Против лома нет приема? Спойлер: для ядерного реактора — есть, и ученые его ищут

Инженеры Аргоннской национальной лаборатории при Министерстве энергетики США начали проверять, как действия инсайдера могут нарушить работу пассивных систем безопасности в ядерных реакторах нового поколения ещё на стадии проектирования, до строительства и лицензирования. Исследование сосредоточено не на абстрактных угрозах, а на вполне реалистичных ситуациях, когда вмешательство совершает человек с легальным доступом к объекту, знанием внутреннего оборудования и пониманием логики работы защиты.

Пассивные системы безопасности уже много лет применяются на действующих атомных станциях по всему миру. Их надёжность подтверждена длительной эксплуатацией. В отличие от активных систем, которые зависят от электропитания, насосов и автоматизированного управления, такие решения опираются на базовые физические процессы, прежде всего на естественную циркуляцию теплоносителя и теплообмен. Даже при полном отключении электроэнергии они продолжают работать за счёт законов термодинамики. Именно поэтому в перспективных проектах, включая малые модульные реакторы и другие современные концепции, роль пассивной защиты становится ещё более значимой, а любые потенциальные уязвимости приобретают особую критичность.

Итак, в Аргонне решили разобраться, в каких ситуациях такие системы могут перестать работать, если им сознательно мешают изнутри. В качестве экспериментального образа выступает сотрудник или подрядчик, который имеет законный доступ к объекту и хорошо ориентируется в помещениях и устройстве оборудования. Исследователи анализировали реальные варианты действий, которые можно совершить без взлома охраны, и смотрели, как они отражаются на работе механизмов охлаждения и общей устойчивости системы защиты.

Вместо теоретических расчётов команда перешла к практическим испытаниям на инженерных установках. Основной площадкой стал стенд Natural Convection Shutdown Heat Removal Test Facility. Он позволяет изучать, как отводится тепло в ситуациях, когда нет электропитания и не работают насосы. На нём моделируется естественное движение теплоносителя, возникающее за счёт разницы температур между нагретыми и охлаждёнными участками. Именно на этом принципе построена работа пассивных систем охлаждения в аварийных и нештатных режимах.

Проверяли конкретные сценарии внутреннего вмешательства. Среди них — оставленные открытыми технологические люки и проёмы доступа, а также намеренно перекрытые каналы, по которым должна идти циркуляция теплоносителя. Такие действия напрямую меняют распределение температуры внутри установки: изменение конфигурации пространства влияет на тепловые потоки, а блокировка путей охлаждения нарушает сам процесс отвода тепла от активной зоны к элементам рассеивания.

Работа над проектом началась более 2 лет назад и с самого начала велась совместно с другими научными центрами. Помимо Аргоннской лаборатории, в исследованиях участвовали Sandia National Laboratories, Oak Ridge National Laboratory и Idaho National Laboratory. На первом этапе команда составила перечень правдоподобных сценариев саботажа, после чего для каждого варианта оценивались сложность реализации и возможный ущерб для систем защиты и работы реактора.

Все результаты были собраны в отчёт для Международного агентства по атомной энергии. В документе подробно разбираются риски, связанные с отводом остаточного тепла — того самого тепловыделения, которое сохраняется в реакторе после его остановки из-за радиоактивного распада продуктов деления. Даже без цепной реакции тепло продолжает накапливаться, и без стабильного охлаждения температура может подняться до опасных значений.

Анализ показал, что атомные станции изначально строятся с несколькими уровнями защиты. Контроль доступа, системы сигнализации, резервирование оборудования и продуманная инженерная логика делают целенаправленный вывод систем из строя крайне сложной задачей. При этом исследователи отмечают, что отдельные уязвимости всё же существуют, и их лучше устранять заранее, пока проекты реакторов допускают изменения без серьёзных переделок и сложных согласований.

Чтобы проверить слабые места, инженеры специально воспроизвели наиболее реалистичные сценарии на экспериментальном стенде. Во время испытаний перекрывались пути охлаждения, отдельные элементы конструкции оставлялись незакреплёнными, после чего фиксировалось поведение системы при высокой тепловой нагрузке. Такие тесты позволяют понять, как именно она реагирует на стрессовые условия и какие технические или организационные меры могут предотвратить отказ даже при вторжении.