С каждым годом всё заметнее борцы за сохранение экологии. Они протестуют против генетических экспериментов над животными и растениями, требуют повсеместного отказа от меховой одежды, готовы защитить весь мир от ядерной энергетики…

   Конечно, зверюшек жалко. Да и загаживать промышленными выбросами (пусть неплохо очищенными) крупнейший в мире резервуар пресной воды — озеро Байкал — глупо.

   Только по московским морозам — не говоря уж о сибирских — в шубе из синтетического Чебурашки долго не погуляешь. И накормить пятью хлебами пять тысяч голодных доселе удалось разве что Иисусу Иосифовичу Давыдову, да и то лишь однажды. А генная инженерия, между прочим, по сути очень мало отличается от классической селекции, чьими плодами человечество благополучно пользуется уже многие тысячелетия.

   А уж ядерная энергетика — не просто единственный в обозримом будущем способ удовлетворить наши потребности. Она и безопаснее классических технологий. Например, обычная угольная тепловая электростанция выбрасывает в окружающую среду во много раз больше радиоактивности, чем равная по мощности ядерная. Уголь, конечно, не слишком радиоактивен — только проходят его через топки станции тысячи тонн ежесуточно. Грамм же урана заменяет примерно три тонны угля. Вдобавок среди продуктов сгорания угля не только радиоактивные вещества, но и разнообразная прочая грязь, включая сильные канцерогены. А ядерный реактор сложной химии не вырабатывает — кроме радиоактивности, он ничем не опасен. Наконец, продукты сгорания угля в воздухе прямо в тот же воздух и попадают. Зато реактор герметичен — и не только при работе: накапливающиеся в нём отходы тоже строго изолируются на многие века.

   Правда, зелёные иной раз и угольную энергетику ругают. Но только за общий выброс загрязняющей окружающую среду золы. А радиоактивность этой золы они попросту не замечают: к чему беспокоиться, когда есть такая удобная мишень, как ядерная энергетика!

   Но есть у зелёных активистов неубиенный аргумент. Взрыв в Чернобыле выбросил радиоактивности чуть ли не больше, чем весь сожжённый человечеством уголь. А то ли ещё будет!

   Придётся подробно разобраться, что уже было. Может, тогда и догадаемся, скоро ли повторится этот кошмар.

   В конце апреля 1986-го четвёртый реактор Чернобыльской атомной электростанции планировалось остановить на ремонт. К этой остановке решили приурочить эксперимент по работе на выбеге.

   Атомная электростанция по устройству мало отличается от прочих тепловых. Пар вращает обычную турбину, та — обычный электрогенератор. Только воду кипятят не газовым или угольным пламенем, а энергией, выделяющейся при делении ядер тяжёлых элементов.

   Турбина и генератор весят многие десятки тонн и делают ежесекундно полсотни (на американском континенте — и все шестьдесят) оборотов. В их вращении накоплена немалая энергия. После отключения подачи пара эта энергия постепенно рассеивается в трении. А трение в турбогенераторном агрегате столь мало, что вращение по инерции — выбег — не останавливается долго. Но если без пара сохранять генератор включённым, энергия вращения будет по-прежнему переходить в электрическую. Так можно обойтись какое-то время без систем аварийного электропитания станционного оборудования. И время это несложно подсчитать: момент инерции и скорость вращения турбогенератора известны.

   Куда сложнее подсчитать инерцию тепловую. Ведь в реакторе она не сводится к теплоёмкости конструкции. Даже после прекращения цепной реакции деления продолжаются разнообразные преобразования накопившихся в реакторе осколков деления. Преобразования эти самопроизвольны именно потому, что при них выделяется энергия. А поскольку количество и состав этих осколков существенно зависят от особенностей предыдущего поведения реактора, теоретические расчёты имеют заметную погрешность. Поэтому и время, в течение которого в реакторе будет выделяться достаточно пара для продолжения нормальной работы турбогенератора, известно не слишком точно.

   В эксперименте планировалось определить, каково это время, сколько минут или хотя бы секунд в резерве у сотрудников станции. Хотя особого смысла в этом не было. Заранее ясно, что времени на спокойное выполнение всех положенных манипуляций персоналу хватило бы. Но очень уж хотелось знать, каков запас на возможное разгильдяйство.

   Правда, разработчики реактора потакать разгильдяйству эксплуатационников не хотели — им и собственных проблем, как мы позже увидим, хватало. Программу эксперимента они согласовать отказались. Но нашёлся скромный НИИ, имеющий к реакторам весьма условное отношение, но имеющий право подписи подобных программ. С ним всё и согласовали.

   Хотя разработчики не зря побаивались. Провести этот эксперимент не так уж просто. Поработать без аварийного электропитания практически невозможно: автоматика включает его при малейших намёках на любые проблемы — в том числе, естественно, и при снижении мощности реактора до установленного конструкторами предела.

   Выход нашёлся простейший. Реактор всё равно останавливается, управлять им не понадобится — к чему тогда вся эта аварийщина! Можно спокойно её выключить и избавиться от помех эксперименту.

   Отключать силовое оборудование сложно. Для простоты решили в момент начала остановки реактора заглушить всю аварийную автоматику.

   Именно в начале. Остановка теплоэнергетического оборудования — дело очень медленное. Быстрое охлаждение трудно сделать равномерным. А при неравномерном перераспределении температур тепловые деформации могут покорёжить даже самую массивную конструкцию. Поэтому, например, для временного снижения мощности судового турбоагрегата пар пускают по обходному трубопроводу, мимо турбины: это гораздо быстрее и безопаснее, чем отключать нагрев котла.

   Кстати, запускают теплосиловые установки ещё медленнее, чем останавливают. А уж для медленного пуска ядерных реакторов есть ещё и особые причины, о которых стоит поговорить позже.

   Итак, вечером, когда нагрузка на энергосистему снижается, четвёртый реактор начали останавливать. Опустили нейтронопоглощающие стержни чуть поглубже — и цепная реакция пошла на спад.

   Обождали, пока уровень реакции стабилизируется, вновь приспустили стержни — реакция ещё ослабла… Таких ступенек до отключения нужно пройти многие десятки, чтобы реактор не покорёжило.

   Когда мощность реактора снизилась уже чуть ли не на треть, на Чернобыльскую АЭС поступила команда от диспетчера КиевЭнерго.

   Остановка агрегатов в энергосистеме — дело по возможности плановое. К моменту отключения реактора на одной из тепловых станций КиевЭнерго должны были запустить после ремонта котёл с турбогенератором. Стартующий агрегат взял бы на себя нагрузку, уходящую с широких чернобыльских плеч.

   Но ремонт, в отличие от изготовления — дело штучное. Предсказать его ход можно не всегда. Ремонтники на несколько часов задержались.

   И диспетчер КиевЭнерго попросил вновь вывести реактор на штатную мощность, чтобы в эти несколько часов избежать провала, чреватого повышенным изъятием энергии из общесоюзной системы. А при неблагоприятном раскладе что-нибудь и отключить бы пришлось.

   Энергетики дисциплинированы. Работая в единой системе, понимаешь: любая твоя ошибка ударит по многим тысячам коллег. Так что просьба диспетчера была принята к немедленному исполнению.

   Поглощающие стержни поползли вверх. И так же плавно, как предшествующее торможение, начался разгон.

   Через несколько часов тепловая станция заработала. Из КиевЭнерго сообщили, что реактор уже точно можно останавливать.

   Но время, запланированное для эксперимента, ушло. А утром начинался ремонт. Станционное руководство решило ускорить охлаждение реактора до намеченного уровня. В конце концов, штатный темп установлен с изрядным запасом. За допустимую скорость охлаждения проскакивали уже не раз — и все прекрасно знали, сколь далеко можно пойти без ущерба для реактора. Мощность стали сбрасывать не в штатном режиме, а чуть быстрее — на той самой скорости, безопасность которой уже проверена.

   Аварийную автоматику отключили сразу же. Вдруг охлаждение пойдёт ещё быстрее и подачу пара на турбину надо будет прекратить досрочно?

   Так оно и вышло. Уровень мощности, на котором намечалось стабилизироваться, чтобы в реакторе установился единый режим, с разгону проскочили. А хотелось отработать по первоначальному плану. Иначе всё равно придётся пересчитывать результаты — опять с погрешностью.

   Ну что же, можно опять разогреться. Управляющие стержни вновь пошли вверх. Но мощность реактора оставалась сниженной.

   Станция была укомплектована опытными энергетиками. Но особенности поведения именно ядерных реакторов были многим из них, похоже, непривычны. Судя по тому, что нежелание реактора вновь запускаться многих из них изумило. Изумило настолько, что включить системы автоматического управления они попросту забыли.

   А может быть, вполне сознательно не захотели. Автоматика не позволила бы заняться делом запретным — извлечением реактора из йодной ямы.

   Теплотехнические процессы — кипение воды, вращение турбины, конденсация пара — не слишком просты, но изучались веками. Так что малейшие их подробности знакомы если не каждому прохожему, то уж во всяком случае любому инженеру на электростанции. А вот цепочка событий, нагревающих ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) в ядерном реакторе, куда менее привычна. Поэтому начну с азов — знающие процесс не хуже меня могут несколько следующих разделов (по крайней мере до раздела «Кто-то теряет») спокойно пропустить.

   Ядерные реакторы и бомбы зачастую называют атомными. Но внешняя часть атома — электронная оболочка — удерживается около внутренней — ядра — сравнительно слабо. Поэтому реакции с её участием — например, горение угля — не слишком энергичны. Действительно заметные энергии связаны с преобразованиями внутри ядра.

   Состоит ядро прежде всего из протонов, чей положительный электрический заряд и притягивает отрицательные электроны. Но друг от друга протоны, естественно, отталкиваются, ибо все заряжены одинаково. Поэтому в ядре они разбавлены нейтральными частицами — нейтронами. Время от времени нейтрон выбрасывает отрицательную частицу — пи-минус-мезон — и превращается в протон. А какой-нибудь соседний протон, поглотив эту частицу, становится нейтроном. Летают внутри ядра и положительные — пи-плюс — и нейтральные — пи-ноль — мезоны, стягивая другие комбинации массивных частиц — барионов. Так коктейль из протонов с нейтронами оказывается устойчивее тех и других по отдельности. Ведь одиночный нейтрон тоже нестабилен: за немногим более 900 секунд половина из них распадётся на пи-минус мезоны и протоны. А пи-минус-мезон в свою очередь распадётся на несколько нейтральных частиц и электрон. В целом эта цепочка событий зовётся бета-распад.

   Мезоны и барионы в свою очередь сооружены из частиц помельче — кварков, для связи обменивающихся глюонами. Но эта тонкая внутренняя структура проявляется при энергиях, часто встречавшихся лишь в первые несколько минут существования нашей Вселенной. Температуры же, соответствующие характерным энергиям обмена мезонами, обычны для внутренностей нынешних звёзд. Для сравнения: энергия преобразований электронных оболочек соответствует температуре привычного пламени.

   Итак, примерно за 900 секунд распадается половина свободных нейтронов. Но за следующие 900 секунд распадутся не все оставшиеся нейтроны, а опять же половина из них. Процессы, связанные с элементарными частицами, случайны, и судьба каждой частицы не зависит от судеб других — конечно, пока они не соприкасаются. Поэтому обычная оценка продолжительности любого такого процесса — период полураспада: время, за которое процесс затронет половину частиц.

   Казалось бы, на столь ненадёжном фундаменте, как случай, твёрдые инженерные расчёты не построишь. Но в случайном процессе относительное отклонение от средних значений обратно пропорционально числу участников процесса. А даже крошечные песчинки состоят из бесчисленных миллиардов атомов. Поэтому случайными отклонениями можно пренебрегать практически всегда — чтобы сделать их значимыми, нужны особо хитрые конструкции, вроде квантовых генераторов. Весь наш мир, построенный по статистическим законам квантовой механики, выглядит вполне стабильным и предсказуемым.

   Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны. Они невесомы — значит, связанная с ними энергия может быть сколь угодно мала. Пи-мезоны довольно массивны (около седьмой части массы протона), так что переносят гарантированно большую энергию. Поэтому обеспеченное ими взаимодействие называют сильным. Хотя на фоне обмена сверхтяжёлыми по ядерным меркам глюонами оно не так уж внушительно, но в привычном нам мире не слишком высоких энергий сильнее межбарионного взаимодействия и впрямь ничего не найти.

   Но по законам квантовой механики большей энергии соответствует меньшее время, в течение которого эта энергия может проявляться произвольным образом, без явных взаимодействий. Это ограничивает дальность полёта временно порождаемых — виртуальных — частиц: ведь их скорость заведомо не превышает световой. Поэтому электромагнитное взаимодействие распространяется сколь угодно далеко (хотя, конечно, ослабевает по квадрату расстояния — далеко летят лишь низкоэнергичные фотоны) — а сильное ограничено дистанциями, сопоставимыми с размером ядра. И это, в свою очередь, ограничивает сам размер ядра.

   Чем больше в ядре протонов, тем мощнее общее их отталкивание, тем больше должна быть концентрация нейтронов. Два протона может связать даже единственный нейтрон: гелий-3 вполне устойчив — хотя вследствие других, достаточно сложных, законов мира элементарных частиц несравненно более распространён гелий-4 с двумя нейтронами. Замечу к слову, что химические свойства полностью определены числом электронов и равным ему числом протонов, так что атомы, отличающиеся только числом нейтронов, занимают в таблице Менделеева одну клетку и поэтому зовутся изотопами — единоместными. А 92 протона уранового ядра приходится удерживать почти полутора сотням нейтронов: в природе наиболее распространён уран-238.

   В таком громадном ядре противоположные частицы уже не скреплены сильным взаимодействием: пи-мезоны просто не успевают пролететь от края до края. А электрическое отталкивание, не скованное расстоянием, продолжается. Поэтому уран неустойчив. За четыре с половиной миллиарда лет распадается половина ядер урана-238, и на Земле он встречается в заметных количествах лишь благодаря тому, что ей от роду всего 5–6 миллиардов лет. Более тяжёлые элементы успели распасться полностью. Поэтому привычная таблица Менделеева кончается ураном.