Озёрный характер
Почему атомные реакторы селятся у воды? Объясняем
Есть такая байка: «атомные» предприятия – не только электростанции, но любые предприятия с ядерными реакторами – всегда, с самого начала «атомной» эры в СССР, строили около водоёмов для того, чтобы в случае чего их можно было... затопить. Ну, ведь атомная отрасль рождалась во время холодной войны, когда страна ждала нападения, – и если бахнет прям в реактор, его можно было бы потушить соседним озером. К тому же сам по себе ядерный реактор был тогда штукой непонятной – мало ли, как он закапризничает...
На самом деле всё это, конечно, тут совсем ни при чём – хотя большие реакторы и впрямь стоят близи воды. Объясняем, почему.
Зачем реактору вода
Всё просто – для охлаждения. Атомный реактор в процессе деления ядер урана выделяет огромное количество тепловой энергии. И это тепло необходимо непрерывно отводить, чтобы активная зона не перегрелась и не расплавилась. Собственно, принцип электростанций на этом и построен: именно это тепло превращает воду в пар, который крутит турбину. В так называемых промышленных атомных реакторах (тех, что строили для наработки оружейного плутония) тепло было побочным продуктом – но меньше его от этого не становилось.
Атомный реактор обычно охлаждается именно водой, которая ещё и замедляет нейтроны, поддерживая цепную реакцию (наши БНы охлаждает натрий, а замедлителя в них нет – но потому они и необычные). Но это не проточная вода из реки или озера – её специально готовят, очищают и фильтруют. А потом – закрывают в замкнутый контур: она ниоткуда не втекает и никуда не вытекает, а циркулирует по кругу. Ведь вода, которая напрямую соприкасается с топливными элементами, омывая сборки, становится радиоактивной, и выпускать её в окружающую среду, мягко говоря, неэкологично. Да и неэффективно – зачем, если новую воду нужно будет заново готовить? То есть вода для охлаждения реактора – это её определённый объём, который периодически меняется, но не требует постоянного активного пополнения. Водоём для этого не нужен.
Но эту воду нужно, в свою очередь, тоже как-то охлаждать. В промышленных реакторах – просто чтобы она остыла. А на атомных станциях это и есть главный принцип работы: нагретая в реакторе вода – это теплоноситель. Раньше, в реакторах старого типа, она сама превращалась в парогенераторе в пар, крутила турбину и в конденсаторе превращалась обратно в воду. Сейчас есть отдельный, второй контур, так что в парогенератор вода идёт уже чистая. Вода первого контура – из реактора – напрямую с водой второго контура никогда не соприкасается. На современных атомных предприятиях существует масса систем безопасности, которые такую возможность предотвращают.
И вот тут-то, в конденсаторе воду и охлаждают – остаток её тепла сбрасывается в окружающую среду. Есть разные варианты охлаждения – и чаще всего это именно большие водоёмы.
Один вариант – прямоточный. Воду берут из реки, озёра, созданного специально для этого водохранилища или даже моря, прогоняют через теплообменники и сбрасывают обратно. Именно так появился «тёплый» сброс Белоярской АЭС, где у нас живёт рыбхозяйство. В таком варианте, впрочем, есть недостаток – зависимость от погоды. Это у нас на Урале прохладно, а вот во Франции в 2003, 2006, 2015, 2018 и 2019 годах стояла аномальная жара, и АЭС были вынуждены снижать мощность, чтобы не перегревать реки.
Другой вариант – оборотная, или замкнутая система с искусственным водоёмом-охладителем. Это замкнутый цикл, где вода циркулирует, постепенно испаряясь. Пример – Балаковская АЭС, где охладитель – это изолированный водоём, когда-то часть Волги. В нём, кстати и рыбу ловят, и купаются – хотя, как и в нашем Белоярском водохранилище, как бы нельзя, ибо водоём технический, но вода-то в нём чистая.
Ещё вариант – брызгальный бассейн: это открытый резервуар глубиной чуть меньше 2 метров с «фонтанчиками», которые довольно эффективно охлаждают воду. Такие есть, например, на 1 блоке Ленинградской АЭС.
Впрочем, нынешнее российское законодательство водоёмы не приветствует: по современным нормам охлаждать реакторы из открытых водных источников нельзя. Альтернатива – градирни: в них происходит теплообмен между водой и воздухом – такие есть на Курской АЭС-2 и именно такую построят в Заречном для 5 блока БАЭС. А ещё бывают вентиляторные градирни, где для усиления эффекта воздух нагнетается вентиляторами – такие стоят на Смоленской и Ростовской АЭС. Кроме того, градирни позволяют не привязывать атомные предприятия к водоёму – что делает их географию более гибкой.
Что будет, если реактор затопить?
Если кратко – ничего хорошего. С окружающей средой будут напрямую контактировать радиоактивные вещества – топливо, вода первого контура, реакторное оборудование. Произойдёт радиоактивное заражение. Учитывая, что в воде металл со временем разрушается, этих веществ будет утекать всё больше и больше. Кроме того, даже остановленный реактор и сопутствующее оборудование необходимо контролировать – а под водой делать это невозможно.
Вообще в советское время затопить реактор действительно считалось относительно безопасным делом. С реакторами отработавших свой срок (или сломавшихся) подводных лодок нередко именно так и делали. Во-первых, потому что к вопросам экологии в СССР относились не то чтобы трепетно, и ради прогресса ими жертвовали. А во-вторых, технологии безопасного хранения и переработки ядерного топлива появились куда позже технологий его создания и эксплуатации – «правильного» алгоритма утилизации любых радиоактивных веществ тогда просто не существовало.
Сейчас обе эти причины несостоятельны. Экологические требования законодательства строги, тем более к атомной отрасли, да и общество относится к экологии ответственно. Технологии обращения с радиоактивными веществами – есть и развиваются.
Однако даже в СССР расчёта на то, чтобы стационарный наземный реактор можно было затопить при необходимости, не было. Потому что затопление работающего реактора, пусть даже в нём что-то пошло не так, может привести только к более тяжёлому исходу. Так, если вода попадёт на раскалённые элементы реакторной зоны, вероятнее всего, вода распадётся на водород и кислород, получится гремучий газ, и будет взрыв. Или произойдёт взрыв пара, когда вода мгновенно превратится в пар под высоким давлением. А взрыв прямо у ядерного реактора это не та перспектива, к которой хочется стремиться.
А топить остановленный реактор – зачем?.. «Спрятать» атомное предприятие – это как спрятать любой большой завод: проще снести, нежели чем-то прикрыть. Если уж прятать, то лучше, например, строить в скале – именно так построен Горно-химический комбинат в Железногорске. Или маскировать под обычные здания – именно так строили первую в мире АЭС в Обнинске, внешне похожую на трёхэтажный дом контор.
Реальная география
Таким образом место расположения предприятий с атомными реакторами действительно выбирали около воды – но это не единственный фактор выбора.
Второй важный момент – максимальное спокойствие окружающей среды: в выбранном месте не должно быть землетрясений, наводнений, оползней и прочих погодно-природных встрясок. Лучшая основа – монолитная скала, как у нас!
И третий – человеческая логика. В начале «атомной» эры наиважнейшей была секретность. Именно так выбрали Урал: за годы Великой Отечественной войны он стал индустриальным центром страны со множеством стратегических заводов и высококлассных специалистов. Плюс к тому, Урал – далеко от всех границ (так что добраться до него сложно) и далеко от Москвы (так что если что случится, ни столицу, ни густонаселённые регионы не заденет). Сыграла роль и лесная глушь: в уральской тайге можно спрятать что угодно. К тому же, надо было не просто чтобы предприятие было сложно найти, но ещё и чтобы его сотрудники по минимуму контактировали с внешним миром. В уральской тайге обеспечить это не так сложно.
Площадку для завода № 817 (теперь это «Маяк» в челябинском Озёрске) с первым промышленным реактором – будущей «Аннушкой» - выбирали с лета 1945 года. Критериями были удалённость от крупных городов, много воды и близость железной дороги. Присмотреть место правительство СССР поручило Авраамию Завенягину, который возглавлял в НКВД строительство крупнейших предприятий тяжёлой промышленности. В районе Кыштыма он бывал ещё в 1937-м, и тогда ему очень понравились местные горы и озёра. А последний довод привёл Игорь Курчатов: он доказывал, что если завод будет стоять в озёрной полосе Урала, где много похожих водоёмов, можно обмануть воздушную разведку противника – и ему поверили. Так родился Озёрск. Здесь нарабатывали плутоний для бомбы.
Вскоре на Урале появилось ещё два «атомных» города. На двух других заводах получали уран разными – конкурирующими – способами. На заводе №813 (УЭХК в Новоуральске) – газодиффузионным. Этот завод, кстати, построили на законсервированной стройплощадке авиационного завода – для экономии времени строительства. На заводе №814 (ЭХП в Лесном) – электромагнитным. Потом появились Приборостроительный завод в Трёхгорном и ВНИИТФ в Снежинске – к концу 1950-х получился полный комплекс предприятий и организаций по производству ядерного оружия. А в 1964-м здесь же заработала первая в стране мирная АЭС – Белоярская.
Через пару десятилетий для географии важнее стала не секретность, а экономическая обоснованность. Так, например, АЭС строили исходя из того, какой регион нуждается в электроэнергии. В 1970 году за место строительства новой АЭС конкурировали 12 областей центральной России и Москва. Выбирали уже не только исходя из стабильности горных пород и наличия водоёмов, но и мощностей по производству стройматериалов, железной и автомобильной дорог. Так появилась Калининская АЭС.
Дальше – больше
Сейчас точки для строительства АЭС выбирают по сочетанию факторов. Например, для Белорусской АЭС выбрали город Островец по пяти критериям: природные и техногенные факторы, социально–экономические соображения, экология и безопасность населения, а также общественное мнение. Отдельно смотрели, чтобы на месте будущей АЭС не было залежей полезных ископаемых.
В Турции место для АЭС Аккую (переводится, кстати, как «белый колодец», или «чистый источник») выбрали ещё в 1974 году – город Мерсин. Тут к критериям добавили отсутствие заповедников, туристических маршрутов, памятников культурного наследия и воздушного трафика. Тогда место исследовали два года и сочли пригодным, но планы строительства отодвинулись. Но в итоге выбор оказался верным: одним из главных условий тогда была низкая сейсмичность района, и землетрясение в Турции 2023 года Мерсин не затронуло.
Атомные реакторы и вода — союз, скреплённый физикой. Не для маскировки, не для затопления, а ради равновесия. А от времён, когда «атомные города» прятали в тайге, в наследство нам остались красивейшие пейзажи, которые мы любим и которыми гордимся.
Алиса Мучник