Švedski znanstveniki so ugotovili, da se je med nesrečo v Černobilski jedrski elektrarni zgodila šibka jedrska eksplozija. Strokovnjaki so analizirali najverjetnejši potek jedrskih reakcij v reaktorju in simulirali meteorološke pogoje za širjenje produktov fisije. "Lenta.ru" pripoveduje o članku raziskovalcev, objavljenem v reviji Nuclear Technology.
Nesreča v jedrski elektrarni v Černobilu se je zgodila 26. aprila 1986. Nesreča je ogrozila razvoj jedrske energije po vsem svetu. Okoli postaje je bilo ustvarjeno 30-kilometrsko območje za izključitev. Odpadki radioaktivnih snovi so celo padli v regiji Leningrad, v arktičnih regijah Rusije pa so v izolipih cezija našli povečane koncentracije mesa lišajev in jelenjadi.
Obstajajo različne različice vzrokov katastrofe. Najpogosteje navajajo napačna dejanja osebja jedrske elektrarne v Černobilu, kar je povzročilo vžig vodika in uničenje reaktorja. Vendar nekateri znanstveniki menijo, da je prišlo do prave jedrske eksplozije.
Pekel
Jedrska verižna reakcija se vzdržuje v atomskem reaktorju. Jedro težkega atoma, na primer uran, trči z nevtronom, postane nestabilno in razpade na dva manjša jedra - produkte razpadanja. V procesu cepitve se sprosti energija in dva ali tri hitra prosta nevtrona, kar posledično povzroči razpad drugih uranovih jeder v jedrskem gorivu. Število razpadov se tako eksponentno poveča, vendar je verižna reakcija znotraj reaktorja nadzorovana, da se prepreči jedrska eksplozija.
V termičnih jedrskih reaktorjih hitri nevtroni niso primerni za vzbujanje težkih atomov, zato se njihova kinetična energija zmanjša z uporabo moderatorja. Počasni nevtroni, imenovani toplotni nevtroni, bolj verjetno povzročajo razpadanje atomov urana-235, ki se uporabljajo kot gorivo. V takih primerih govorimo o visokem preseku za interakcijo uranovih jeder z nevtroni. Toplotni nevtroni se imenujejo tako, ker so v termodinamičnem ravnovesju z okoljem.
Srce černobilske jedrske elektrarne je bil reaktor RBMK-1000 (visokozmogljivi kanalski reaktor s kapaciteto 1000 megavatov). V osnovi gre za grafitni valj z veliko luknjami (kanali). Grafit deluje kot moderator, jedrsko gorivo pa se prek tehnoloških poti nalaga v gorivne elemente (gorivne palice). Gorilne palice so narejene iz cirkonija, kovine z zelo majhnim presekom zajemanja nevtronov. Prepuščajo nevtrone in toploto skozi, kar segreva hladilno tekočino in preprečuje uhajanje produktov razpadanja. Gorivne palice lahko kombinirate v sklope goriva (FA). Elementi goriva so značilni za heterogene jedrske reaktorje, v katerih se moderator loči od goriva.
Promocijski video:
RBMK je enosmerni reaktor. Voda se uporablja kot toplotni nosilec, ki se delno spremeni v paro. Zmes para-voda vstopi v separatorje, kjer se para loči od vode in pošlje turbinskim generatorjem. Izrabljena para se kondenzira in ponovno vstopi v reaktor.
Pokrov reaktorja RBMK
Pri načrtovanju RBMK je prišlo do napake, ki je imela usodno vlogo v katastrofi v Černobilski jedrski elektrarni. Dejstvo je, da je bila razdalja med kanali prevelika in da je preveč hitrih nevtronov zaviral grafit, ki se je spremenil v toplotne nevtrone. Tam jih dobro absorbira voda, vendar se tam stalno tvorijo parni mehurčki, kar zmanjšuje absorpcijske lastnosti toplotnega nosilca. Kot rezultat, se reaktivnost poveča, voda se še bolj segreje. To pomeni, da RBMK odlikuje dovolj visok koeficient parne reaktivnosti, ki otežuje nadzor nad potekom jedrske reakcije. Reaktor mora biti opremljen z dodatnimi varnostnimi sistemi, na njem naj dela samo visoko usposobljeno osebje.
Polomil drva
25. aprila 1986 je bila v jedrski elektrarni v Černobilu načrtovana zaustavitev četrte enote za načrtovana popravila in poskus. Strokovnjaki raziskovalnega inštituta za hidroprojekt so predlagali metodo za zasilno napajanje črpalk na postaji z uporabo kinetične energije turbinskega generatorja, ki se vrte po vztrajnosti. To bi tudi v primeru izpada električne energije omogočilo vzdrževanje kroženja hladilne tekočine v tokokrogu, dokler se ne vklopi rezervno napajanje.
Po načrtu naj bi se poskus začel, ko je toplotna moč reaktorja padla na 700 megavatov. Moč se je zmanjšala za 50 odstotkov (1600 megavatov), postopek izklopa reaktorja pa je bil na prošnjo iz Kijeva prestavljen za približno devet ur. Takoj, ko se je zmanjšanje moči nadaljevalo, je nepričakovano padlo na skoraj nič zaradi napačnih dejanj osebja jedrske elektrarne in zastrupitve s ksenonom reaktorja - kopičenja izotopa ksenona-135, kar zmanjšuje reaktivnost. Da bi se spopadli z nenadno težavo, so bile palice, ki absorbirajo zasilne nevtrone, odstranjene iz RBMK, vendar se moč ni dvignila nad 200 megavatov. Kljub nestabilnemu delovanju reaktorja se je poskus začel ob 01:23:04.
Shema reaktorjev ČNPP
Uvedba dodatnih črpalk je povečala obremenitev generatorja, ki se je sprožil, kar je zmanjšalo količino vode, ki vstopa v jedro reaktorja. Skupaj z visoko reaktivnostjo pare je to hitro povečalo moč reaktorja. Poskus uvedbe absorpcijskih palic zaradi njihove slabe zasnove je položaj le še poslabšal. Le 43 sekund po začetku eksperimenta je reaktor propadel zaradi ene ali dveh močnih eksplozij.
Konča v vodi
Očividci trdijo, da je četrta enota jedrske elektrarne uničila dve eksploziji: druga, najzmogljivejša, se je zgodila nekaj sekund po prvi. Verjamejo, da je izredni položaj nastal zaradi porušene cevi v hladilnem sistemu, ki jo je povzročilo hitro izhlapevanje vode. Voda ali para sta reagirala s cirkonijem v gorivnih celicah, zaradi česar se tvorijo in eksplodirajo velike količine vodika.
Švedski znanstveniki menijo, da sta do eksplozij pripeljala dva različna mehanizma, od katerih je bil eden jedrski. Prvič, visok koeficient reaktivnosti pare je povečal prostornino pregrete pare znotraj reaktorja. Kot rezultat, je reaktor počil, njegov 2000-tonski zgornji pokrov pa je letel na več deset metrov. Ker so bili gorivni elementi pritrjeni nanjo, je prišlo do primarnega uhajanja jedrskega goriva.
Uničeno 4. napajalno enoto ČNPP
Drugič, zasilno spuščanje absorpcijskih palic je povzročilo tako imenovani "končni učinek". Na černobilski RBMK-1000 so bile palice sestavljene iz dveh delov - nevtronskega absorberja in grafitnega vode. Ko palico vstavimo v jedro reaktorja, grafit nadomesti spodnjo del kanalov vodo, ki absorbira nevtrone, kar samo poveča parni koeficient reaktivnosti. Poveča se število toplotnih nevtronov in verižna reakcija postane neobvladljiva. Nastane majhna jedrska eksplozija. Tokovi produktov cepitve so še pred uničenjem reaktorja prodrli v dvorano in nato - skozi tanko streho pogonske enote - vstopili v ozračje.
O jedrski naravi eksplozije so se strokovnjaki prvič pogovarjali že leta 1986. Nato so znanstveniki iz inštituta za radie Khlopin analizirali frakcije žlahtnih plinov, pridobljene v tovarni v Čerepovec, kjer se proizvajata tekoči dušik in kisik. Čerepovec se nahaja na 1000 kilometrov severno od Černobila, radioaktivni oblak pa je nad mestom prešel 29. aprila. Sovjetski raziskovalci so ugotovili, da je razmerje aktivnosti izotopov 133Xe in 133mXe 44,5 ± 5,5. Ti izotopi so kratkoročni produkti cepitve, kar kaže na šibko jedrsko eksplozijo.
Švedski znanstveniki so izračunali, koliko ksenona je nastalo v reaktorju pred eksplozijo, in kako se je razmerje radioaktivnih izotopov spremenilo v njihov izpad v Čerepovec. Izkazalo se je, da lahko razmerje reaktivnosti v elektrarni nastane v primeru jedrske eksplozije z zmogljivostjo 75 ton v ekvivalentu TNT. Glede na analizo meteoroloških razmer za obdobje od 25. aprila do 5. maja 1986 so se ksenonski izotopi dvignili na višino do treh kilometrov, kar je preprečilo njegovo mešanje s ksenonom, ki se je pred nesrečo oblikoval v reaktorju.