторной установки предусматривает вывод части теплоносителя из герметичного 1-го контура для его очистки и таким образом происходит распространение радиоактивных продуктов за пределы герметичного 1-го контура. Следовательно, в конструкции не только оборудования 1-го контура реакторной установки, но и всего блока АЭС проектом должны быть предусмотрены меры защиты персонала от радиоактивного излучения и от несанкционированного попадания радиоактивных продуктов в окружающую среду. Разумеется, как при проектировании, так и при эксплуатации блоков АЭС необходимо стремиться к уменьшению санкционированных выбросов радиоактивных продуктов (твердых, жидких и газообразных) в окружающую среду.
Хотя человечество столкнулось с массированным воздействием радиоактивности на человеческий организм еще в 1945 г. при бомбардировке ядерными бомбами городов Хиросима и Нагасаки, а также при последующих испытаниях ядерного оружия и многочисленных аварийных ситуациях на реакторных установках различных типов, но, хорошо представляя воздействие больших доз радиации на человеческий организм с развитием лучевой болезни и с летальным исходом, ученые и сейчас еще не могут предсказать отдаленные генетические последствия для людей, подвергающихся постоянному внутреннему радиоактивному облучению за счет повышенного содержания радиоактивных изотопов в воздухе, воде и пище. Не исключено, что такое увеличивающееся внутреннее радиоактивное облучение приведет к мутациям на генетическом уровне, угрожающим самому существованию той или иной нации.
Вероятность выхода радиоактивных продуктов за проектные пределы их локализации существенно возрастает при возникновении нарушений и аварийных ситуаций в технологических режимах работы блока АЭС. Аксиоматически можно утверждать, что величина нарушений и аварийных ситуаций в технологических режимах работы блока АЭС зависит от степени нарушений оперативным персоналом принципов и законов действия блока АЭС, но никоим образом не зависит от причин неправильных действий оперативного персонала. Если любое государство решило построить у себя и эксплуатировать хотя бы один блок АЭС, то все в этой стране, - начиная от президента страны и кончая последним обходчиком на АЭС, - должны как 2 2=4 уяснить себе одну простую, но абсолютную истину: блок АЭС - потенциально опасная сложная технологическая система, действующая по своим природным принципам и законам, которые не может ни изменить, ни отменить ни один человек в мире, какую бы высокую должность он ни занимал. Законы эти надо знать, понимать и выполнять безусловно.
Кажется достаточно очевидным, что в принятом INSAG определении: Культура Безопасности - это такой набор характеристик и особенностей деятельности организаций и поведения отдельных лиц, который устанавливает, что проблемам безопасности АС, как обладающим высшим приоритетом, уделяется внимание, определяемое их значимостью, - "высший приоритет" и заключается в признании этой абсолютной истины на всех, - без исключения, - иерархических уровнях управления в государстве.
3. Нарушения принципов и законов действия блока АЭС, увеличивающие вероятность выброса радиоактивных продуктов в окружающую среду.
1. Технологическое несовершенство проектирования и изготовления оборудования реакторной установки блока АЭС. Примером может служить несовершенная технология изготовления герметичных оболочек ТВЭЛ тепловыделяющих сборок реактора первого блока НВ АЭС. Из-за наличия множества микротрещин в герметичных оболочках ТВЭЛ все газообразные радиоактивные продукты деления урана выходили в теплоноситель 1-го контура. С продувкой 1-го контура эти радиоактивные газы распространялись по всему тракту продувки и ее очистки, так что на щите спецводоочистки (ЩСВО) газовая активность увеличивалась до 1500 ПДК и оперативный персонал вынужден был работать там в герметичных защитных костюмах. Даже на БЩУ, расположенном в "чистой зоне", иногда газовая активность поднималась до 6ПДК. Разумеется, весь этот радиоактивный газ в конечном счете попадал в окружающую среду. Для сравнения интересно отметить, что на 5-ом блоке-"миллионнике" НВ АЭС, введенном в эксплуатацию в 1980 г., наличие микротрещин в герметичных оболочках ТВЭЛ отмечается в единичных случаях, а увеличение газовой активности до 17-20ПДК в боксе ПГ - ГЦН (внутри герметичной оболочки реакторной установки) свидетельствует о наличии видимого парового свища на оборудовании 1-го контура.
2. Возникновение не управляемой цепной реакции в активной зоне реактора при условии +Δρа.з. ≥β. Хотя, как указывалось выше, ядерных взрывов активной зоны реактора при этом не происходит, но мощность паровых взрывов при этом настолько велика, что реактор разрушается и все радиоактивные продукты деления урана, накопленные в активной зоне в процессе работы реактора, выбрасываются в окружающую среду. Это особенно опасно в связи с попаданием твердых радиоактивных продуктов деления урана в почву, а оттуда по пищевым цепочкам внутрь человека, что приведет к внутреннему облучению людей с непредсказуемыми мутациями на генетическом уровне.
3. Недостаточный расход теплоносителя через активную зону реактора при некоторой постоянной мощности реактора. По нарушениям технологического режима работы реакторной установки эта ситуация соответствует также превышению допустимой мощности реактора при некотором постоянном расходе теплоносителя через активную зону реактора. Классическим примером такого случая является аварийная ситуация на первом блоке НВ АЭС в 1968 г., не отраженная в [1]. После обрыва шпилек и падения вниз защитного экрана в корпусе реактора заместитель начальника смены (ЗНС) Бедринов Е.П. аварийно остановил реактор по фактору скачкообразного увеличения перепада давления теплоносителя на реакторе. Однако, вызванный ЗНС Бедриновым на БЩУ главный инженер НВ АЭС, совершенно не разобравшись в реальной ситуации на блоке, отстранил ЗНС Бедринова от работы и приказал старшему инженеру-оператору (СИО) пускать и нагружать реактор. Поскольку расход теплоносителя через активную зону реактора был существенно уменьшен (задросселирован) упавшим экраном, то при превышении ограниченной этим расходом допустимой мощности реактора наиболее напряженная тепловыделяющая сборка в активной зоне была разрушена полностью (в наличии остались только головка и хвостовик кассеты из нержавеющей стали). В теплоноситель 1-го контура попали не только радиоактивные продукты деления урана, но и весь облученный уран разрушенной топливной сборки.
4. Частичное или полное осушение активной зоны реактора. Классическим примером этого случая является авария в США на втором блоке АЭС "Three Mile Island" (ТМА-2) в 1979 г. Подробное описание этой аварии приведено в [1], но следует отметить, что несмотря на разрушение (расплавление) большей части активной зоны реактора и выход большого количества радиоактивных продуктов с теплоносителем 1-го контура непосредственно в герметичную оболочку (ГО) реакторной установки, утечка радиоактивных продуктов за пределы ГО была незначительной.