Пожежа у Віндскейлі — одна з найсерйозніших аварій в історії розвитку ядерної енергетики та атомної промисловості Великої Британії. Вона сталася 10 жовтня 1957 року на першому реакторі комплексу Віндскейл (Windscale Pile No. 1), розташованого на узбережжі Ірландського моря в графстві Камберленд (нині графство Камбрія, Англія). Під час аварії відбулося займання графітового осердя реактора, що призвело до тривалого неконтрольованого горіння, пошкодження активної зони та значного викиду радіоактивних ізотопів в атмосферу.

Пожежа стала першою великою ядерною аварією у Західній Європі й була класифікована за Міжнародною шкалою ядерних подій (INES) як аварія 5-го рівня («аварія з широкими наслідками»). Вона істотно вплинула на розвиток міжнародних стандартів ядерної безпеки, систем моніторингу радіації та підходів до проєктування ядерних реакторів.

Географічне розташування

Комплекс Віндскейл знаходився на західному узбережжі Англії, поблизу селища Сіскейл (Seascale) на березі Ірландського моря.

Після аварії та реорганізації британської ядерної галузі комплекс отримав нову назву — Селлафілд (Sellafield), під якою він відомий сьогодні.

Розташування було обране після Другої світової війни через низку переваг:

  • віддаленість від великих міст;
  • наявність значних запасів води для охолодження;
  • зручний вихід до морського узбережжя;
  • можливість створення великої закритої промислової території.

Передумови створення комплексу

Після завершення Другої світової війни Велика Британія розпочала реалізацію власної програми створення ядерної зброї.

У 1947 році уряд ухвалив рішення про будівництво двох великих графітових реакторів для виробництва плутонію військового призначення.

Комплекс отримав назву Windscale Piles.

Основним завданням реакторів було виробництво:

  • плутонію-239;
  • тритію;
  • інших матеріалів для британської ядерної програми.

На той час Велика Британія прагнула стати третьою державою світу після США та СРСР, яка володіла власною ядерною зброєю.

Будівництво реакторів

Будівництво реакторів розпочалося у 1947 році.

Перший реактор був введений в експлуатацію у жовтні 1950 року.

Другий реактор почав працювати у 1951 році.

Обидва реактори були побудовані за порівняно простою конструкцією, яка відображала терміновість реалізації військової програми.

Основними елементами реакторів були:

  • графітовий сповільнювач нейтронів;
  • природний уран у металевій оболонці;
  • повітряне охолодження;
  • високі вентиляційні труби;
  • фільтри для очищення повітря.

Повітря для охолодження засмоктувалося потужними вентиляторами, проходило через графітове осердя та викидалося через високу димову трубу.

Для того часу така конструкція вважалася достатньо безпечною, хоча вже тоді деякі інженери висловлювали занепокоєння щодо можливості займання графіту.

Конструкція реактора

Реактор Windscale Pile являв собою величезний графітовий блок масою близько 2 000 тонн.

У ньому знаходилося понад дві тисячі горизонтальних каналів.

У канали вставлялися:

  • паливні елементи;
  • керувальні стрижні;
  • вимірювальні прилади.

Паливом слугував природний металевий уран.

Охолодження здійснювалося атмосферним повітрям.

На відміну від сучасних реакторів, у конструкції не використовували:

  • герметичну захисну оболонку (контайнмент);
  • водяне охолодження;
  • сучасні автоматичні системи аварійного захисту.

У результаті будь-яке займання всередині реактора могло швидко поширитися по графітовому масиву.

Ефект Вігнера

Однією з головних особливостей графітових реакторів є накопичення так званої енергії Вігнера.

Під дією потоку нейтронів кристалічна решітка графіту деформується.

У графіті накопичується потенційна енергія.

Якщо її не вивільняти контрольовано, можливе різке виділення тепла.

Для усунення цього ефекту періодично проводили спеціальну процедуру — відпал Вігнера.

Під час неї реактор повільно нагрівали до температури приблизно 250–350 °C.

Накопичена енергія поступово вивільнялася, після чого температура поверталася до нормального рівня.

Саме ця процедура відіграла вирішальну роль у виникненні аварії.

Зміни в роботі реактора

У середині 1950-х років британський уряд поставив вимогу збільшити виробництво тритію для створення термоядерної зброї.

Для цього у реакторах почали використовувати нові матеріали та інші режими роботи.

Ці зміни:

  • збільшували теплове навантаження;
  • ускладнювали контроль температури;
  • погіршували прогнозування накопичення енергії Вігнера;
  • створювали додаткові ризики.

Попри це, конструкція реакторів практично не була модернізована.

Передумови аварії

До жовтня 1957 року реактор уже багато років працював із високим навантаженням.

Черговий відпал Вігнера було заплановано на початок жовтня.

Під час процедури оператори спочатку нагріли реактор.

Після завершення першого етапу вимірювальні прилади показали, що температура знижується недостатньо рівномірно.

Було зроблено висновок, що частина накопиченої енергії залишилася у графіті.

Керівництво ухвалило рішення провести додатковий цикл нагрівання.

Саме це рішення стало фатальним і призвело до розвитку подій, які завершилися однією з найвідоміших аварій в історії атомної енергетики.

Початок аварії

Уранці 10 жовтня 1957 року на реакторі Windscale Pile No. 1 проводилася чергова операція з вивільнення енергії Вігнера. Після першого циклу нагрівання оператори дійшли висновку, що процес пройшов не повністю, оскільки частина температурних датчиків показувала незвичайний розподіл температури.

Причиною помилкового висновку стала недосконалість системи контролю. Реактор мав лише обмежену кількість термопар, розташованих у різних точках графітового блока. Вони не дозволяли отримати повну картину температурного поля всередині активної зони.

Було прийнято рішення провести другий цикл нагрівання, хоча реальний стан реактора був невідомий.

Додатковий нагрів значно підвищив температуру окремих ділянок графітового осердя.

Перші ознаки небезпеки

Після другого нагрівання оператори зафіксували аномальні показники.

Спостерігалися:

  • різке підвищення температури;
  • збільшення рівня радіації;
  • нестандартна поведінка паливних каналів;
  • зміни повітряного потоку.

Під час перевірки було помічено, що деякі паливні елементи світяться яскраво-червоним кольором, що свідчило про їх сильне перегрівання.

Однак персонал ще не усвідомлював масштабів проблеми.

Виникнення пожежі

У результаті перегрівання відбулося руйнування оболонок уранових паливних елементів.

Температура в окремих ділянках реактора перевищила 1000 °C, а в осередках горіння, за сучасними оцінками, могла досягати 1300–1400 °C.

Спочатку загорівся металевий уран, після чого полум’я поширилося на графітовий сповільнювач.

Оскільки графіт є горючим матеріалом за високих температур у присутності кисню, повітряне охолодження фактично почало підтримувати горіння.

Таким чином система охолодження, призначена для відведення тепла, стала одним із чинників розвитку аварії.

Виявлення пожежі

Оператори намагалися визначити місце займання.

Для цього вони використали спеціальні оглядові канали.

Під час огляду було видно:

  • яскраво-червоне світіння;
  • полум’я всередині графітового блока;
  • уламки паливних елементів;
  • розпечений графіт.

Керівник зміни Томас Туохі (Thomas Tuohy) одним із перших зрозумів, що всередині реактора виникла масштабна пожежа.

На той час подібних аварій ще ніколи не траплялося, тому готових інструкцій фактично не існувало.

Перші спроби ліквідації

Спочатку було вирішено збільшити подачу повітря через реактор.

Інженери припускали, що сильніший потік допоможе охолодити графіт.

Насправді сталося протилежне.

Додатковий кисень лише посилив горіння.

Температура продовжувала швидко зростати.

Видалення палива

Наступним рішенням стало вилучення частини паливних елементів із реактора.

Працівники вручну витягували окремі паливні канали за допомогою спеціальних дистанційних пристроїв.

Ця робота була надзвичайно небезпечною через:

  • дуже високі температури;
  • сильне радіаційне випромінювання;
  • ризик поширення пожежі;
  • можливість руйнування конструкції реактора.

Попри небезпеку, вдалося видалити частину найбільш перегрітих паливних елементів.

Однак це не зупинило розвиток пожежі.

Спроба використання вуглекислого газу

Після невдачі з повітряним охолодженням було вирішено застосувати вуглекислий газ.

Передбачалося, що CO₂ витіснить кисень і припинить горіння.

Проте система подачі газу мала недостатню продуктивність.

Крім того, температура всередині реактора була настільки високою, що цей метод не дав помітного результату.

Пожежа продовжувала поширюватися.

Радіоактивний викид

Під час горіння руйнувалися паливні елементи.

У навколишнє середовище потрапляли продукти поділу ядерного палива.

Основними радіоактивними ізотопами, що вивільнилися, були:

  • йод-131;
  • цезій-137;
  • полоній-210;
  • ксенон-133;
  • криптон-85;
  • стронцій-90 (у менших кількостях).

Гарячі гази разом із радіонуклідами виходили через вентиляційну трубу реактора.

Роль фільтрів

Під час проєктування реакторів фізик-лауреат Нобелівської премії Джон Кокрофт наполіг на встановленні спеціальних високоефективних повітряних фільтрів на вентиляційних трубах.

Багато інженерів вважали їх зайвими й навіть іронічно називали «дурістю Кокрофта» (Cockcroft’s Folly), оскільки встановлення фільтрів суттєво ускладнювало конструкцію та збільшувало вартість проєкту.

Під час пожежі саме ці фільтри затримали значну частину радіоактивних аерозолів і паливних частинок.

Пізніші дослідження показали, що без них масштаби радіоактивного забруднення могли бути в кілька разів більшими.

Критичний момент

До вечора 10 жовтня стало очевидно, що пожежу не вдається локалізувати.

Температура в окремих частинах реактора залишалася надзвичайно високою.

Існувала небезпека:

  • подальшого поширення полум’я;
  • руйнування більшої частини активної зони;
  • значно більшого радіоактивного викиду;
  • переходу пожежі на інші паливні канали.

Перед керівництвом постало питання про застосування методу, який раніше вважався надто ризикованим, — гасіння реактора водою.

Багато фахівців побоювалися, що контакт води з розпеченим металевим ураном і графітом може призвести до утворення водню, парових вибухів або ще більшого пошкодження реактора. Однак, з огляду на розвиток аварії, інші способи фактично були вичерпані.

Гасіння реактора водою

Після того як спроби ліквідувати пожежу за допомогою збільшення потоку повітря та подачі вуглекислого газу не дали результату, керівництво комплексу опинилося перед складним вибором. Використання води для гасіння графітового реактора вважалося вкрай небезпечним, оскільки при контакті розпеченого металевого урану з водою може відбуватися хімічна реакція з виділенням водню. Це створювало ризик вибуху та ще більшого пошкодження реактора.

Попри ці побоювання, керівник робіт Томас Туохі дійшов висновку, що без застосування води пожежу вже неможливо зупинити. Було прийнято рішення розпочати подачу води безпосередньо до активної зони.

Спочатку воду подавали невеликими порціями через технологічні канали. Однак через високу температуру значна її частина миттєво випаровувалася, не досягаючи осередків займання.

Після цього витрату води поступово збільшили.

Особиста участь керівника аварійних робіт

Томас Туохі особисто піднявся на верхню частину реактора, щоб оцінити ситуацію.

З оглядових каналів він побачив:

  • яскраве полум’я;
  • розпечений графіт;
  • уламки паливних елементів;
  • інтенсивне світіння всередині активної зони.

Це остаточно підтвердило, що реактор охоплений масштабною пожежею.

Після огляду він наказав максимально збільшити подачу води.

Згодом саме це рішення було визнано таким, що врятувало ситуацію від значно масштабнішої катастрофи.

Локалізація пожежі

Поступово вода почала охолоджувати графітовий блок.

Температура активної зони почала знижуватися.

До ранку 11 жовтня 1957 року інтенсивність горіння значно зменшилася.

Окремі осередки займання ще залишалися, однак їх уже можна було контролювати.

Остаточно пожежу було ліквідовано після тривалого охолодження реактора.

За різними оцінками, активне горіння тривало приблизно 36 годин.

Масштаби пошкодження реактора

Після ліквідації пожежі було проведено обстеження активної зони.

Встановлено, що:

  • значна частина графітового блока була пошкоджена;
  • сотні паливних елементів зруйнувалися;
  • численні технологічні канали деформувалися;
  • внутрішні конструкції реактора зазнали сильного термічного впливу.

Реактор № 1 більше ніколи не вводився в експлуатацію.

Другий реактор комплексу працював ще кілька років, але після переоцінки ризиків його також було остаточно зупинено.

Радіоактивний викид

Пожежа супроводжувалася значним викидом радіоактивних речовин у навколишнє середовище.

Найбільшу небезпеку становив йод-131, який легко накопичується в щитоподібній залозі людини, особливо у дітей.

За сучасними оцінками, під час аварії в атмосферу потрапило приблизно:

  • 740 терабекерелів (ТБк) йоду-131;
  • близько 22 ТБк цезію-137;
  • приблизно 12 000 ТБк ксенону-133;
  • менші кількості стронцію-90, полонію-210 та інших радіонуклідів.

Хмара радіоактивних речовин перемістилася над північною Англією, Ірландським морем і частково досягла території континентальної Європи.

Поширення радіоактивного забруднення

Найбільше забруднення було зафіксовано в районах:

  • Камберленду;
  • Західморленду;
  • Ланкаширу;
  • південних районів Шотландії.

Невеликі концентрації радіонуклідів були виявлені також у:

  • Уельсі;
  • Ірландії;
  • Данії;
  • Норвегії;
  • Бельгії;
  • Нідерландах.

Завдяки переважанню західних вітрів основна частина радіоактивних речовин була винесена над Ірландське море.

Забруднення молока

Найсерйознішою проблемою став викид йоду-131.

Після випадіння радіоактивних опадів він осів на траві.

Корів, які паслися на забруднених пасовищах, продовжували доїти, і йод-131 швидко потрапив до молока.

Через кілька днів після аварії було встановлено, що в багатьох районах концентрація радіоактивного йоду в молоці перевищує допустимі норми.

Заборона реалізації молока

Британська влада ухвалила рішення вилучити молоко із забруднених районів.

Було введено тимчасову заборону на його продаж у зоні площею близько 500 км².

Щодня утилізували приблизно 2 мільйони літрів молока.

Зібране молоко:

  • перевозили в спеціальних цистернах;
  • змішували з великою кількістю води;
  • скидали в Ірландське море через спеціально визначені місця.

На момент аварії цей спосіб вважався найефективнішим для швидкого усунення загрози населенню.

Медичні наслідки

Безпосередньо під час пожежі ніхто не загинув.

Також не було зафіксовано випадків гострої променевої хвороби серед персоналу або населення.

Однак у наступні десятиліття численні наукові дослідження намагалися оцінити довгострокові наслідки опромінення.

За оцінками британських експертів, аварія могла стати причиною приблизно 100–240 додаткових випадків онкологічних захворювань, переважно раку щитоподібної залози та деяких інших форм злоякісних пухлин. Інші моделі ризику дають дещо відмінні результати, але всі вони свідчать, що основний внесок у дозове навантаження населення зробив саме йод-131.

Дії уряду

Одразу після аварії уряд Великої Британії організував:

  • постійний радіаційний моніторинг;
  • перевірку сільськогосподарської продукції;
  • лабораторний контроль молока;
  • спостереження за здоров’ям населення;
  • аналіз забруднення навколишнього середовища.

Водночас значна частина інформації про масштаби аварії залишалася засекреченою через її зв’язок із британською військовою ядерною програмою. Лише через багато років після розсекречення документів стало можливим детально реконструювати перебіг подій та оцінити реальні масштаби аварії.

Розслідування причин аварії

Одразу після ліквідації пожежі уряд Великої Британії створив спеціальну комісію для розслідування причин аварії. Її очолив британський фізик і державний службовець Вільям Пенні, який на той час був одним із провідних фахівців британської ядерної програми.

Комісія отримала завдання:

  • встановити безпосередні причини пожежі;
  • оцінити масштаби пошкодження реактора;
  • визначити рівень радіоактивного забруднення;
  • виробити рекомендації щодо недопущення подібних аварій у майбутньому.

Результатом роботи стала «Доповідь Пенні» (Penney Report), опублікована наприкінці 1957 року. Хоча основний текст було оприлюднено, окремі розділи, пов’язані з військовим призначенням реакторів і масштабами викидів, залишалися засекреченими протягом десятиліть.

Основні причини пожежі

Розслідування показало, що аварія стала наслідком поєднання кількох чинників.

Неповне розуміння ефекту Вігнера

На момент експлуатації реакторів фізичні процеси накопичення енергії Вігнера були вивчені недостатньо.

Інженери не могли точно визначити:

  • кількість накопиченої енергії;
  • її розподіл у графітовому масиві;
  • оптимальний режим відпалу.

Унаслідок цього було проведено повторне нагрівання реактора, яке спричинило локальний перегрів.

Недосконала система контролю

Реактор мав дуже обмежену кількість температурних датчиків.

Вони вимірювали температуру лише в окремих точках графітового блока.

У результаті оператори не бачили реальної картини процесів усередині активної зони.

Сучасні реактори використовують сотні або навіть тисячі датчиків, що дозволяє оперативно виявляти небезпечні відхилення.

Конструктивні особливості реактора

До недоліків конструкції належали:

  • повітряне охолодження;
  • використання графіту як сповільнювача;
  • застосування металевого урану;
  • відсутність герметичної захисної оболонки (контайнменту);
  • обмежені можливості аварійного охолодження.

Таке поєднання рішень було продиктоване потребами швидкого виробництва плутонію, а не максимальним рівнем безпеки.

Організаційні чинники

Комісія також звернула увагу на управлінські проблеми.

Зокрема:

  • недостатній обмін інформацією між інженерами та керівництвом;
  • політичний тиск щодо збільшення виробництва плутонію і тритію;
  • обмежені експериментальні дані про роботу реактора;
  • відсутність детальних інструкцій для дій у подібній ситуації.

Засекречування інформації

Оскільки реактори Віндскейла були побудовані насамперед для військової ядерної програми, значна частина інформації про аварію не була одразу оприлюднена.

У наступні десятиліття були розсекречені документи, які свідчили, що:

  • масштаби викиду деяких ізотопів спочатку були недооцінені;
  • роль виробництва тритію у виникненні аварії тривалий час не розкривалася;
  • окремі результати медичних досліджень були опубліковані лише через багато років.

Після розсекречення архівів історики та фахівці з ядерної безпеки змогли точніше відтворити перебіг подій.

Міжнародна реакція

На момент аварії інформація про неї поширювалася повільно, а міжнародна система оперативного повідомлення про ядерні інциденти ще не існувала.

Попри це, пожежа у Віндскейлі викликала значний резонанс серед країн, що розвивали власні атомні програми.

Аварія привернула увагу до таких питань:

  • безпечність графітових реакторів;
  • ризики повітряного охолодження;
  • необхідність незалежного контролю за ядерними об’єктами;
  • потреба в міжнародному обміні інформацією.

Подальший розвиток міжнародного співробітництва у сфері ядерної безпеки, зокрема в рамках Міжнародне агентство з атомної енергії, значною мірою враховував уроки цієї аварії.

Вплив на розвиток ядерної енергетики

Пожежа у Віндскейлі стала одним із переломних моментів у розвитку атомної галузі.

Після аварії було переглянуто підходи до:

  • проєктування реакторів;
  • систем аварійного охолодження;
  • радіаційного моніторингу;
  • контролю температури;
  • фільтрації вентиляційних викидів;
  • підготовки персоналу.

Особливу увагу почали приділяти створенню герметичних захисних оболонок реакторів, які здатні утримувати радіоактивні речовини навіть у разі важкої аварії.

Класифікація аварії

Після запровадження у 1990 році Міжнародної шкали ядерних і радіологічних подій (INES) пожежу у Віндскейлі було віднесено до 5-го рівня — «аварія з широкими наслідками».

Такий самий рівень мають, зокрема:

  • Аварія на атомній електростанції Трі-Майл-Айленд (1979);
  • Аварія на Гоянійському радіологічному об’єкті (1987).

Вищий, 7-й рівень за шкалою INES, отримали лише дві катастрофи:

  • Чорнобильська атомна електростанція (1986);
  • Аварія на атомній електростанції Фукусіма-Даїчі (2011).

Подальша доля реакторів

Після аварії реактор Windscale Pile No. 1 був остаточно виведений з експлуатації.

Другий реактор (Pile No. 2) продовжував працювати ще певний час, однак після комплексної оцінки безпеки його також зупинили.

Згодом комплекс Віндскейл був реорганізований і перейменований на Селлафілд (Sellafield).

Сьогодні основними напрямами діяльності майданчика є:

  • переробка відпрацьованого ядерного палива;
  • зберігання радіоактивних матеріалів;
  • поводження з радіоактивними відходами;
  • поетапне виведення старих ядерних об’єктів з експлуатації.

Демонтаж і виведення з експлуатації

Через високий рівень радіоактивного забруднення демонтаж реактора розтягнувся на багато десятиліть.

Основні труднощі пов’язані з:

  • високою радіоактивністю графіту;
  • пошкодженим паливом;
  • великим обсягом радіоактивних відходів;
  • необхідністю використання дистанційно керованої техніки.

Роботи з виведення з експлуатації окремих об’єктів майданчика тривають і в XXI столітті.

Історичне значення

Пожежа у Віндскейлі стала першою великою аварією на реакторі промислового масштабу у Західній Європі та однією з найважливіших подій в історії світової атомної галузі.

Її уроки суттєво вплинули на розвиток ядерної інженерії, змінивши підходи до проєктування реакторів, систем контролю, культури безпеки та міжнародного співробітництва.

Аварія продемонструвала, що навіть відносно невеликий за сучасними мірками реактор може стати джерелом значного радіоактивного забруднення за поєднання конструктивних недоліків, недостатнього розуміння фізичних процесів і організаційних помилок.

Сьогодні пожежа у Віндскейлі розглядається як одна з ключових подій, що сформували сучасні принципи ядерної безпеки. Її досвід і досі вивчають у навчальних програмах з ядерної фізики, радіаційної безпеки та управління ризиками, а висновки розслідування залишаються актуальними для експлуатації ядерних установок у всьому світі.

Дещо інше: