Zviedrijas zinātnieki secinājuši, ka avārijas laikā Černobiļas atomelektrostacijā notika vājš kodolsprādziens. Eksperti analizēja visticamāko kodolreakciju gaitu reaktorā un simulēja meteoroloģiskos apstākļus skaldīšanās produktu izplatībai. "Lenta.ru" stāsta par pētnieku rakstu, kas publicēts žurnālā Nuclear Technology.
Negadījums Černobiļas atomelektrostacijā notika 1986. gada 26. aprīlī. Katastrofa draudēja kodolenerģijas attīstībai visā pasaulē. Ap staciju tika izveidota 30 kilometru gara aizlieguma zona. Radioaktīvie nokrišņi pat samazinājās Ļeņingradas apgabalā, un cēzija izotopi tika konstatēti paaugstinātā koncentrācijā ķērpjos un briežu gaļā Krievijas Arktikas reģionos.
Katastrofas cēloņiem ir dažādas versijas. Visbiežāk tie norāda uz Černobiļas atomelektrostacijas personāla nepareizu rīcību, kas izraisīja ūdeņraža aizdegšanos un reaktora iznīcināšanu. Tomēr daži zinātnieki uzskata, ka notika īsts kodolsprādziens.
Vārīšanās elle
Kodolķēdes reakcija tiek uzturēta atomreaktorā. Smagā atoma kodols, piemēram, urāns, saduras ar neitronu, kļūst nestabils un sadalās divos mazākos kodolu sabrukšanas produktos. Sadalīšanās procesā tiek atbrīvota enerģija un divi vai trīs ātri brīvi neitroni, kas savukārt izraisa citu urāna kodolu sabrukšanu kodoldegvielā. Tādējādi sabrukšanas gadījumu skaits palielinās eksponenciāli, bet ķēdes reakcija reaktora iekšienē tiek kontrolēta, lai novērstu kodolsprādzienu.
Termiskajos kodolreaktoros ātrie neitroni nav piemēroti aizraujošiem smagajiem atomiem, tāpēc, izmantojot moderatoru, to kinētiskā enerģija tiek samazināta. Lēnie neitroni, ko sauc par termiskajiem neitroniem, biežāk izraisa urāna-235 atomu, kas tiek izmantoti kā degviela, sabrukšanu. Šādos gadījumos runā par lielu šķērsgriezumu urāna kodolu mijiedarbībai ar neitroniem. Paši termiskie neitroni tiek saukti tāpēc, ka tie atrodas termodinamiskā līdzsvarā ar vidi.
Černobiļas atomelektrostacijas sirds bija RBMK-1000 reaktors (lieljaudas kanālu reaktors ar jaudu 1000 megavatu). Būtībā tas ir grafīta cilindrs ar daudziem caurumiem (kanāliem). Grafīts darbojas kā moderators, un kodoldegviela tiek iekrauta degvielas elementos (degvielas stieņos) caur tehnoloģiskajiem kanāliem. Degvielas stieņi ir izgatavoti no cirkonija, metāla, ar ļoti mazu neitronu uztveršanas šķērsgriezumu. Tie ļauj neitroniem un siltumam iziet cauri, kas silda dzesēšanas šķidrumu, novēršot pūšanas produktu noplūdi. Degvielas stieņus var apvienot degvielas komplektos (FA). Degvielas elementi ir raksturīgi neviendabīgiem kodolreaktoriem, kuros moderators ir atdalīts no degvielas.
Reklāmas video:
RBMK ir vienas cilpas reaktors. Ūdens tiek izmantots kā siltumnesējs, kas daļēji pārvēršas tvaikā. Tvaika un ūdens maisījums nonāk separatoros, kur tvaiku atdala no ūdens un nosūta uz turbīnu ģeneratoriem. Izlietotais tvaiks tiek kondensēts un atkal nonāk reaktorā.
RBMK reaktora vāks
RBMK konstrukcijā bija kļūda, kurai bija liktenīga loma katastrofā Černobiļas atomelektrostacijā. Fakts ir tāds, ka attālums starp kanāliem bija pārāk liels, un grafīts kavē pārāk daudz ātru neitronu, pārvēršoties termiskajos neitronos. Tos labi absorbē ūdens, bet tur pastāvīgi veidojas tvaika burbuļi, kas samazina siltumnesēja absorbcijas īpašības. Tā rezultātā palielinās reaģētspēja, ūdens uzsilst vēl vairāk. Tas ir, RBMK izceļas ar pietiekami augstu tvaika reaktivitātes koeficientu, kas sarežģī kontroli pār kodolreakcijas gaitu. Reaktoram jābūt aprīkotam ar papildu drošības sistēmām; tajā jādarbojas tikai augsti kvalificētam personālam.
Salauzta malka
Černobiļas atomelektrostacijā 1986. gada 25. aprīlī tika plānota ceturtā energobloka slēgšana, lai veiktu plānotos remontdarbus un eksperimentu. Pētniecības institūta "Hydroproject" speciālisti ir ierosinājuši stacijas sūkņu avārijas barošanas metodi, izmantojot inerces rotējoša turbīnas ģeneratora kinētisko enerģiju. Tas ļautu pat strāvas padeves pārtraukuma gadījumā uzturēt dzesēšanas šķidruma cirkulāciju ķēdē līdz rezerves barošanas ieslēgšanai.
Saskaņā ar plānu eksperiments bija jāsāk, kad reaktora siltumspēja samazinājās līdz 700 megavatiem. Jauda tika samazināta par 50 procentiem (1600 megavatiem), un reaktors tika apturēts apmēram deviņas stundas pēc Kijevas pieprasījuma. Tiklīdz atsākās jaudas samazināšanās, tā negaidīti samazinājās līdz gandrīz nullei atomelektrostacijas personāla kļūdainu darbību un reaktora saindēšanās ar ksenonu dēļ - ksenona-135 izotopu uzkrāšanās dēļ, kas samazina reaģētspēju. Lai risinātu pēkšņu problēmu, no RBMK tika noņemti avārijas neitronu absorbējošie stieņi, taču jauda nepaaugstinājās virs 200 megavatiem. Neskatoties uz nestabilo reaktora darbību, eksperiments sākās pulksten 01:23:04.
ChNPP reaktora shēma
Papildu sūkņu ieviešana palielināja turbīnas ģeneratora slodzi, kas samazināja ūdens daudzumu, kas iekļūst reaktora kodolā. Kopā ar augsto tvaika reaktivitāti tas strauji palielināja reaktora jaudu. Mēģinājums ieviest absorbējošos stieņus to sliktā dizaina dēļ situāciju tikai pasliktināja. Tikai 43 sekundes pēc eksperimenta sākuma reaktors sabruka viena vai divu spēcīgu sprādzienu rezultātā.
Beidzas ūdenī
Aculiecinieki apgalvo, ka atomelektrostacijas ceturtais spēka agregāts tika iznīcināts ar diviem sprādzieniem: otrais, visspēcīgākais, notika dažas sekundes pēc pirmā. Tiek uzskatīts, ka avārijas iemesls ir cauruļu plīsums dzesēšanas sistēmā, ko izraisīja strauja ūdens iztvaikošana. Ūdens vai tvaiks reaģēja ar cirkoniju degvielas elementos, izraisot liela daudzuma ūdeņraža veidošanos un eksplodēšanu.
Zviedrijas zinātnieki uzskata, ka sprādzienus izraisīja divi dažādi mehānismi, no kuriem viens bija kodolieroči. Pirmkārt, augstais tvaika reaktivitātes koeficients palielināja pārkarsēta tvaika tilpumu reaktora iekšpusē. Rezultātā reaktors pārsprāga, un tā 2000 tonnu augšējais vāks aizlidoja vairākus desmitus metru. Tā kā degvielas elementi tam bija piestiprināti, radās kodoldegvielas galvenā noplūde.
Iznīcināta ChNPP 4. spēka vienība
Otrkārt, absorbcijas stieņu ārkārtas nolaišana izraisīja tā saukto “gala efektu”. Uz Černobiļas RBMK-1000 stieņi sastāvēja no divām daļām - neitronu absorbētāja un grafīta ūdens aizbīdņa. Kad stienis tiek ievadīts reaktora kodolā, grafīts aizvieto neitronus absorbējošo ūdeni kanālu apakšējā daļā, kas tikai palielina tvaika reaģētspējas koeficientu. Termisko neitronu skaits palielinās, un ķēdes reakcija kļūst nekontrolējama. Notiek neliels kodolsprādziens. Sadalīšanās produktu plūsmas pat pirms reaktora iznīcināšanas iekļuva zālē un pēc tam - caur spēka agregāta plānu jumtu - nonāca atmosfērā.
Pirmo reizi eksperti sāka runāt par sprādziena kodolieročiem jau 1986. gadā. Tad Klopinina radiija institūta zinātnieki analizēja cieto gāzu frakcijas, kas iegūtas Čerepovecas rūpnīcā, kur tika ražots šķidrais slāpeklis un skābeklis. Čerepoveca atrodas tūkstoš kilometru uz ziemeļiem no Černobiļas, un radioaktīvais mākonis pār pilsētu gāja 29. aprīlī. Padomju pētnieki atklāja, ka 133Xe un 133mXe izotopu aktivitāšu attiecība bija 44,5 ± 5,5. Šie izotopi ir īslaicīgas skaldīšanās produkti, kas norāda uz vāju kodolsprādzienu.
Zviedrijas zinātnieki aprēķināja, cik daudz ksenona reaktorā izveidojās pirms eksplozijas, sprādziena laikā un kā mainījās radioaktīvo izotopu proporcijas līdz to nokrišņiem Čerepovecā. Izrādījās, ka rūpnīcā novērotā reaģētspējas attiecība varētu rasties kodolsprādziena gadījumā ar 75 tonnu jaudu TNT ekvivalentā. Saskaņā ar meteoroloģisko apstākļu analīzi laika posmā no 1986. gada 25. aprīļa līdz 5. maijam ksenona izotopi pieauga līdz trīs kilometru augstumam, kas neļāva tiem sajaukties ar ksenonu, kas reaktorā bija izveidojies pirms avārijas.