Švedski znanstvenici došli su do zaključka da se tijekom nesreće u nuklearnoj elektrani u Černobilu dogodila slaba nuklearna eksplozija. Stručnjaci su analizirali najvjerojatniji tijek nuklearnih reakcija u reaktoru i simulirali meteorološke uvjete za širenje produkata fisije. "Lenta.ru" govori o članku istraživača objavljenom u časopisu Nuclear Technology.
Nesreća u nuklearnoj elektrani u Černobilu dogodila se 26. travnja 1986. Katastrofa je prijetila razvoju nuklearne energije širom svijeta. Oko postaje je stvorena zona isključenja dužine 30 kilometara. Radioaktivni ispad je opao čak i u Lenjingradskoj regiji, a u arktičkim regijama Rusije pronađeni su izotopi cezija u povećanim koncentracijama u lišaju i jelenu.
Postoje različite verzije uzroka katastrofe. Najčešće ukazuju na pogrešne akcije osoblja nuklearne elektrane u Černobilu, koje su dovele do paljenja vodika i uništenja reaktora. Međutim, neki znanstvenici smatraju da je došlo do prave nuklearne eksplozije.
Pekao je
Nuklearna lančana reakcija održava se u atomskom reaktoru. Jezgra teškog atoma, na primjer, uran, sudaraju se s neutronom, postaje nestabilna i propada u dvije manje jezgre - produkte raspada. U procesu fisije oslobađa se energija i dva ili tri brza slobodna neutrona, što zauzvrat uzrokuje raspad ostalih jezgara urana u nuklearnom gorivu. Broj raspada se na taj način povećava eksponencijalno, ali lančana reakcija unutar reaktora je kontrolirana kako bi se spriječila nuklearna eksplozija.
U termalnim nuklearnim reaktorima brzi neutroni nisu pogodni za uzbudljive teške atome, pa se njihova kinetička energija smanjuje korištenjem moderatora. Spori neutroni, zvani toplinski neutroni, vjerojatnije su da prouzrokuju raspad atoma urana-235 koji se koriste kao gorivo. U takvim se slučajevima govori o visokom presjeku za interakciju jezgara urana i neutrona. Sami se toplinski neutroni nazivaju zato što su u termodinamičkoj ravnoteži s okolinom.
Srce černobilske nuklearne elektrane bio je reaktor RBMK-1000 (kanalni reaktor velike snage kapaciteta 1000 megavata). U osnovi, to je grafitni cilindar s mnogo rupa (kanala). Grafit djeluje kao moderator, a nuklearno gorivo se tehnološkim kanalima unosi u gorivne elemente (gorivne šipke). Šipke za gorivo izrađene su od cirkonija, metala s vrlo malim presjekom hvatanja neutrona. Omogućuju prolaz neutrona i topline, koja zagrijava rashladno sredstvo, sprečavajući istjecanje produkata raspada. Šipke za gorivo mogu se kombinirati u sklopove goriva (FA). Elementi goriva karakteristični su za heterogene nuklearne reaktore u kojima se moderator odvaja od goriva.
Promotivni video:
RBMK je jednosmjerni reaktor. Voda se koristi kao nosač topline, koji se djelomično pretvara u paru. Mješavina para-voda ulazi u separatore, gdje se para odvaja od vode i šalje turbinskim generatorima. Istrošena para se kondenzira i ponovno ulazi u reaktor.
RBMK poklopac reaktora
Došlo je do greške u dizajnu RBMK-a, koji je imao fatalnu ulogu u katastrofi u nuklearnoj elektrani u Černobilu. Činjenica je da je udaljenost između kanala bila prevelika, a previše brzih neutrona grafit je inhibirao, pretvarajući se u toplinske neutrone. Oni dobro apsorbiraju vodu, ali tamo se stalno stvaraju mjehurići pare, što smanjuje apsorpcijske karakteristike nosača topline. Kao rezultat toga, povećava se reaktivnost, voda se još više zagrijava. Odnosno, RBMK odlikuje se dovoljno visokim koeficijentom reaktivnosti pare, što otežava kontrolu tijeka nuklearne reakcije. Reaktor treba biti opremljen dodatnim sigurnosnim sustavima, na njemu bi trebao raditi samo visoko kvalificirano osoblje.
Slomio drva za ogrjev
25. travnja 1986. u nuklearnoj elektrani u Černobilu planirano je gašenje četvrtog energetskog bloka radi planiranih popravaka i eksperimenta. Stručnjaci iz Instituta za istraživanje hidroelektrana predložili su metodu za hitno napajanje električnom energijom crpnih stanica pomoću kinetičke energije turbinskog generatora koji se rotira po inerciji. To bi omogućilo, čak i u slučaju prekida napajanja, održavanje cirkulacije rashladne tekućine u krugu, sve dok se ne uključi rezervno napajanje.
Prema planu, eksperiment je trebao započeti kada je toplinska snaga reaktora pala na 700 megavata. Snaga je smanjena za 50 posto (1600 megavata), a postupak gašenja reaktora odgođen je za oko devet sati na zahtjev Kijeva. Čim se smanjila snaga, neočekivano je pala na gotovo nulu zbog pogrešnih radnji osoblja nuklearne elektrane i trovanja ksenonom reaktora - nakupljanja izotopa ksenona-135, što smanjuje reaktivnost. Da bi se riješili iznenadnog problema, štapovi za apsorbiranje neutrona u nuždi uklonjeni su iz RBMK, ali snaga se nije popela iznad 200 megavata. Unatoč nestabilnom radu reaktora, eksperiment je započeo u 01:23:04.
Dijagram reaktora ChNPP
Uvođenje dodatnih crpki povećalo je opterećenje agregata koji je iscrpio, što je smanjilo količinu vode koja ulazi u jezgru reaktora. Zajedno s velikom reaktivnošću pare, ovo ubrzava snagu reaktora. Pokušaj uvođenja apsorpcijskih šipki zbog njihovog lošeg dizajna samo je pogoršao situaciju. Samo 43 sekunde nakon početka eksperimenta, reaktor se srušio kao rezultat jedne ili dvije snažne eksplozije.
Završava u vodi
Očevidci tvrde da je četvrta energetska jedinica nuklearne elektrane uništena od dvije eksplozije: druga, najmoćnija, dogodila se nekoliko sekundi nakon prve. Vjeruje se da je nesreća nastala zbog puknuća cijevi u rashladnom sustavu uzrokovanog brzim isparavanjem vode. Voda ili para reagirali su s cirkonijem u gorivnim ćelijama, uzrokujući stvaranje velikih količina vodika i eksplodiranje.
Švedski znanstvenici smatraju da su do eksplozija dovela dva različita mehanizma, od kojih je jedan bio nuklearni. Prvo, visoki koeficijent reaktivnosti pare povećao je volumen pregrijane pare unutar reaktora. Kao rezultat toga, reaktor je izbio, a njegov gornji poklopac od 2000 tona podigao se nekoliko desetina metara. Budući da su gorivni elementi bili pričvršćeni na njega, došlo je do primarnog curenja nuklearnog goriva.
Razrušena četvrta jedinica snage SNPP-a
Drugo, hitno spuštanje šipki apsorbera dovelo je do takozvanog "krajnjeg učinka". Na Černobilu RBMK-1000 štapovi su se sastojali od dva dijela - neutronskog apsorbera i grafitnog voda. Kad se štap uvede u jezgru reaktora, grafit zamjenjuje vodu koja apsorbira neutron u donjem dijelu kanala, što samo pojačava parni koeficijent reaktivnosti. Povećava se broj toplinskih neutrona i lančana reakcija postaje nekontrolirana. Dolazi do male nuklearne eksplozije. Struje produkata fisije, čak i prije uništenja reaktora, prodrle su u hodnik, a zatim - kroz tanki krov pogonske jedinice - ušle u atmosferu.
Stručnjaci su prvi put počeli razgovarati o nuklearnoj prirodi eksplozije 1986. godine. Potom su znanstvenici s radijskog instituta Khlopin analizirali frakcije plemenitih plinova dobivenih u tvornici u Cherepovetsu, gdje se stvaraju tekući dušik i kisik. Čerepovec se nalazi tisuću kilometara sjeverno od Černobila, a radioaktivni oblak prošao je nad gradom 29. travnja. Sovjetski istraživači otkrili su da omjer aktivnosti izotopa 133Xe i 133mXe iznosi 44,5 ± 5,5. Ti su izotopi kratkoročni produkti fisije, što ukazuje na slabu nuklearnu eksploziju.
Švedski znanstvenici izračunali su koliko je ksenona formirano u reaktoru prije eksplozije, te kako su se omjeri radioaktivnih izotopa mijenjali do njihovog pada u Cherepovetsu. Pokazalo se da omjer reaktivnosti promatran u postrojenju može nastati u slučaju nuklearne eksplozije kapaciteta 75 tona u ekvivalentu TNT-a. Prema analizi meteoroloških uvjeta za razdoblje od 25. travnja do 5. svibnja 1986., izotopi ksenona popeli su se na visinu do tri kilometra, što je spriječilo njegovo miješanje s ksenonom koji je nastao u reaktoru prije nesreće.