Svenska forskare har kommit fram till att en svag kärnkraftsexplosion inträffade under olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl. Experter analyserade den mest troliga kursen med kärnreaktioner i reaktorn och simulerade de meteorologiska förhållandena för spridning av klyvningsprodukter. "Lenta.ru" berättar om en artikel av forskare som publicerats i tidskriften Nuclear Technology.
Olyckan i kärnkraftverket i Tjernobyl inträffade den 26 april 1986. Katastrofen hotade utvecklingen av kärnkraft över hela världen. En 30-kilometer uteslutningszon skapades runt stationen. Radioaktivt nedfall föll till och med i Leningrad-regionen, och cesiumisotoper hittades i ökade koncentrationer av lav och hjortkött i de arktiska regionerna i Ryssland.
Det finns olika versioner av orsakerna till katastrofen. Oftast indikerar de felaktigheter från personalen i Tjernobyl-kärnkraftverket, vilket ledde till antändning av väte och förstörelse av reaktorn. Vissa forskare tror dock att det var en verklig kärnkraftsexplosion.
Kokande helvete
En kärnkedjereaktion bibehålls i en atomreaktor. Kärnan i en tung atom, till exempel uran, kolliderar med en neutron, blir instabil och sönderfaller i två mindre kärnförfallsprodukter. I processen med klyvning frigörs energi och två eller tre snabbfria neutroner, vilket i sin tur orsakar förfall av andra urankärnor i kärnbränsle. Antalet sönderfall ökar således exponentiellt, men kedjereaktionen inuti reaktorn styrs för att förhindra en kärnkraftsexplosion.
I termiska kärnreaktorer är snabba neutroner inte lämpliga för spännande tunga atomer, så deras kinetiska energi reduceras med hjälp av en moderator. Långsamma neutroner, kallade termiska neutroner, är mer benägna att orsaka förfall av uran-235 atomer som används som bränsle. I sådana fall talar man om ett högt tvärsnitt för interaktion mellan urankärnor och neutroner. Termiska neutroner kallas själva för att de är i termodynamisk jämvikt med miljön.
Hjärtat i kärnkraftverket i Tjernobyl var RBMK-1000-reaktorn (en högeffektkanalreaktor med en kapacitet på 1000 megawatt). I grund och botten är det en grafitcylinder med många hål (kanaler). Grafit fungerar som moderator, och kärnbränsle laddas i bränsleelement (bränslestavar) genom de tekniska kanalerna. Bränslestavarna är gjorda av zirkonium, en metall med ett mycket litet neutronfångstvärsnitt. De tillåter neutroner och värme att passera igenom, vilket värmer kylvätskan, vilket förhindrar läckage av förfallsprodukter. Bränslestavar kan kombineras till bränslepatroner (FA). Bränsleelement är karakteristiska för heterogena kärnreaktorer där moderatoren är separerad från bränslet.
Kampanjvideo:
RBMK är en reaktor med en enda slinga. Vatten används som värmebärare, som delvis förvandlas till ånga. Ång-vattenblandningen kommer in i separatorerna, där ångan separeras från vattnet och skickas till turbingeneratorerna. Den använda ångan kondenseras och går in igen i reaktorn.
RBMK-reaktorhölje
Det fanns en brist i utformningen av RBMK, som spelade en dödlig roll i katastrofen vid kärnkraftverket i Tjernobyl. Faktum är att avståndet mellan kanalerna var för stort och för många snabba neutroner hämmades av grafit och förvandlades till termiska neutroner. De absorberas väl av vatten, men ångbubblor bildas ständigt där, vilket reducerar värmebärarens absorptionsegenskaper. Som ett resultat ökar reaktiviteten, vattnet värms upp ännu mer. Det vill säga, RBMK kännetecknas av en tillräckligt hög ångreaktivitetskoefficient, vilket komplicerar kontrollen under loppet av en kärnreaktion. Reaktorn bör vara utrustad med ytterligare säkerhetssystem, endast högt kvalificerad personal ska arbeta med den.
Bröt ved
Den 25 april 1986 planerades en avstängning av den fjärde kraftenheten vid kärnkraftverket i Tjernobyl för planerade reparationer och ett experiment. Specialister från forskningsinstitutet "Hydroproject" har föreslagit en metod för nödkraftsförsörjning av stationens pumpar med kinetisk energi från en turbingenerator som roterar med tröghet. Detta skulle tillåta, även i händelse av strömavbrott, att upprätthålla cirkulationen av kylvätskan i kretsen tills reservkraften är påslagen.
Enligt planen skulle experimentet inledas när reaktorns termiska kraft sjönk till 700 megawatt. Kraften minskades med 50 procent (1600 megawatt), och processen för att stänga av reaktorn skjutades upp i cirka nio timmar på begäran från Kiev. Så snart kraftnedgången återupptog, sjönk den plötsligt till nästan noll på grund av felaktiga handlingar från kärnkraftverkets personal och xenonförgiftning av reaktorn - ackumuleringen av isotopen xenon-135, vilket minskar reaktiviteten. För att hantera det plötsliga problemet avlägsnades de akuta neutronabsorberande stavarna från RBMK, men kraften steg inte över 200 megawatt. Trots reaktorns instabila drift började experimentet 01:23:04.
ChNPP-reaktordiagram
Införandet av ytterligare pumpar ökade belastningen på den utmatade turbingeneratorn, vilket minskade volymen vatten som kommer in i reaktorkärnan. Tillsammans med den höga ångreaktiviteten ökade detta snabbt reaktorns kraft. Försöket att införa absorberande stavar på grund av deras dåliga utformning gjorde bara situationen värre. Bara 43 sekunder efter experimentets början kollapsade reaktorn till följd av en eller två kraftiga explosioner.
Slutar i vatten
Ögonvittnen hävdar att den fjärde kraftenheten i kärnkraftverket förstördes av två explosioner: den andra, den mest kraftfulla, hände några sekunder efter den första. Nödfallet tros ha uppstått från en skur av rör i kylsystemet orsakat av snabb avdunstning av vatten. Vatten eller ånga reagerade med zirkonium i bränslecellerna, vilket fick stora mängder väte att bildas och explodera.
Svenska forskare tror att två olika mekanismer ledde till explosionerna, varav en var kärnkraft. Först ökade den höga ånga-reaktivitetskoefficienten volymen av överhettad ånga inuti reaktorn. Som ett resultat brast reaktorn, och dess topplucka på 2000 ton flög upp flera tiotals meter. Eftersom bränsleelementen var fästa vid det fanns en primär läcka av kärnbränsle.
Den förstörda fjärde kraftenheten i ChNPP
För det andra ledde nedsänkning av absorberstavarna till den så kallade "sluteffekten". På Chernobyl RBMK-1000 bestod stavarna av två delar - en neutronabsorberare och en grafitvattenförskjutare. När stången införs i reaktorkärnan ersätter grafit det neutronabsorberande vattnet i kanalernas nedre del, vilket bara förbättrar reaktionens ångkoefficient. Antalet termiska neutroner ökar och kedjereaktionen blir okontrollerbar. En liten kärnkraftsexplosion inträffar. Strömmarna av klyvningsprodukter, redan före reaktorns förstörelse, trängde in i hallen och gick sedan - genom kraftenhetens tunna tak - in i atmosfären.
För första gången började experter att prata om explosionens nukleära natur 1986. Därefter analyserade forskare från Khlopin Radium Institute fraktionerna av ädla gaser som erhållits vid Cherepovets fabrik, där flytande kväve och syre producerades. Cherepovets ligger tusen kilometer norr om Tjernobyl och ett radioaktivt moln passerade över staden den 29 april. Sovjetiska forskare fann att förhållandet mellan aktiviteterna för isotopen 133Xe och 133mXe var 44,5 ± 5,5. Dessa isotoper är kortlivade klyvningsprodukter, vilket indikerar en svag kärnkraftsexplosion.
Svenska forskare beräknade hur mycket xenon som bildades i reaktorn före explosionen, under explosionen och hur förhållandena mellan radioaktiva isotoper ändrades upp till deras nedfall i Cherepovets. Det visade sig att förhållandet mellan reaktiviteter som observerats vid anläggningen kan uppstå i händelse av en kärnkraftsexplosion med en kapacitet på 75 ton i TNT-ekvivalent. Enligt analysen av meteorologiska förhållanden för perioden 25 april - 5 maj 1986 steg xenonisotoper till en höjd av upp till tre kilometer, vilket förhindrade dess blandning med den xenon som bildades i reaktorn redan före olyckan.
