Предвестники трагедии на Перевале Дятлова

Борьба за выживаемость

Проблема очистки воздуха от газообразных радиоактивных выбросов

Как только союзники США и СССР научились получать обогащенный уран и построили ядерные реакторы, перед ними встала задача особой важности — утилизация твердых, жидких и газообразных радиоактивных отходов (РАО). Вначале к этой проблеме относились несерьезно. Реакторы были недостаточно защищены, а работники предприятий плохо обучены и подготовлены к работе с радиоактивными веществами, оказывающими пагубное влияние на их здоровье. Но что самое важное — воздействию радиации подвергались люди, жившие недалеко от заводов по производству и радиохимической переработке ядерного топлива. Они были незнакомы с мерами безопасности, поэтому смертность жителей ближайших населенных пунктов от радиоактивного облучения стремительно росла.

Жидкие радиоактивные отходы (РАО) выливали в реки, моря и озера, твердые РАО помещали в огромные бочки из бетона и закапывали в землю на большую глубину, хоронили в скальных породах, надеясь, что когда-то другие ученые придумают способ как их уничтожить или использовать повторно. Ученые США и СССР для решения главной проблемы — утилизации РАО предлагали иногда совсем крайние варианты. Например, твердые отходы отправляли на необитаемые острова и опускали на океаническое дно.

Специалисты ВНИИНМ предлагали помещать РАО в специальные защитные контейнеры и проводить их захоронение в глубоких слоях Земли. Идея была основана на том, что радионуклиды при распаде выделяют теплоту, поэтому при хранении необходимо постоянно их охлаждать. Однако, можно не охлаждать контейнер с РАО, тогда выделяющаяся теплота разогреет контейнер, находящийся в подземном хранилище, до такой температуры, что окружающая порода будет расплавляться, и контейнер будет постепенно погружаться в глубь Земли. На первый взгляд это безумный проект, но расчеты серьезных ученых показывали его техническую осуществимость.

Другая безумная идея была предложена специалистами НПО «Энергия» и в частности П.Л. Капицей, она заключалась в захоронении РАО в космическом пространстве. С этой целью в ракету предлагали загрузить контейнер с отвержденными РАО и отправить его в выбранную точку космического пространства, где РАО будут находиться бесконечно долго, пока не произойдет распад радионуклидов. Чтобы обеспечить радиационную безопасность на старте, на случай вероятного взрыва ракеты, РАО хотели поместить в прочный защитный контейнер с несколькими оболочками, которые должны будут выдержать этот взрыв. Однако, возник закономерный экономический вопрос: сколько придется отправлять ракет и во что обойдется такое космическое захоронение РАО? Расчетами обосновать экономическую целесообразность этой идеи не смогли.

Особенно сложно решаемой для ядерных предприятий была проблема очистки воздуха от газообразных РАО, образующиеся при эксплуатации ядерных реакторов и предприятий ядерно-топливного цикла во время радиохимических исследований, при обработке жидких РАО и т.д. Особенностью газовых выбросов является наличие в них высокодисперсных аэрозолей. Какими бы высокими не были трубы, радиоактивные выбросы в виде аэрозолей без предварительной высококачественной очистки (даже если они рассеиваются в атмосфере путем механического переноса воздушными течениями), все равно постепенно оседают и загрязняют приземистый слой атмосферы. Особенно опасны для обслуживающего персонала и населения газовые выбросы, содержащие мельчайшие радиоактивные частицы: йод, рутений, тритий, углерод, криптон, ксенон.

В СССР проблема образования в технологических процессах ядерных предприятий и установок радиоактивных аэрозолей и газов, их выделение из аппаратов в атмосферу впервые возникла в 1946 году.

С этого времени на предприятиях атомной промышленности начали проводить разные технические мероприятия по очистке выбросов из труб. Вначале для того, чтобы уменьшить объем загрязненного воздуха, строили разделенные вентиляционные системы, помещения продувались большим объемом воздуха.

Однако, эффективность таких мероприятий была очень низкой, поэтому ведущим институтам СССР было поручено срочно провести исследования и разработать средства очистки от газовых выбросов радиоактивных аэрозолей. Но поставленная задача была очень сложной и даже в период пуска комбината № 817 («Маяк») удаление газообразных радиоактивных выбросов в атмосферу проводилось бесконтрольно через высокие трубы. И только на радиохимическом заводе в узле растворения облученных урановых блоков для улавливания радиойода-131 и радиоактивных аэрозолей были установлены низкоэффективные ловушки и газоочистные аппараты.

Особенно катастрофической была ситуация во время аварий, часто происходивших на «Маяке» и при неблагоприятных метеоусловиях. В таких случаях дозовые нагрузки в населенных пунктах значительно превышали допустимые уровни.

Неблагоприятными метеоусловиями, как было отмечено выше, являются условия, при которых температура воздуха в атмосфере с высотой не изменяется или даже температура воздуха с высотой растет (инверсия).

Вертикальное движение воздуха в атмосфере подавляется, возникает вертикальная устойчивость, при которой выбросы, поднявшиеся немного в атмосферу, при штиле находятся вблизи места выброса, или со слабыми потоками воздуха стелются по земле. Такие условия, особенно при мощных зимних инверсиях температуры, сохраняемых даже в дневное время, являются самыми экологически опасными.

Начиная с декабря 1948 г. на радиохимическом заводе ПО Маяк для улавливания радиоактивных частиц йода (I-131) были установлены силикагелевые колонны с азотнокислым серебром. Срок службы одной колонны составлял от 3-х до 6-ти месяцев. Коэффициент очистки силикагелевых колонн за время эксплуатации снижался с 370 до 4, поэтому не позже чем через 6 месяцев эксплуатации сорбент необходимо было срочно менять. На многих технологических и вентиляционных сдувках газоочистное оборудование вовсе отсутствовало, сброс осуществляли в атмосферу без очистки через высотные трубы.

Вследствие отсутствия систем газоочистки, в воздух над территорией завода выбрасывалось огромное количество радионуклидов. При низком состоянии дозиметрии и уровне знаний о последствиях загрязнения окружающей среды никто не задавался целью немедленно организовать очистку газовых выбросов. В результате в первые годы освоения атомного производства, когда на радиохимическом заводе ПО «Маяк» произошло много серьезных аварий с выбросом радиоактивных газов, из-за переоблучения погибло много людей.

Такая ситуация сохранялась до середины 1951 г., когда на технологических сдувках радиохимического завода, на предприятиях и в институтах атомной отрасли началось внедрение суперосадителя тонких аэрозолей — мультициклона «Сотар», который в 1947 году был разработан учеными из ГОСНИИ-404 А.Я. Коганом и А.С. Шестаковым для очистки газа от полидисперсных радиоактивных аэрозолей. В основу работы установки «Сотар» был положен принцип укрупнения улавливаемых высокодисперсных частиц за счет конденсации на них водяного пара с последующей сепарацией с помощью мультициклона. Проектная эффективность очистки этой установки была заложена – более 98÷99%, но в реальных условиях она достигала максимум 80% и была даже ниже 56%, что являлось недопустимым для использования ее при размере радиоактивных частиц менее 1 мкм, поэтому для безопасности и беспрерывности работы предприятия требовалось ее усовершенствование или разработка других, более эффективных установок.

В условиях радиохимического производства в 1951-1953 гг. «Сотары» выполняли роль аппаратов предварительной очистки газов и были установлены только на аппаратах-растворителях после дефлегматоров, в которых отделялись наиболее крупные брызги раствора. Обычно, после «Сотаров» стояли стекловолокнистые фильтры для грубой и тонкой очистки, сбросы, перед поступлением его на силикагелевые колонны, направлялись на подогреватели газа.

Постоянный контроль за уровнем радионуклидов в воздухе предприятия проводился только в рабочих помещениях. На некоторых участках радиохимического и химико-металлургического заводов радиоактивность воздуха в рабочей зоне составляла сотни и тысячи доз при норме 10^-14 Ки/л воздуха. Никакого контроля за состоянием загрязненности атмосферы и территории за пределами цехов не проводилось.

Недооценка опасности выброса радионуклидов в первые годы работы атомной промышленности была характерна также для США, и даже в большей степени, чем для СССР. Так, население проживающее в «розе ветров» завода в Ханфорде, по данным Минэнергетики США от выбросов радиоактивных веществ в атмосферу в 1944—1955 гг. получило дозовую нагрузку на порядок большую, чем население вблизи Чернобыля в 1986 году.

Ранние профессиональные заболевания персонала предприятия заставили Министерство среднего машиностроения и руководство предприятия принимать меры по снижению загрязненности помещений и окружающей среды. Комплексное изучение окружающей среды началось в 1952 г. комиссией академика А.П. Александрова и группой внешней дозиметрии ЦЗЛ, руководимой Д.И. Ильиным. В 1952—1955 гг. изучалось содержание радиоактивных веществ не только в атмосфере, но и в снежном покрове, верхних слоях почвы. Первые итоги этой большой работы подводились в июне 1956 г. на медико-биологической секции научно-технического совета Министерства.

Специалисты пришли к выводу, что заводами комбината выбрасывается недопустимо много радиоактивных газов и аэрозолей. Содержание их в воздухе превышало предельно допустимую концентрацию в десятки раз. Через органы дыхания и с продуктами питания радиоактивные вещества попадали внутрь организма жителей Челябинска—40 (Озерска) и прилегающих населенных пунктов. В июне 1956 г. медико- биологическая комиссия предложила программу, предусматривающую жесткий контроль за содержанием радиоактивных веществ в атмосфере.

По рекомендации секции была определена дислокация постов непрерывного контроля состояния атмосферы в радиусе 150 км от промплощадки. Были установлены десятки планшетов, покрытых марлей, на территории Челябинска-40 (Озерска). Каждую неделю марлю на планшетах меняли и по почте отправляли в ЦЗЛ на анализ.

Важным шагом в реализации программы оздоровления атмосферы и местности в районе комбината стали результаты работы группы ученых Института прикладной геофизики АН СССР во главе с Е.Н. Теверовским, который в сороковых годах в качестве военного топографа участвовал в выборе площадки для строительства комбината «Маяк». Метеорологи подполковника Е.Н. Теверовского составляли карты «розы ветров» этого региона. В 1956 г. под его руководством работниками комбината была определена загрязненность радиоактивными веществами очень большой территории. Для этой работы военно-воздушные войска по просьбе Министерства среднего машиностроения выделили два самолета ЛИ-2. Один из них был оснащен оборудованием для проведения гамма-съемки местности, другой был оснащен оборудованием для забора проб воздуха.

В ходе этих экспедиций были проведены гамма—съемки 2 районов площадью 100х100 км и 200х200 км, а также съемка вдоль рек Теча, Исеть, Тобол на расстоянии 450 км. Результаты проведенных исследований показали, что весь район, расположенный к востоку и северу от комбината, имеет повышенный радиационный фон, в три раза выше естественного. К югу и юго-западу радиоактивного загрязнения обнаружено не было. Итоги двух экспедиций заставили руководство комбината установить регулярный контроль за распространением активных веществ и организовать научно- исследовательские работы по изучению мощности радиоактивных выбросов в атмосферу во времени.

После того, как были выявлены серьезные недостатки в вопросе экологической зашиты атмосферы, Министерство среднего машиностроения вынуждено было срочно принимать жесткие меры по решению вопроса об очистке выбрасываемого «грязного» воздуха в окружающую среду.

В период 1948-1958 гг. в различных подразделениях предприятия пытались оценить мощность атмосферных выбросов. Эти измерения имели эпизодический характер, а вопрос о достоверности и представительности полученных результатов требовал дополнительного изучения. Регулярный экспериментальный контроль мощности выброса радионуклидов в атмосферу был организован только в середине 60-х гг.

Самые мощные неконтролируемые выбросы радиоактивных газов происходили во время остановки или аварий реактора, поэтому способ изоляции в оболочку выбрасываемого «грязного» воздуха оставался наиболее эффективным…

Атомная катастрофа СССР 1957 года

Осенью 1957 года в засекреченном уральском городе Челябинск-40 (позже Озерск) произошла атомная катастрофа. Радиоактивное облако накрыло площадь в 20 тысяч квадратных километров. Часть территории закрыта до сих пор. О том, что на самом деле привело к катастрофе долгое время скрывалось, но и сегодня причина радиационного заражения огромной территории полностью все еще не открыта.

По официальной версии мощный взрыв на хранилище высокоактивных жидких отходов произошел из-за неисправности контрольно-измерительных приборов, в оставшейся без охлаждения «банке» повысилась температура, раствор испарился, оставив около 80 тонн смеси сухих нитратно-ацетатных солей. Мощность взрыва составила 50 тонн тротила. В результате взрыва в окружающую среду было выброшено 20 млн. Ки радиоактивности. Индекс опасности ТРАО, хранящихся в могильниках — 4- 5 баллов. Позже, в Академии химзащиты ученые доказывали, что при нагревании такая смесь взрывается не хуже черного пороха, но взрыв мог произойти и в другом месте и по другой причине.

Погодные условия 29.09.1957

В воскресенье 29 сентября 1957 года, в 16 часов 22 минуты по местному времени (или 14 часов 22 минуты по Москве, или 11 часов 22 минуты по UTC — Всемирное координированное время) в «Сороковке» (закрытый город Челябинск-40, позже Челябинск-65, ныне Озерск) было тепло и солнечно, дул теплый юго-западный ветер. На стадионе проходил футбольный матч между командами двух секретных заводов.

Дул ровный юго-западный ветер. Это обстоятельство после будет иметь немаловажное значение. Зрители на трибунах не обратили бы внимания на гулкий звук со стороны завода, если бы через несколько секунд оттуда не показался столб пыли и дыма, по форме напоминающий факел. В наступивших позже сумерках этот дым стал светиться… Через несколько дней газета «Известия» опубликовала заметку о необычном природном явлении на Среднем Урале, похожем на полярное сияние.

«В прошлое воскресенье вечером… многие челябинцы наблюдали особое свечение звёздного неба. Это довольно редкое в наших широтах свечение имело все признаки полярного сияния. Интенсивное красное, временами переходящее в слабо-розовое и светло- голубое свечение вначале охватывало значительную часть юго-западной и северо-восточной поверхности небосклона. Около 11 часов его можно было наблюдать в северо-западном направлении…
На фоне неба появлялись сравнительно большие окрашенные области и временами спокойные полосы, имевшие на последней стадии сияния меридиональное направление.
Изучение природы полярных сияний, начатое ещё Ломоносовым, продолжается и в наши дни. В современной науке нашла подтверждение основная мысль Ломоносова, что полярное сияние возникает в верхних слоях атмосферы в результате электрических разрядов… Полярные сияния… можно будет наблюдать и в дальнейшем на широтах Южного Урала.»

Это «сияние», а по сути — облако радиоактивной пыли, подгоняемое тем самым юго-западным ветром, со скоростью асфальтоукладочного катка — 30 километров в час — двинулось через промплощадку, строящийся радиохимический завод, пожарную часть, военный городок и лагерь для заключенных в сторону города Каменска-Уральского. Территория, которую накрыло радиоактивное облако, получила название ВУРС (Восточно- уральский радиоактивный след). ВУРС занимает площадь 200 тысяч квадратных километров в длину «пятно» достигает 105 километров, а в ширину 8-10. На этой территории было 23 населенных пункта.

Затемно прибыли дозиметристы химкомбината и объявили срочную эвакуацию части персонала и солдат-строителей, работавших на возведении промышленных объектов.

После эвакуации провели санитарную обработку, всем приказали вымыться и переодеться в чистую одежду. Но как правильно это делать, толком не разъяснили. Стараясь смыть с тела «невидимую грязь», люди в жарко натопленных банях терли себя мочалками, загоняя глубоко под кожу радиоактивную пыль…

В первые часы после аварии на «Маяке» люди, оказавшиеся недалеко от эпицентра, стали свидетелями еще одного очень странного явления: внезапно пошел странный снег — с неба посыпались белесые хлопья и, не тая, устилали землю, крыши, липли к стенам, оседали на лица людей… Радиоактивный «снегопад» продолжался целые сутки.

Радиоактивность снега

В 20-ых годах И.В. Курчатов изучал радиоактивные вещества в осадках. В Магнитно-метеорологической обсерватории в Слуцке он сделал 25 исследований вместе с профессором В.Н. Оболенским, физиком П.Н. Тверским, старшим физиком Н.Н. Калитиным и адъюнктом Г.Н. Калитиной, которые при выполнении исследований, помогали молодому ученому своими указаниями и некоторыми приборами.

В 1925 году в журнале геофизики и метеорологии № 1-2. С. 17-32. была опубликована статья Курчатова «К вопросу о радиоактивности снега. » где он написал:

«В 1902 г. Вильсоном было обнаружено, что свежевыпавший дождь радиоактивен. Вильсон исследовал вопрос, выпаривая дождевую воду, взятую в количестве 50 см3, и подвергая оставшийся осадок исследованию в камере с электроскопом (т.е. пользуясь для определения радиоактивности α-излучением). Несколько позднее, в 1903 г., была обнаружена также и радиоактивность снега. Наблюдения первых исследователей показали, что в течение 30 мин активность осадка падает до половины своего начального значения и исчезает совершенно в несколько часов…

Результаты новых исследований в общем согласны с прежде полученными, но некоторым ученым удалось проследить радиоактивность в течение гораздо большего промежутка времени — в течение нескольких десятков часов. Были получены и еще некоторые интересные положения; например, было обнаружено, что при длительном выпадении осадков активность их постепенно падала, что хорошо согласуется и является необходимым следствием общепринятой теперь гипотезы происхождения их радиоактивности, выдвинутой еще первыми исследователями этого вопроса.

Радиоактивность осадков вызывается, по этой гипотезе, тем, что падающие капли и хлопья захватывают и увлекают с собой вниз подвешенные в атмосфере радиоактивные частицы. Кроме прямых наблюдений над содержанием активных веществ в осадках (эманации в них нет), кроме уменьшения степени активности по мере выпадания гидрометеоритов в пользу этой теории говорят исследования Аллена и Леннана над радиоактивностью атмосферы. Леннан обнаружил уменьшение содержания активных веществ в атмосфере после дождя и снега по сравнению с нормальным их состоянием; Аллен же в подтверждение гипотезы произвел своего рода эксперимент: им активировалась проволока около Ниагары и в соседнем городке, и оказалось, что в последнем содержание активных веществ в воздухе было в 5 раз больше, чем около Ниагары, где брызги значительную часть их увлекли из воздуха….»

В подтверждение этим исследованиям Георгии и Вебер в 1964 году обнаружили, что в снеге содержится в 1, 7— 2, 9 раза больше аммония, нитратов, сульфатов и других ионов по сравнению с дождевой водой. Считая, что оба вида осадков внутри облака находились в виде снега, они заключили отсюда, что снег очищает подоблачный слой атмосферы от этих частиц лучше дождя. Сравнимые результаты по радиоактивным изотопам были получены Перкинсом и Энгельманном в 1966 году. В работе Махонько, Малахова, Нехорошевой в 1965г. при снегопаде с ростом интенсивности осадков наблюдалось более быстрое, чем в случае дождя, уменьшение отношения концентрации продуктов ядерных взрывов в осадках к концентрации в воздухе, т. е. снегопад очищает атмосферу заметно лучше, чем дождь.

Проблема очистки газовых выбросов

Газообразные радиоактивные отходы (ГРАО), выделяющиеся при работе реактора и радиохимического завода, состоят из смеси короткоживущих радиоактивных инертных газов — Kr-85, Xe-135, Ar-40 и более опасных аэрозолей долгоживущих радиоактивных элементов, включающих I-31, Sr-90, Cs-137.

В связи с этим, особенно важной задачей для руководства радиохимического завода было создание эффективной вентиляции производственных помещений. Уже на первых этапах его работы было известно, что для снижения количества особо опасного I-131, содержащегося в облученных блочках и имеющего период полураспада примерно 8 дней, их обязательно надо выдерживать под слоем воды. Но этого было недостаточно — хотя за время выдержки активность снижалась в 15- 30 раз, полный распад этого радионуклида произойти не успевал.

Для снижения концентрации I- 131 в 1 000 раз, облученный уран должен был выдерживаться под слоем воды в течение 120- 140 дней. За это время общая активность наработанной смеси радионуклидов снижалась бы в сотни раз. Однако руководители проекта создания советской атомной бомбы сочли этот процесс слишком продолжительным для тех темпов, которыми велись работы. Поэтому было решено образующиеся радиоактивные газы выпускать в атмосферу через высокие вентиляционные трубы. Предварительные расчеты показали, что такого разбавления радиоактивных газов свежим воздухом должно быть достаточно. А проверялись расчеты уже самой жизнью…

Промышленные реакторы и радиохимический завод оснащены трубами, высота которых достигает 150 м. Это позволяло рассеивать ГРАО далеко за пределы промзоны » Маяка». Однако совсем они не исчезали, а разносились ветрами — преимущественно в восточном направлении — где оседали на поверхность земли и водоемов. (Ларин В. И. Комбинат «Маяк» — проблема на века.)

Проблема полной очистки воздуха от ГРАО в 1957 году была неразрешенной, в НИИ-9 (ВНИИНМ) в были организованы 120-й отдел, который осуществлял разработку и координацию работ по очистке газообразных выбросов от аэрозолей, йода и инертных благородных газов и лаборатория радиоактивных аэрозолей и газов, перед которой была поставлена задача разработки эффективных методов очистки от радионуклидов сбросных газов.

В 1957 году научным руководителем по очистке газовых выбросов от аэрозолей и председателем Аэрозольной комиссии при НТС МСМ был профессор И.В. Петрянов.

Будучи студентом МГУ, Игорь Петрянов еще в 1929 г. поступил на работу в Физико-химический институт имени Л. Я. Карпова, где начал работать в лаборатории по изучению физико-химических свойств аэрозолей. Началом его работы было участие в большом цикле исследований по определению электрических свойств аэрозольных систем. В начале 1937 г. Н. А. Фукс, И. В. Петрянов и Н. Д. Розенблюм открыли способ получения ультратонких полимерных волокон диаметром около 10— 30 мкм из раствора нитроцеллюлозы в ацетоне.

В момент открытия ультратонких волокон И. В. Петрянов находился около установки, из которой потянулась белая нить. Она оседала на стульях, столе, руках, одежде экспериментатора. Наталья Розенблюм, войдя в комнату, воскликнула: «Игорь, ты весь в паутине!». Вслед за этим появился заведующий лаборатории Н. А. Фукс. Открытие тонких волокон состоялось!

22 апреля 1937 г. руководитель лаборатории Н. А. Фукс был арестован по ложному доносу уборщицы лаборатории и попал в ГУЛАГ, а И. В. Петрянов, став заведующим лаборатории аэрозолей, продолжил заниматься исследованием электрохимических свойств аэрозольных систем, затем много лет работал по совершенствованию метода получения сверхтонких волокон. При участии Петрянова была создана специальная отрасль промышленности изготовления высокоэффективных фильтрующих материалов, широко известных под названием «Фильтры Петрянова».

На основе полученного Петряновым материала был создан новый вид индивидуальных средств защиты органов дыхания — респиратор » Лепесток- 200″, который нашел широкое применение на комбинате и позволил сохранить здоровье многим работникам предприятия, а некоторым и жизнь. Важно также то, что на основе материалов «Ф. П.» были внедрены аналитические фильтры для отбора проб аэрозолей. Дозиметристы страны получили надежные методики по контролю содержания радиоактивных аэрозолей в производственных помещениях и вентсистемах.

До внедрения аналитических фильтров с тканью Петрянова по существу контроля загрязненности воздуха в производственных помещениях не было, так как пробоотборные устройства (барбатеры с водой, щелочью, кислотой, тампоны из ваты или из стекловолокна с неопределенной плотностью набивки) имели низкую эффективность улавливания аэрозолей, были сложны в обслуживании и не давали стабильных результатов.

Для улавливания аэрозолей с жидкой дисперсной фазой из технологических сдувок были разработаны фильтры грубой и тонкой очистки из стекловолокна, работающие в режиме самоочищения. Внедрение этих разработок на порядок сократило выбросы из технологических аппаратов. В разработке таких фильтров советские ученые на 10 лет опередили газоочистников Запада и США.

Одним из самых больших достижений Петрянова было внедрение в 60-ых годах на реакторных заводах проточных газгольдеров с фильтрами из материала ФП, позволившими снизить количество выбросов короткоживущих радионуклидов в 10-15 раз. Позже им были внедрены также непроточные металлические емкости — газгольдеры, куда радиоактивный газ закачивался под давлением и выдерживался до трех суток. Однако, проблема неконтролируемых радиоактивных выбросов во время аварийных ситуаций все еще оставалась. И вариантов лучшего решения, чем изоляция газообразных радиоактивных отходов в оболочку с запуском ее в атмосферу не было. Но прежде, чем запустить в стратосферу воздушный шар, наполненный радиоактивным газом, необходимо было при помощи шаров-пилотов исследовать горизонтальное движение воздушного потока (ветра), который возникает в разных районах из-за неравномерного распределения атмосферного давления. Если шар-пилот наполнить водородом или гелием с плотностью, равной плотности воздуха, то он будет следовать по воздуху, покоряясь атмосферным движениям на заданной высоте. Такой шар-пилот из тонкого прозрачного материала, наполненный газом, на большой высоте невидим невооруженным глазом и не отражает электромагнитных волн. Поэтому, его делали огромных размеров, а для отслеживания в ночное время в газ добавлялось химическое светящееся вещество. Для надежной изоляции радиоактивных газов необходима была только надежная оболочка — очень тонкий, прочный и термостойкий материал. Поиском такого материала и занимался И.В. Петрянов.

Запустить прочную термостойкую оболочку (не меняющую своих свойств при низкой температуре) из материала ФП, наполненную радиоактивными газами в стратосферу — непростое мероприятие, происходить оно могло так, как описал П.И. Басманов в своем рассказе «Его величество случай» запуск воздушных шаров с гелием при участии И.В. Петрянова :

«…Одна из наших работ была связана с применением жидкого азота, которого расходовали до нескольких сотен литров в сутки. Мы, тогда еще молодые сотрудники лаборатории, иногда забавлялись тем. что опускали в азот резиновые трубки и другие материалы, а затем разбивали их молотком. Было занятно видеть, как они разлетаются, словно стекло, на мелкие осколки. Но вот подвернулся мне кусочек материала ФП. Опустил его в азот, вынул, а он, каким был, таким и остался: мягкий и эластичный. Температура жидкого азота, а это — 196°С ему нипочем. Стало интересно. Нашел еще несколько кусочков материала: то же самое. Иду к Игорю Васильевичу (Петрянову) и рассказываю о своих «опытах». Он отнесся к ним с недоверием и говорит: «Пойдем, посмотрим». Я при нем повторил «опыт». Затем он сам опустил материал в азот и ушел к себе в кабинет озадаченный.

Через несколько дней шеф подошел ко мне и сказал:

«А знаешь, считай, что ты сделал открытие. Если материал не меняет своих свойств в жидком азоте, значит его можно использовать для очистки воздуха и газов при низких температурах. В этом случае пары влаги и других конденсирующихся при низкой температуре примесей будут переходить в аэрозольное состояние и будут уловлены фильтром«.

Были изготовлены специальные ловушки с фильтром, которые помещали в сосуды с жидким азотом или воздухом. Провели большой цикл работ по определению эффективности очистки воздуха от содержащихся в нем примесей и влаги. Выяснилось, что при определенных условиях фильтр практически полностью освобождал воздух от всех примесей. В полученном нами с Игорем Васильевичем авторском свидетельстве было указано, что предложен новый «Способ очистки газов от конденсирующихся примесей вымораживанием, отличающийся тем, что с целью обеспечения эффективности очистки газов, одновременно с вымораживанием конденсирующихся примесей, осуществляющих фильтрацию при помощи фильтра, охлажденного до температуры вымораживания». Еще до подачи заявки на авторское свидетельство (1965 г.) мы стали рекомендовать этот способ для лабораторных и производственных работ…

…Важное значение приобрело использование этого способа для исследований воздуха на больших высотах. Созданная для этой цели установка, получившая название «Снежинка», позволяет отобрать пробу на высотах 30— 35 км. С помощью нее можно определять состав и концентрацию как обычных аэрозолей, так и радиоактивных (твердых и газообразных веществ), поступающих в атмосферу при проведении ядерных взрывов, авариях космических аппаратов. Она может служить средством обнаружения и контроля стратосферных загрязнений, с которыми ныне связывают возникновение и расширение озоновых «дыр».

Хочется подробнее рассказать о запуске аэростата, с помощью которого «Снежинка» поднимается в стратосферу.

Это удивительный и незабываемый процесс. Установка»Снежинка» представляет собой металлический цилиндр с жидким азотом, в который погружен корпус фильтра с материалом ФП. Для прокачки воздуха применен вентилятор. Клапаны, установленные на входе и выходе воздуха, открываются и закрываются в точно назначенный срок с помощью блока управления. Он же после окончания отбора пробы подает команду на отделение установки от аэростата и спуск ее на землю. Общий вес установки составляет несколько сот килограммов. Поднять такую махину на высоту 30—35 км — это целая наука, высочайшие экспериментальное искусство, организованность, дисциплина, опыт, умение и мастерство. Всем этим в полной мере обладали наши коллеги и товарищи из Долгопрудненского конструкторского бюро автоматики (ДКБА).

Нам несколько раз посчастливилось участвовать в запусках аэростатов, имевших сначала индекс АРР-1 (Автоматический аэростат радиационной разведки-1), а после модернизации и обустройства «Снежинкой», получивших индекс АРР-2″. На одном из летных экспериментов, проходивших на полигоне в Вольске, с нами был Игорь Васильевич.

Все начиналось рано утром. Вернее ночью. Часа в два—три — подъем и выезд на поле. Там монтажники уже раскладывали синтетическую оболочку аэростата, затем фал, соединяющий его с установкой, и между ними парашют. Мы — сотрудники лаборатории или, как нас называли, «химики» — вместе с Игорем Васильевичем суетились вокруг «Снежинки». Заливали азот, проверяли крепления, целостность аэрозольных фильтров, напряжение на блоке питания. Игорь Васильевич помогает, дает нам советы и, не переставая повторяет, что все вокруг делается только для того, чтобы «Снежинка» сработала и принесла на землю достоверную пробу.

Вот уже машины с гелием подъезжают к рукавам, через которые газ будут перекачивать в аэростат. Работы хватает всем, особенно руководителю запуска Николаю Петровичу Петухову. Ему надо проследить за всем и всеми. Он появляется то в одном месте, то в другом. Проверяет, дает какие-то указания и все время справляется по рации у метеорологов о погоде. Вот, вроде все готово. Ждем команды пуска.

Где-то далеко, за Волгой, появляется светлая полоска, которая с каждой минутой становится шире и светлее. Скоро взойдет солнце. И пока стоит штилевая погода, пуск необходимо осуществить. Но что это? Николай Петрович направился к машинам с газом. Кто-то что-то кричит, размахивая руками. Но далеко, не слышно. Подходит один из сотрудников и говорит: «Погоды не будет. Отбой!»…

…Но вот пришла погода. Заработали машины. Над полем плавно колышется оболочка аэростата, наполняемая газом. Сначала она приобретает форму сдувшегося мяча, затем — капли и несмотря на еле уловимое движение воздуха, начинает тянуть подвеску по ветру. Нужны крайне организованные и согласованные действия всех участников запуска, чтобы не дать аэростату поползти по полю. Иначе порвет оболочку, повредит аппаратуру. Увеличивается парусность оболочки и усилия, чтобы удержать ее до окончания накачки нужною количества газа. Если его будет мало, аэростат не поднимет установку на необходимую высоту, а если много, он может лопнуть, не достигнув стратосферы. Но вот, когда оболочка наполнилась примерно наполовину, аэростат медленно оторвался от земли, поднял фал с парашютом и натянул его. Теперь все зависело от умения и мастерства водителя стартовой автомашины. По мере подъема аэростата и медленного движения по ветру, водитель должен с такой же скоростью двигаться за ним.

Нужно, чтобы установка и аппаратура управления не ударились о землю, а плавно сошли со стартовою щита. И вот машина вслед за аэростатом несется по полю. Фал занимает вертикальное положение, машина проскакивает дальше, и установка на высоте 1,5—2 м от земли повисает в воздухе. Все! Счастливою пути! Теперь можно спокойно смотреть на это чудо. Над нами, медленно поднимаясь и удаляясь висит громадный шар, сверкающий в лучах восходящею солнца.

Шар размером с футбольное поле! (Обычно футбольное поле вместе с аутами и запасными полосами имеет стандартные размеры 70 на 108 метров.) На его фоне наша установка выглядит действительно маленькой искрящейся снежинкой.

В поле тихо-тихо. Только слышен стрекот кузнечиков, да щебет птиц. Игорь Васильевич стоит рядом и не сводит глаз с аэростата. Потом оборачивается к нам, говорит:

«Такого я даже не ожидал. Это не только прекрасно, но и граничит с фантастикой. Подумайте только! Не верится, что это сделано людьми. Я говорю об аэростате. Он наполнен гелием, способным просачиваться через самые микроскопические щели и трещины. А тут длина швов, наверное, не один десяток километров и ничего. Летит. Золотые руки у тех, кто смог это сделать»….

А нам предстоит с вертолета и с самолета следить за полетом аэростата, сопровождать его, чтобы подобрать «Снежинку» на месте приземления и направить на анализ отобранную пробу. И на этом этапе приходилось видеть много интересною и удивительного…

Однажды часа три—четыре после запуска, мы находились на стартовом поле и все время видели аэростат прямо над собой. Подходило время отделения «Снежинки» от аэростата. Мы сели в вертолет. Нам требовалось следить за парашютом и первыми попасть к месту приземления. Сначала полетели к востоку, затем к югу и потом к юго-западу. Это парашют, подчиняясь воле ветров на разных высотах, медленно опускался, отдаляясь все дальше и дальше от места старта, Приземлился он почти в 100 км от Вольска. Через несколько минут мы были в точке приземления но среди пшеничною поля. Прибыли вовремя. Еще с вертолета мы видели, как к этому месту спешили люди: на лошади, бегом и даже на тракторе. Выяснилось: они думали, что приземляются космонавты. Что было бы со «Снежинкой» предположить трудно, но вот парашют, как нам рассказали потом знающие люди, мы могли и не найти. Но все кончилось благополучно.

Мы объяснили собравшимся, что это научное оборудование, которое нужно собрать и доставить по назначению. А что с оболочкой аэростата? Освободившись от груза, она стала быстро подниматься вверх и вскоре исчезла. Больше мы ее не видели. Через некоторое время она лопнула и упала на землю. Вполне возможно, что где-то далеко люди принимали обрывки оболочки за «летающие тарелки». Об одном таком случае любил рассказывать Игорь Васильевич, когда будучи в Болгарии, отвечал на вопрос, верит ли он в существование НЛО…»

Баллоны в форме шара использовались для исследования скорости воздушного потока, а для исследования атмосферной диффузии (неупорядоченное перемещение воздуха с находящимися в нём примесями, обусловленное турбулентностью атмосферы) использовались оболочки, наполненные газом, в форме тетраэдра.

Исследования атмосферной диффузии при помощи тетронов.

В 1958 г. в соответствии с приказом Е.Н. Славского И.В. Петрянов возглавил аэрозольную комиссию и был назначен руководителем проблемы по снижению радиоактивных выбросов на «Маяке». Петряновым были разработаны сверхтонкие волокнистые материалы, известные в мире как фильтры Петрянова (или HEPA) — сокращённо «ФП». На заводе по выпуску сверхтонкого волокна у его команды был собственный экспериментальный конвейер, на котором проводились сотни испытаний, отрабатывались новые виды продукции.

В этот период директором радиохимического завода НПО «Маяк» был Алексеев Леонид Алексеевич — инженер-металлург, организатор атомной промышленности.

Родился 29.03(11.04). 1902, ст. Бежицкая Брянского уезда Орловской губ.
Трудовую деятельность начал в 1920 телеграфистом на железной дороге.
В 1922-25 гг. учился на рабфаке в Бежецке.
В 1930 окончил Московский институт цветных металлов и золота.
1930-33 гг. — начальник цеха на Карабашском медеплавильном заводе (Челябинская область),
1933-34 гг. — заместитель начальника обогатительной, фабрики Красноуральского медеплавильного завода (Свердловская обл.)
1934-36 гг. — старший инженер Центрального НИИ цветных металлов;
1936-39 гг. — нач. цеха Алавердинского медеплавильного завода в Армении,
1939-41 гг. — гл. инженер Алавердинского медеплавильного завода в Армени;
1941-45 гг. — гл. инженер Кировградского медеплавильного завода в Свердловской обл.;
1946-48 гг. — гл. инженер Карабашского медеплавильного завода в Свердловской обл.;
Декабрь 1948 г. – руководитель строительства химико-металлургического завода «В» на химкомбинате «Маяк» (Челябинская область);
23 сентября 1949 — март 1959 гг. — директор химико-металлургического завода «В» на химкомбинате «Маяк» (Челябинская область).

В декабре 1948 года Алексеев Л.А. был направлен Челябинским обкомом ВКП(б) для руководства строительством химико- металлургического завода «В» комбината № 817 (ныне химкомбинат «Маяк»). 2 сент. 1949 года Постановлением Совета Министров СССР был назначен его директором. В сложный и опасный период становления технологии изготовления радиоактивной продукции возглавлял производство ядерных и термоядерных боевых зарядов. В 1954 году был награжден орденом Ленина, а в 1949, 1951, 1958 годах 3-мя орденами Трудового Красного Знамени, медалями.

Под руководством Л.А. Алексеева плутониевый завод в десятки раз увеличил свою мощность. После его ухода, на предприятии была проведена полная модернизация технологии, важнейшим результатом которой стало снижение концентрации радиоактивных веществ в воздухе в сотни раз…

В период с 1958 по 1963 гг. на ПО «Маяк» планомерно проводился большой комплекс работ, направленных на сокращение выбросов радионуклидов в атмосферу путем установки (монтажа) различных типов газоочистного оборудования и отработки оптимальных режимов его эксплуатации. В этот же период времени на предприятии проводились исследования, направленные на разработку и совершенствование специализированных методов контроля выбросов, создание методик контроля содержания активности в газовых и аэрозольных потоках, монтаж и установку пробоотборных систем непосредственно в полости выбросных труб.

В 1958 г. на «Маяке» происходит коррозионное разрушение суперосадителей тонких аэрозолей «Сотар», и их один за другим начинают отключать. При этом объемы производства не снижаются, а нормативы выбросов ужесточаются.

В феврале 1959 года на «Маяке» происходит авария и для проведения на технологических трубопроводах после аварийных сварочных работ на радиохимический завод командируют бригаду сварщиков. В марте 1959 года в возрасте 57 лет А.Л. Алексеева отправили на пенсию и на лечение в г. Обнинск Калужской области, куда с Маяка отправляли жить и лечиться всех, кто на производстве получил сильную дозу облучения …

От военного атома к мирному

«Энергетика мира вступила в новую эпоху. Это случилось 27 июня 1954 года. Человечество еще далеко не осознало важности этой новой эпохи.»

Многие ученые прошлого столетия долгое время опасались, что познавая и используя атом в военных целях, человечество может взорвать весь мир. Вскоре к ним пришло желание управлять ядерной цепной реакцией, чтобы использовать атом во благо человека.

27 июня 1954 года в «наукограде» в г. Обнинск Калужской области, примерно в 110 км к юго-западу от Москвы впервые в мире была пущена атомная электростанция. Это был первый ядерный реактор, который производил коммерческую электроэнергию, хотя и в небольших масштабах. Рядом расположен Институт физики и энергетики. Завод также был известен как АПС-1 Обнинск (АЭС 1 Обнинск). Он оставался в эксплуатации в период между 1954 и 2002 годах, хотя производство электроэнергии на сетке прекратилось в 1959 г. В дальнейшем завод функционировал как научно- исследовательский институт и завод изотопной продукции.

Использование тепла и производство изотопов было усовершенствованно, поэтому главной его задачей было проведение экспериментальных исследований. Технология, которая совершенствовалась в Обнинске на экспериментальной установке, позже применялась на всех реакторах типа РБМК.

Строительство АЭС началось 1 января 1951 года. Первая критичность была достигнута 6 мая 1954 года, и первые технологическое присоединение было произведено 27 июня 1954 года. В течение 4 лет, вплоть до открытия атомной электростанции в Сибири, Обнинск оставался единственный атомным реактором в СССР. Силовая установка была действующей до 29 апреля 2002 года.

Покорение атома и создание Первой в мире АЭС стало одним из грандиознейших достижений человека в познании тайн природы. Немалую роль сначала в создании ядерного оружия, а затем в создании мирного атома сыграли немецкие ученые и военные специалисты, которые во время войны служили стране «третьего рейха», а после работали на СССР и США.

Первая в мире атомная электростанция

В первый период работы Обнинская АЭС рассматривалась как опытная энергетическая станция, но, начиная с 1956 года, назначение Обнинской АЭС стало постепенно меняться. Реактор Первой атомной станции решено было использовать, в основном, как источник нейтронов для проведения научных исследований, в частности, необходимых для создания более мощных АЭС.

В 1956 году Министерство среднего машиностроения запретило проводить эксперименты на работающих промышленных реакторах и поэтому все экспериментальные и исследовательские программы были перенесены на реактор «АИ». Для проведения экспериментов, на базе этого реактора по проектам, разработанным коллективом Южноуральского Управления Строительства (кстати, там, где работал Кривонищенко Юрий), была сооружена в комплексе со вспомогательными объектами опытно-экспериментальная установка КС-60, моделирующая АЭС с тяжеловодным реактором, газовым охлаждением и топливом из металлического урана.

Опыт, полученный на реакторе «АИ» с помощью опытно-экспериментальной установки КС-60, помог более четко определить задачи ближайшего будущего по использованию ядерных реакторов как в энергетике, так и в других промышленных направлениях.

Экспериментальный промышленный уран-графитовый реактор «АИ»

Спустя всего 3,5 года после начала эксплуатации первого промышленного уран-графитового реактора «А» — 22 декабря 1951 года был создан и запущен реактор «АИ». Инициатором создания этого реактора был научный руководитель советского атомного проекта И.В. Курчатов. Главной целью реактора «АИ» на первом этапе его эксплуатации являлось освоение технологии получения и производства трития для термоядерного оружия.

Позже этот реактор использовался для проведения разных экспериментальных и научно-исследовательских работ.

Упрощенная схема очистки ИРГ в вентиляционных сдувкях реактора

Все промышленные уран-графитовые реакторы (ПУГР) на «Маяке» были оборудованы несколькими вентиляционными системами:
— продувка графитовой кладки;
— вентиляция подреакторного пространства;
— вентиляция вспомогательных помещений (центральный зал, бассейн выдержки и др.).

Все указанные вентиляционные сдувки (после соответствующей очистки) объединялись и поступали в одну выбросную трубу.

При работе ПУГР в обычном, нормальном режиме в атмосферу непрерывно поступают инертные радиоактивные газы активационного (главным образом 41 Аг) и осколочного (изотопы криптона и ксенона) происхождения, во время аварии или остановки реактора источником внешнего и внутреннего облучения и основным поражающим фактором является радиоактивный йод.

В период с 1958 по 1963 гг. на ПО «Маяк» планомерно проводился большой комплекс работ, направленных на сокращение выбросов радионуклидов в атмосферу путем установки (монтажа) различных типов газоочистного оборудования и отработки оптимальных режимов его эксплуатации. В этот же период времени на предприятии проводились исследования, направленные на разработку и совершенствование специализированных инструментальных методов контроля выбросов.

В начальный период работы реактора «АИ» научное руководство и эксплуатационный персонал встретились с рядом серьезных проблем. Главная из них — неудовлетворительная стойкость изготавливаемых на радиохимическом заводе рабочих блоков реактора, которая приводила к серьезным авариям в виде зависания этих рабочих блоков в технологических каналах (такие аварии атомщики называли одним словом — «козел)».

Эксплуатация реактора АИ проводилась в тяжелых условиях с систематическими неконтролируемыми выбросами радиоактивных газов и переоблучением персонала.

История эксплуатации реактора «АИ»

1950 год:

17 мая — окончание разработки НИИхиммашем совместно с ЛИПАНом проектного задания на реактор.
Август — начало строительных работ на ПО «Маяк».
11 сентября — рассмотрение на НТС ПГУ проектного задания реакторов «А» и «АИ».
18 ноября — рассмотрение на секции № 1 НТС и 20 ноября на НТС ПГУ сводного плана научно-исследовательских и проектных работ на 1951 г. Одобрение сводного плана научно-исследовательских и проектных работ по «АИ».

1951 год

2-й квартал — первый правительственный срок пуска реактора «АИ» (не выполнен).
18 июня — обсуждение на НТС ПГУ технического проекта реактора «АИ» с докладами Н.А. Доллежаля, А.П. Александрова и B.C. Фурсова.
20 октября — окончание основных строительно-монтажных работ, начало предпусковых работ по реактору: проверка и опробование систем, пусковые опыты.
26 октября — составление актов о готовности к наладке и пуску различных систем реактора.
12 ноября, 22 часа 55 минут — достижение критичности реактора «АИ», впервые в СССР начало работ с обогащенным топливом.
22 декабря — сдача реактора в эксплуатацию.

1952 год

14 февраля — достижение проектного уровня мощности 40 МВт.
14 февраля 1952 г. — 3 марта 1953 г. — реактивный режим работы. Конец года — повышение мощности до 143,75 % (57,5 МВт) от проектного уровня.

1953 год

6 июля — первая авария с рабочими блоками («козел») в ТК 11-04.

1955 год

7 марта — вторая авария с рабочими блоками («козел») в ТК 12-11.

1956 год

3 марта — 24 декабря — плановая остановка на капитальный ремонт с разборкой реактора и заменой части графитовых колонн.

3 марта 1956 г., после 4 лет эксплуатации, реактор «АИ» был остановлен на капитальный ремонт с целью обследования графитовой кладки, разборки реактора, замены части графитовых кирпичей и проведения других работ.

В результате проведенной замены части графитовых колонн и дезактивации коммуникаций и систем произошло значительное улучшение дозиметрической обстановки в здании реактора и сократились выбросы радиоактивности в атмосферу. Одновременно был получен ценный материал по состоянию графита после 4 лет эксплуатации, а также накоплен опыт обращения с высокоактивными конструкциями и узлами реактора, который может быть использован при выводе из эксплуатации и демонтаже ядерных реакторов. Результаты разборки реактора «АИ» были доложены на 2-й Международной конференции по мирному использованию атомной энергии в Женеве в 1958 г. и вызвали большой интерес ее участников.

В 1956 году Министерство запретило проведение экспериментальных работ на работающих промышленных реакторах. Решением Минатома все исследовательские программы были перенесены на реактор «АИ». На базе этого реактора по разработанным коллективом ЮУС (Южноуральского Управления Строительством) проектам, были сооружены в комплексе со вспомогательными объектами опытно-экспериментальные установки:

• установка КС-60, моделирующая АЭС с тяжеловодным реактором, газовым охлаждением и топливом из металлического урана;
• установка РБМК — моделировала АЭС с реактором большой мощности, канального типа (РБМК), где теплоносителем была дистиллированная вода, а топливом — обогащенный уран.

В начале февраля 1959 года на атомном реакторе АИ, во время проведения очередных экспериментальных работ в промышленных целях, вследствие ошибочных действий персонала, в 7-ом технологическом канале произошла серьезная авария с зависанием блоков («козел»).

Читайте далее Светящиеся шары-пилоты — предвестники трагедии на Перевале Дятлова