Szwedzcy naukowcy doszli do wniosku, że podczas wypadku w elektrowni atomowej w Czarnobylu doszło do słabej eksplozji jądrowej. Eksperci przeanalizowali najbardziej prawdopodobny przebieg reakcji jądrowych w reaktorze i przeprowadzili symulację warunków meteorologicznych dla rozprzestrzeniania się produktów rozszczepienia. „Lenta.ru” opowiada o artykule naukowców opublikowanym w czasopiśmie Nuclear Technology.
Wypadek w elektrowni atomowej w Czarnobylu miał miejsce 26 kwietnia 1986 roku. Katastrofa zagroziła rozwojowi energetyki jądrowej na całym świecie. Wokół stacji utworzono 30-kilometrową strefę zamkniętą. Opad radioaktywny spadł nawet w regionie Leningradu, a izotopy cezu znaleziono w zwiększonych stężeniach w mięsie porostów i jeleni w arktycznych regionach Rosji.
Istnieją różne wersje przyczyn katastrofy. Najczęściej wskazują one na niewłaściwe działania personelu elektrowni jądrowej w Czarnobylu, które doprowadziły do zapłonu wodoru i zniszczenia reaktora. Jednak niektórzy naukowcy uważają, że nastąpiła prawdziwa eksplozja jądrowa.
Wrzące piekło
W reaktorze atomowym utrzymuje się łańcuchowa reakcja jądrowa. Jądro ciężkiego atomu, na przykład uranu, zderza się z neutronem, staje się niestabilne i rozpada się na dwa mniejsze jądra - produkty rozpadu. W procesie rozszczepienia uwalniana jest energia i dwa lub trzy szybkie wolne neutrony, które z kolei powodują rozpad innych jąder uranu w paliwie jądrowym. Liczba rozpadów rośnie zatem wykładniczo, ale reakcja łańcuchowa wewnątrz reaktora jest pod kontrolą, co zapobiega wybuchowi nuklearnemu.
W termicznych reaktorach jądrowych szybkie neutrony nie nadają się do wzbudzania ciężkich atomów, dlatego ich energia kinetyczna jest redukowana za pomocą moderatora. Wolne neutrony, zwane neutronami termicznymi, z większym prawdopodobieństwem powodują rozpad atomów uranu-235 wykorzystywanych jako paliwo. W takich przypadkach mówi się o dużym przekroju poprzecznym dla interakcji jąder uranu z neutronami. Same neutrony termiczne są tak nazywane, ponieważ znajdują się w równowadze termodynamicznej z otoczeniem.
Sercem elektrowni jądrowej w Czarnobylu był reaktor RBMK-1000 (reaktor kanałowy dużej mocy o mocy 1000 megawatów). Zasadniczo jest to grafitowy cylinder z wieloma otworami (kanałami). Grafit pełni rolę moderatora, a paliwo jądrowe jest ładowane do elementów paliwowych (prętów paliwowych) kanałami technologicznymi. Pręty paliwowe są wykonane z cyrkonu, metalu o bardzo małym przekroju wychwytywania neutronów. Pozwalają na przenikanie neutronów i ciepła, co podgrzewa chłodziwo, zapobiegając wyciekowi produktów rozpadu. Pręty paliwowe można łączyć w zespoły paliwowe (FA). Elementy paliwowe są charakterystyczne dla heterogenicznych reaktorów jądrowych, w których moderator jest oddzielony od paliwa.
Film promocyjny:
RBMK to reaktor z jedną pętlą. Woda jest używana jako nośnik ciepła, który częściowo zamienia się w parę. Mieszanina wodno-parowa trafia do separatorów, gdzie para jest oddzielana od wody i kierowana do turbin. Zużyta para jest skraplana i ponownie wchodzi do reaktora.
Pokrywa reaktora RBMK
Wystąpił błąd w konstrukcji RBMK, który odegrał fatalną rolę w katastrofie w elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Faktem jest, że odległość między kanałami była zbyt duża i zbyt wiele szybkich neutronów było hamowanych przez grafit, zamieniając się w neutrony termiczne. Są dobrze wchłaniane przez wodę, ale stale tworzą się tam pęcherzyki pary, co zmniejsza właściwości absorpcyjne nośnika ciepła. W efekcie wzrasta reaktywność, woda jeszcze bardziej się nagrzewa. Oznacza to, że RBMK wyróżnia się wystarczająco wysokim współczynnikiem reaktywności pary, co komplikuje kontrolę nad przebiegiem reakcji jądrowej. Reaktor powinien być wyposażony w dodatkowe systemy bezpieczeństwa, przy jego budowie może pracować tylko wysoko wykwalifikowany personel.
Złamane drewno opałowe
25 kwietnia 1986 r. Zaplanowano wyłączenie czwartego bloku energetycznego w elektrowni jądrowej w Czarnobylu w celu przeprowadzenia planowych napraw i eksperymentu. Eksperci z Instytutu Badawczego Hydroproject zaproponowali sposób awaryjnego zasilania pomp stacji z wykorzystaniem energii kinetycznej wirującego bezwładnościowego turbogeneratora. Pozwoliłoby to nawet w przypadku przerwy w dostawie prądu na utrzymanie obiegu chłodziwa w obwodzie do momentu włączenia zasilania rezerwowego.
Zgodnie z planem eksperyment miał się rozpocząć, gdy moc cieplna reaktora spadnie do 700 megawatów. Moc została zmniejszona o 50 procent (1600 megawatów), a proces wyłączania reaktora został przesunięty o około dziewięć godzin na prośbę Kijowa. Po wznowieniu spadku mocy spadł on nieoczekiwanie do niemal zera z powodu błędnych działań personelu elektrowni jądrowej i zatrucia ksenonem reaktora - nagromadzenia się izotopu ksenonu-135, co zmniejsza reaktywność. Aby poradzić sobie z nagłym problemem, awaryjne pręty absorbujące neutrony zostały usunięte z RBMK, ale moc nie wzrosła powyżej 200 megawatów. Pomimo niestabilnej pracy reaktora, eksperyment rozpoczął się o godzinie 01:23:04.
Schemat reaktora ChNPP
Wprowadzenie dodatkowych pomp zwiększyło obciążenie wybiegającego generatora turbinowego, co zmniejszyło ilość wody wpływającej do rdzenia reaktora. Wraz z wysoką reaktywnością pary szybko zwiększyło to moc reaktora. Próba wprowadzenia prętów absorbujących ze względu na ich kiepską konstrukcję tylko pogorszyła sytuację. Zaledwie 43 sekundy po rozpoczęciu eksperymentu reaktor zawalił się w wyniku jednej lub dwóch potężnych eksplozji.
Kończy się w wodzie
Naoczni świadkowie twierdzą, że czwarty blok elektrowni atomowej został zniszczony przez dwie eksplozje: druga, najpotężniejsza, miała miejsce kilka sekund po pierwszej. Uważa się, że sytuacja awaryjna powstała w wyniku pęknięcia rur w układzie chłodzenia, spowodowanego szybkim odparowaniem wody. Woda lub para reagowały z cyrkonem w ogniwach paliwowych, powodując powstanie i eksplozję dużych ilości wodoru.
Szwedzcy naukowcy uważają, że do eksplozji doprowadziły dwa różne mechanizmy, z których jeden był nuklearny. Po pierwsze, wysoki współczynnik reaktywności pary spowodował zwiększenie objętości przegrzanej pary wewnątrz reaktora. W rezultacie reaktor pękł, a jego 2000-tonowa górna pokrywa poleciała w górę kilkadziesiąt metrów. Ponieważ elementy paliwowe zostały do niego przymocowane, nastąpił pierwotny wyciek paliwa jądrowego.
Zniszczona czwarta jednostka napędowa ChNPP
Po drugie, awaryjne opuszczanie prętów amortyzatora doprowadziło do tzw. „Efektu końcowego”. W czarnobylskim RBMK-1000 pręty składały się z dwóch części - absorbera neutronów i grafitowego wypieracza wody. Gdy pręt jest wprowadzany do rdzenia reaktora, grafit zastępuje neutron absorbujący wodę w dolnej części kanałów, co tylko zwiększa współczynnik reaktywności pary. Liczba neutronów termicznych wzrasta, a reakcja łańcuchowa staje się niekontrolowana. Następuje mała eksplozja jądrowa. Strumienie produktów rozszczepienia jeszcze przed zniszczeniem reaktora przenikały do hali, a następnie - przez cienki dach bloku energetycznego - przedostawały się do atmosfery.
Po raz pierwszy eksperci zaczęli mówić o nuklearnym charakterze eksplozji już w 1986 roku. Następnie naukowcy z Instytutu Khlopin Radium przeanalizowali frakcje gazów szlachetnych otrzymywane w fabryce Cherepovets, w której wytwarzano ciekły azot i tlen. Czerepowiec znajduje się tysiąc kilometrów na północ od Czarnobyla, a 29 kwietnia nad miastem przeszła radioaktywna chmura. Radzieccy naukowcy odkryli, że stosunek aktywności izotopów 133Xe i 133mXe wynosił 44,5 ± 5,5. Te izotopy są krótkotrwałymi produktami rozszczepienia, wskazującymi na słabą eksplozję jądrową.
Szwedzcy naukowcy obliczyli, ile ksenonu powstało w reaktorze przed eksplozją, podczas eksplozji i jak zmieniły się proporcje izotopów radioaktywnych do ich opadu w Czerepowcu. Okazało się, że stosunek reaktywności obserwowanych w elektrowni może powstać w przypadku wybuchu jądrowego o mocy 75 ton w ekwiwalencie trotylu. Według analizy warunków meteorologicznych w okresie 25 kwietnia - 5 maja 1986 r. Izotopy ksenonu wzrosły do wysokości trzech kilometrów, co uniemożliwiło ich zmieszanie się z ksenonem, który powstał w reaktorze przed wypadkiem.