Саркофаг - строительство сооружения
Первыми шагами при строительстве Саркофага было создание перегородок и стен, отделяющих поврежденный 4-й блок от 3-го блока.В машинном зале между энергоблоками была возведена монолитная стена толщиной 1,4-2,3 м. В деаэраторной этажерке разделительные стены выполнены из монолитного железобетона, толщиной до 1 метра.
В реакторном блоке разделительная стена выполнена путем заполнения бетоном транспортного коридора. В других местах использованы существующие стены и перегородки с соответствующей заделкой проемов, отверстий, щелей и т.д.
По периметру разрушенного энергоблока сначала были возведены "пионерные" защитные стены из железобетона. В северной части энергоблока высота Пионерной стены составляет около 6 метров. На юге и западе – около 8 метров. Пионерные защитные стены были предназначены для обеспечения безопасности производства строительно-монтажных работ по сооружению "Укрытия". Они играли роль своеобразных экраном, что позволяло несколько обезопасить работу строителей Саркофага и других ликвидаторов.
Северная каскадная стена была выполнена из бетона в виде уступов высотой около 12 метров. Опалубка уступов изготовлялась из металлических щитов. Каждый последующий уступ выполнялся с возможно большим приближением к разрушенному блоку. Внутри уступов укладывались изношенные и поврежденные металлоконструкции, а также контейнеры с высокоактивными отходами.
Сохранившаяся западная стена снаружи закрыта стеной с контрфорсами высотой до 50 (!) метров.
Для создания покрытия над центральным залом реактора и деаэраторной этажеркой были подобраны и обустроены опоры для установки новых несущих конструкций. Для опирания главных балок Б1 и Б2, установленных по рядам "П" и "Ж" использованы: с западной стороны - монолитная ж/б стена по оси “50” толщиной 0,9 м и с восточной стороны - выхлопные ж/б шахты в осях “42-44”, сохранившиеся после взрыва. Стена по оси "50" имеет ряд серьезных трещин и других местных разрушений, а также отклонение в сторону оси "51". Определение ее состояния непосредственным обследованием не представлялось возможным.
Источником информации для строительства Саркофага были только фотографии, полученные с вертолета. С помощью фотографий и осмотров с вертолета было установлено также, что выхлопные железобетонные шахты после взрыва не получили видимых разрушений.
На балки Б1 и Б2 уложено 27 металлических труб диаметром 1,2 м, длиной 34,5 м, а над трубами устроена кровля (называется – легкая кровля объекта Укрытие) из профилированного настила.
Опорой для стальных щитов по южной стороне служит установленная по ряду "В" стальная балка "Мамонт", опирающаяся в свою очередь на бетонные опоры у осей "41" и "51". Опоры были выполнены на завале из разрушенных железобетонных конструкций перекрытий 2-х верхних этажей, обломков оборудования и трубопроводов. Для обеспечения большей надежности основания опор было произведено заполнение завала бетоном. В связи с отсутствием возможности качественного производства работ и осуществления контроля (недоступность, высокие радиационные поля) была осуществлена дистанционная программа испытания опор.
Над машинным залом запроектирована новая кровля из балок-ферм и стальных щитов, опирающаяся на вновь установленные пространственные колонны и на сохранившиеся консоли в колоннах.

Одна из важнейших задач, которые возникли при ликвидации последствий чернобыльской аварии, - безопасное и долговременное захоронение ядерного топлива, оставшегося в развалинах 4-го блока. Чтобы локализовать это топливо и защитить окружающую территорию от проникающей радиации, построено сооружение, которое в технической литературе называют «Укрытием 4-го блока ЧАЭС», а в прессе - «Саркофагом». Его строительство завершено в ноябре 1986 г. Этим был сделан принципиальный, но, к сожалению, не окончательный шаг на пути к решению проблемы захоронения топлива.

По расчетам проектировщиков, Саркофаг должен простоять 20-30 лет, выдержать 6-балльное землетрясение и ураганные ветры. Однако гарантировать, что разрушенные взрывом и пожаром сотни помещений бывшего 4-го блока останутся под этим сооружением в прежнем состоянии, было нельзя. С уверенностью следовало предположить как раз обратное: разрушения с годами будут возрастать и, таким образом, расположение ядерного топлива в помещениях блока должно меняться.

Такое предсказание означало, что со временем может возрастать опасность трех видов: ядерная, радиационная и тепловая. Обсудим это подробнее. Перемещение масс топлива могло придать им такую конфигурацию, при которой самоподдерживающаяся цепная реакция стала бы более вероятной или даже началась, что неизбежно сопровождалось бы новым выбросом радиоактивности в окружающую среду (ядерная опасность).

При больших обрушениях не исключалась и возможность выброса радиоактивной пыли через щели за пределы Саркофага (радиационная опасность). Эти же обрушения, перекрыв пути естественного охлаждения топлива, могли вызвать его повторный разогрев и, в итоге, опять-таки попадание радионуклидов в окружающую среду - скажем, по сценарию «китайского синдрома» (тепловая опасность). Не следует думать, что все эти опасные явления могли бы привести к последствиям, хотя бы в отдаленной степени напоминающим последствия самой аварии. Но они потребовали бы новых сил и средств для дезактивации, увеличили бы коллективную дозу облучения работающих на площадке и принесли бы огромный моральный и материальный ущерб. Нельзя было допустить, чтобы 4-й блок вновь «задышал». Поэтому сразу же после создания Саркофага начались интенсивные работы по предотвращению этих опасностей. Они ведутся и в настоящее время.
Количество топлива в Саркофаге

Чтобы дальнейшее изложение было понятно, необходимо остановиться на двух вопросах: что представляло собой топливо к моменту аварии и сколько его осталось внутри Саркофага.

Блок был пущен в декабре 1983 г. и к 26 апреля 1986 г. проработал 865 дней. Топливо - двуокись урана - размещалось в нем в 1659 кассетах. Полная загрузка собственно урана составляла 190,2 т. Три четверти кассет проработали всю кампанию, именно они определили содержание в активной зоне долгоживущих биологически значимых радионуклидов (таблица).

После аварии a-активность топлива определялась относительно короткоживущим (период полураспада T1/2 ~ 160 дней) 242Сm. Сегодня первенство перешло к изотопам плутония, однако ненадолго: из-за b-распада 241Рu накапливается 241Аm (Т1/2 = 430 лет), и через 10 лет его активность уже составит около 50% суммарной а-активности топлива. Основная b- и g-активность связана, помимо 241Рu, со стронцием и цезием (Т1/2 ~ 30 лет), чьё радиационное воздействие уменьшится на порядок только через 10 лет. Активная стадия аварии продолжалась 10 сут. (с 26 апреля по 6 мая 1986 г.). Все это время шел интенсивный выброс радиоактивности. В первые дни горячая струя поднималась на высоту более 1 км, позднее – на сотни метров.

Количество и состав выбрасываемой радиоактивности (а следовательно, и оставшейся в разрушенном блоке) определяли, используя все доступные методы, но сложные условия работы не позволили сделать это с погрешностью менее 50%.

Параллельно с оценками выброса велись измерения зараженности почвы, воды и воздуха. Такие измерения на тысячах квадратных километров, в сотнях населенных пунктов весьма трудоемки. В общем случае трудно даже представить пути решения этой задачи за сроки порядка месяцев. Но исследователям помогла специфика аварии: радионуклиды (за исключением инертных газов и летучих веществ типа иода, цезия, теллура) были выброшены в составе мелкодиспергированного топлива. Поэтому кропотливые радиохимические анализы могли быть заменены более простыми измерениями g-активности (в частности, активности 144Се).

К середине июля 1986 г. институты Минсредмаша, Госкомгидромета, АН СССР, Министерства обороны независимо выполнили измерения и расчеты, показавшие, что за пределы 4-го блока выброшено от 2 до 6% первоначальной загрузки (от 4 до 12 т топлива).

К тому времени уже действовала система определения загрязнений, включавшая измерение у-полей над поверхностью Земли с помощью аэрогаммаразведки (первое приближение), оперативное исследование почвенных проб (уточнение по корреляции с активностью 144Се), тщательные радиохимические анализы (проверка коэффициента корреляции для данной местности). На совещании МАГАТЭ в Вене (август 1986 г.) советские специалисты сообщили о результатах расчетов: радиоактивные инертные газы выброшены почти полностью; выброшено значительное количество иода, (13±7)% цезия, (3±1,5)% топлива, содержащего продукты деления и трансурановые элементы.

Завершая разговор о выбросе, скажем, что за прошедшие годы его оценка уточнилась. Сейчас на основании банка данных, содержащего полные сведения о десятках тысяч почвенных проб, можно утверждать, что из 4-го блока выброшено 3,5±0,5% топлива.

Что касается летучего 137Cs, то первоначальная оценка его выброса, с нашей точки зрения, оказалась заниженной. По сегодняшним представлениям, его выброшено 1,5-2 МКи (25-30% содержания в активной зоне).
Создание новых барьеров безопасности

При аварии все барьеры безопасности, предусмотренные создателями реактора, были сразу же разрушены взрывом, поэтому требовалось в кратчайший срок возвести новые преграды для ядерной, радиационной и тепловой опасности. Как это делалось, хорошо известно: в шахту реактора сбрасывали различные материалы. Часть из них (поглощающие нейтроны соединения бора) должна была обеспечить ядерную безопасность, другая (доломит, песок, глина) – создать фильтрующий слой и уменьшить выброс активности, третья - (свинец) – поглотить выделяющееся тепло. Всего было сброшено почти 5 тыс. т. материалов.

Жаркие споры о необходимости такого мероприятия и о его последствиях шли и до, и после его осуществления. Особенно острой критике подвергалось решение об использовании свинца, который, плавясь и испаряясь, мог дополнительно загрязнить окружающую среду. И только три года спустя, после большого комплекса разведывательных работ, стало ясно, что спорить не о чем: в саму шахту реактора если и попала, то лишь малая доля сброшенных материалов, основная их часть образовала холмы высотой до 15 м в центральном зале. Не удалось также перекрыть все пути выхода воздуха из шахты, т.е. создать полноценный фильтрующий слой. Причина - неблагоприятная геометрия разрушений.

В первые недели проводились и другие защитные мероприятия, например, под шахту реактора для охлаждения активной зоны и снижения концентрации кислорода подавался жидкий азот.

Весьма опасным представлялся «китайский синдром», для предотвращения которого под фундаментом здания соорудили теплообменник. И хотя летом 1988 г. при бурении скважин обнаружили, что «синдром» не смог развиться до опасных пределов, можно утверждать, что при том объеме данных о состоянии блока, который мы имели в мае 1986 г., было принято верное решение. Готовы ли мы вообще ответить на вопросы об эффективности мероприятий, проводившихся в то время? В частности, соизмеримы ли были результаты с затратами? (Я имею в виду не только материальные затраты, но и увеличение коллективной дозы, полученной работавшими.) Думаю, еще не готовы. Однозначного сценария хода аварии пока нет, поэтому откладывается и полный анализ эффективности принятых мер. Тем более нельзя было требовать такого анализа в апреле и мае 1986 г.
Как создавали Саркофаг