Шведски учени стигнаха до извода, че по време на аварията в атомната електроцентрала в Чернобил е станала слаба ядрена експлозия. Експертите анализираха най-вероятния ход на ядрените реакции в реактора и симулираха метеорологичните условия за разпространението на продуктите на делене. "Lenta.ru" разказва за статия на изследователи, публикувана в списанието Nuclear Technology.
Аварията в атомната централа в Чернобил е станала на 26 април 1986 г. Катастрофата заплаши развитието на ядрената енергия в целия свят. Около гарата беше създадена зона за изключване от 30 километра. Радиоактивната утайка дори падна в района на Ленинград, а цезовите изотопи бяха открити в повишени концентрации в месо от лишеи и елени в арктическите райони на Русия.
Има различни версии за причините за бедствието. Най-често те посочват грешни действия на персонала на атомната електроцентрала в Чернобил, които доведоха до запалване на водород и унищожаване на реактора. Някои учени обаче смятат, че е имало истинска ядрена експлозия.
Кипящ ад
В атомен реактор се поддържа ядрена верижна реакция. Ядрото на тежък атом, например уран, се сблъсква с неутрон, става нестабилно и се разпада на две по-малки ядра - продукти на разпад. В процеса на делене се отделят енергия и два или три бързи свободни неутрона, което от своя страна причинява разпадането на други уранови ядра в ядрено гориво. По този начин броят на разпаданията се увеличава експоненциално, но верижната реакция вътре в реактора се контролира, за да се предотврати ядрен взрив.
В термичните ядрени реактори бързите неутрони не са подходящи за възбуждане на тежки атоми, така че тяхната кинетична енергия се намалява с помощта на модератор. Бавните неутрони, наречени термични неутрони, са по-склонни да причинят разпадане на атомите на уран-235, използвани като гориво. В такива случаи се говори за високо напречно сечение за взаимодействието на урановите ядра с неутроните. Самите топлинни неутрони се наричат така, защото са в термодинамично равновесие с околната среда.
Сърцето на атомната електроцентрала в Чернобил беше реакторът RBMK-1000 (мощен канален реактор с капацитет 1000 мегавата). По същество това е графитен цилиндър с много отвори (канали). Графитът действа като модератор, а ядреното гориво се зарежда в горивни елементи (горивни пръти) по технологичните канали. Горивните пръчки са изработени от цирконий, метал с много малко напречно сечение на улавяне на неутрони. Те позволяват на неутроните и топлината да преминат през, което загрява охлаждащата течност, предотвратявайки изтичането на продукти от разпад. Горивните пръчки могат да бъдат комбинирани в горивни сглобки (FA). Горивните елементи са характерни за хетерогенните ядрени реактори, в които модераторът е отделен от горивото.
Промоционално видео:
RBMK е реактор с един контур. Водата се използва като топлоносител, който частично се превръща в пара. Сместа пара-вода влиза в сепараторите, където парата се отделя от водата и се изпраща към генераторите на турбината. Отработената пара се кондензира и отново влиза в реактора.
RBMK капак на реактора
Имаше недостатък в дизайна на RBMK, който изигра фатална роля при бедствието в атомната електроцентрала в Чернобил. Факт е, че разстоянието между каналите беше твърде голямо и твърде много бързи неутрони бяха инхибирани от графит, превръщайки се в термични неутрони. Те се абсорбират добре от вода, но там постоянно се образуват мехурчета пара, което намалява характеристиките на абсорбция на топлоносителя. В резултат на това реактивността се увеличава, водата се загрява още повече. Тоест RBMK се отличава с достатъчно висок коефициент на реактивност на парите, което усложнява контрола върху хода на ядрената реакция. Реакторът трябва да бъде оборудван с допълнителни системи за безопасност; върху него трябва да работи само висококвалифициран персонал.
Счупете дърва за огрев
На 25 април 1986 г. в атомната електроцентрала в Чернобил е планирано спиране на четвъртия енергоблок за планирани ремонти и експеримент. Специалисти от изследователския институт за хидропроекти предложиха метод за аварийно захранване към помпите на станцията, използвайки кинетичната енергия на турбинния генератор, който се върти по инерция. Това би позволило, дори в случай на прекъсване на захранването, да се поддържа циркулацията на охлаждащата течност във веригата до включване на резервното захранване.
Според плана експериментът трябваше да започне, когато топлинната мощност на реактора спадна до 700 мегавата. Мощността беше намалена с 50 процента (1600 мегавата), а процесът на изключване на реактора беше отложен за около девет часа по искане от Киев. Веднага след като намаляването на мощността се възобнови, изведнъж спадна до почти нула поради погрешни действия на персонала на АЕЦ и ксеноново отравяне на реактора - натрупване на изотопа ксенон-135, което намалява реактивността. За да се справят с внезапния проблем, аварийните неутронно-абсорбиращи пръти бяха отстранени от RBMK, но мощността не се повиши над 200 мегавата. Въпреки нестабилната работа на реактора, експериментът започва в 01:23:04.
Диаграма на реактора на ЧАЕС
Въвеждането на допълнителни помпи увеличи натоварването на изпускащия се турбинен генератор, което намали обема на водата, влизаща в ядрото на реактора. Заедно с високата реактивност на парата, това бързо увеличава мощността на реактора. Опитът за въвеждане на абсорбиращи пръти поради лошия им дизайн само влоши ситуацията. Само 43 секунди след началото на експеримента, реакторът се срути в резултат на една или две мощни експлозии.
Завършва във вода
Очевидци твърдят, че четвъртият енергоблок на атомната електроцентрала е бил унищожен от две експлозии: вторият, най-мощният, се е случил няколко секунди след първия. Смята се, че аварийната ситуация е възникнала от спукване на тръби в охладителната система, причинено от бързото изпаряване на водата. Вода или пара реагираха с циркония в горивните клетки, причинявайки големи количества водород да се образуват и експлодират.
Шведски учени смятат, че до експлозиите са довели два различни механизма, един от които е ядрен. Първо, високият коефициент на реактивност на парата увеличи обема на прегрятата пара вътре в реактора. В резултат на това реакторът се спука и 2000-тонният му горен капак излетя на няколко десетки метра. Тъй като горивните елементи бяха прикрепени към него, имаше първично изтичане на ядрено гориво.
Унищоженият 4-ти енергиен блок на ЧАЕС
Второ, аварийното спускане на абсорбиращите пръти доведе до така наречения „краен ефект“. На Чернобил RBMK-1000 прътите се състоеха от две части - неутронна абсорбатор и графитен водоизмерител. Когато пръчката се въведе в ядрото на реактора, графитът замества неутронно абсорбиращата вода в долната част на каналите, което само повишава коефициента на реактивност на парите. Броят на топлинните неутрони се увеличава и верижната реакция става неконтролируема. Получава се малка ядрена експлозия. Потоците от продукти на делене, дори преди разрушаването на реактора, проникваха в залата, а след това - през тънкия покрив на силовия блок - влизаха в атмосферата.
За първи път експерти започнаха да говорят за ядрения характер на експлозията още през 1986 година. Тогава учени от радиационния институт Хлопин анализираха фракциите от благородни газове, получени във фабриката в Череповец, където се произвеждаха течен азот и кислород. Череповец се намира на хиляда километра северно от Чернобил, а радиоактивен облак премина над града на 29 април. Съветските изследователи установяват, че съотношението на активността на изотопите 133Xe и 133mXe е 44,5 ± 5,5. Тези изотопи са краткотрайни продукти на делене, което показва слаба ядрена експлозия.
Шведски учени изчислили колко ксенон се е образувал в реактора преди експлозията, по време на експлозията и как съотношенията на радиоактивните изотопи се променят до тяхното изпадане в Череповец. Оказа се, че съотношението на реактивността, наблюдавано в централата, може да възникне в случай на ядрена експлозия с капацитет 75 тона в еквивалент на TNT. Според анализа на метеорологичните условия за периода 25 април - 5 май 1986 г. ксеноновите изотопи се покачват на височина до три километра, което предотвратява смесването му с ксенона, който се е образувал в реактора още преди аварията.