Ruotsalaiset tutkijat ovat tulleet siihen tulokseen, että Tšernobylin ydinvoimalaitoksen onnettomuuden aikana tapahtui heikko ydinräjähdys. Asiantuntijat analysoivat ydinreaktioiden todennäköisintä kulkua reaktorissa ja simuloivat meteorologisia olosuhteita halkeamistuotteiden leviämiselle. "Lenta.ru" kertoo tutkijoiden artikkelista, joka on julkaistu Nuclear Technology -lehdessä.
Tšernobylin ydinvoimalaitoksen onnettomuus tapahtui 26. huhtikuuta 1986. Katastrofi uhkasi ydinenergian kehitystä kaikkialla maailmassa. Aseman ympärille luotiin 30 kilometrin poissulkemisvyöhyke. Radioaktiivinen laskeuma laski jopa Leningradin alueella, ja cesium-isotooppeja havaittiin lisääntyneinä pitoisuuksina jäkälässä ja hirvenlihassa Venäjän arktisilla alueilla.
Katastrofin syistä on olemassa erilaisia versioita. Useimmiten ne viittaavat Tšernobylin ydinvoimalaitoksen henkilöstön väärään toimintaan, mikä johti vedyn syttymiseen ja reaktorin tuhoutumiseen. Jotkut tutkijat kuitenkin uskovat, että tapahtui todellinen ydinräjähdys.
Kiehuvaa helvettiä
Ydinketjureaktio ylläpidetään atomireaktorissa. Raskaan atomin, esimerkiksi uraanin, ydin törmää neutronin kanssa, muuttuu epästabiiliksi ja hajoaa kahdeksi pienemmäksi ytimeksi - hajoamistuotteeksi. Fissioprosessissa vapautuu energiaa ja kaksi tai kolme nopeaa vapaata neutronia, jotka puolestaan aiheuttavat muiden ydinpolttoaineessa olevien uraaninytimien rapistumisen. Hajoamisten määrä kasvaa siten eksponentiaalisesti, mutta ketjureaktio reaktorin sisällä on hallinnassa, mikä estää ydinräjähdyksen.
Lämpöydinreaktoreissa nopeat neutronit eivät sovellu jännittäviin raskaisiin atomiin, joten niiden kineettinen energia vähenee moderaattorin avulla. Hitaat neutronit, joita kutsutaan lämpöneutroniksi, aiheuttavat todennäköisemmin polttoaineena käytettyjen uraani-235-atomien hajoamisen. Tällaisissa tapauksissa puhutaan korkeasta poikkileikkauksesta uraanituumien vuorovaikutuksessa neutronien kanssa. Termisiä neutroneja itse kutsutaan niin, koska ne ovat termodynaamisessa tasapainossa ympäristön kanssa.
Tšernobylin ydinvoimalaitoksen ydin oli RBMK-1000-reaktori (suuritehoinen kanavareaktori, jonka kapasiteetti on 1000 megawattia). Pohjimmiltaan se on grafiittisylinteri, jossa on monia reikiä (kanavia). Grafiitti toimii moderaattorina ja ydinpolttoaine lastataan polttoaine-elementteihin (polttoainesauvoihin) teknologisten kanavien kautta. Polttoainesauvat ovat zirkoniumia, metallia, jolla on hyvin pieni neutronien sieppauksen poikkileikkaus. Ne antavat neutronien ja lämmön kulkea läpi, mikä lämmittää jäähdytysnesteen, estäen hajoamistuotteiden vuotamisen. Polttoainesauvat voidaan yhdistää polttoainekokoonpanoiksi (FA). Polttoaine-elementit ovat ominaisia heterogeenisille ydinreaktoreille, joissa moderaattori on erotettu polttoaineesta.
Mainosvideo:
RBMK on yksisilmukkareaktori. Lämpökantajana käytetään vettä, joka muuttuu osittain höyryksi. Höyry-vesiseos menee erottimiin, joissa höyry erotetaan vedestä ja lähetetään turbiinigeneraattoreihin. Käytetty höyry lauhdutetaan ja tulee takaisin reaktoriin.
RBMK-reaktorin kansi
RBMK: n suunnittelussa oli virhe, sillä sillä oli kohtalokas rooli Tšernobylin ydinvoimalan katastrofissa. Tosiasia on, että kanavien välinen etäisyys oli liian suuri ja grafiitti inhiboi liian monta nopeaa neutronia muuttaen termisiksi neutroneiksi. Ne imeytyvät veteen hyvin, mutta höyrykuplia muodostuu siellä jatkuvasti, mikä vähentää lämmönsiirtimen imukykyominaisuuksia. Seurauksena reaktiivisuus kasvaa, vesi lämpenee vielä enemmän. Toisin sanoen RBMK erottuu riittävän korkeasta höyryreaktiivisuuskertoimesta, mikä vaikeuttaa ydinreaktion kulun hallintaa. Reaktori tulisi varustaa lisävarmuusjärjestelmillä, vain korkeasti koulutettu henkilöstö saa työskennellä sen parissa.
Särkynyt polttopuut
Tšernobylin ydinvoimalaitoksella suunniteltiin 25. huhtikuuta 1986 neljännen voimayksikön sulkeminen suunniteltujen korjausten ja kokeen vuoksi. Hydroproject Research Institute -tutkimuslaitoksen asiantuntijat ehdottivat menetelmää aseman pumppujen hätäenergian toimittamiseksi käyttämällä inertin avulla pyörivän turbiinigeneraattorin kineettistä energiaa. Tämän avulla jäähdytysnesteen kierto pysyy virtapiirissä jopa virrankatkon sattuessa, kunnes varavirta kytketään.
Suunnitelman mukaan kokeen oli tarkoitus alkaa, kun reaktorin lämpöteho laski 700 megawattiin. Tehoa pienennettiin 50 prosentilla (1600 megawattia), ja reaktorin sammuttamista lykättiin noin yhdeksäksi tunniksi Kiovan pyynnöstä. Heti kun tehon lasku jatkui, se laski odottamatta melkein nollaan ydinvoimalaitoksen henkilöstön virheellisten toimien ja reaktorin ksenonimyrkytysten - ksenon-135-isotoopin kertymisen vuoksi, mikä vähentää reaktiivisuutta. Äkillisen ongelman ratkaisemiseksi RBMK: sta poistettiin hätäneutronia absorboivat sauvat, mutta teho ei noussut yli 200 megawattia. Huolimatta reaktorin epävakaasta toiminnasta, kokeilu alkoi klo 01:23:04.
ChNPP-reaktorikaavio
Lisäpumppujen käyttöönotto lisäsi tyhjennetyn turbiinigeneraattorin kuormitusta, mikä vähensi reaktorin ytimeen tulevan veden määrää. Yhdessä korkean höyryn reaktiivisuuden kanssa tämä lisäsi nopeasti reaktorin tehoa. Yritykset ottaa käyttöön absorboivia sauvoja niiden huonon suunnittelun vuoksi vain pahensivat tilannetta. Vain 43 sekunnin kuluttua kokeen alkamisesta reaktori romahti yhden tai kahden voimakkaan räjähdyksen seurauksena.
Päättyy veteen
Silminnäkijät väittävät, että ydinvoimalan neljäs voimayksikkö tuhoutui kahdella räjähdyksellä: toinen, tehokkain, tapahtui muutaman sekunnin kuluttua ensimmäisestä. Hätätilan uskotaan johtuvan jäähdytysjärjestelmän putkien purskeesta, joka johtuu veden nopeasta haihtumisesta. Vesi tai höyry reagoi polttokennoissa olevan zirkoniumin kanssa aiheuttaen suurten määrien vedyn muodostumisen ja räjähtämisen.
Ruotsalaisten tutkijoiden mielestä räjähdyksiin johti kaksi erilaista mekanismia, joista toinen oli ydinvoimaa. Ensinnäkin korkea höyryn reaktiivisuuskerroin lisäsi ylikuumennetun höyryn määrää reaktorin sisällä. Seurauksena reaktori räjähti, ja sen 2000 tonnin yläkansi lensi useita kymmeniä metrejä. Koska polttoaine-elementit oli kiinnitetty siihen, ydinpolttoaineesta pääsi vuoto.
Tuhoutunut ChNPP: n neljäs voimayksikkö
Toiseksi absorbointitankojen hätälasku johti ns. Lopputulokseen. Tšernobylin RBMK-1000: ssa sauvat koostuivat kahdesta osasta - neutroninvaimennimesta ja grafiittivesisäiliöstä. Kun tanko viedään reaktorisydämeen, grafiitti korvaa neutronien absorboivan veden kanavien alaosassa, mikä vain lisää höyryn reaktiivisuuskerrointa. Lämpöneutronien lukumäärä kasvaa ja ketjureaktio muuttuu hallitsemattomaksi. Pieni ydinräjähdys tapahtuu. Fissioituotteiden virrat jo ennen reaktorin tuhoamista tunkeutuivat halliin ja sitten - voimayksikön ohuen katon kautta - pääsivät ilmakehään.
Asiantuntijat alkoivat ensimmäistä kertaa puhua räjähdyksen ydinvoiman luonteesta jo vuonna 1986. Sitten Khlopin Radium -instituutin tutkijat analysoivat jalokaasujen jakeet, jotka saatiin Cherepovets-tehtaalta, jossa tuotettiin nestemäistä typpeä ja happea. Cherepovets sijaitsee tuhat kilometriä pohjoiseen Tšernobylista, ja radioaktiivinen pilvi kulki kaupungin yli 29. huhtikuuta. Neuvostoliiton tutkijat havaitsivat, että 133Xe- ja 133mXe-isotooppien aktiivisuussuhde oli 44,5 ± 5,5. Nämä isotoopit ovat lyhytaikaisia halkeamistuotteita, mikä osoittaa heikosta ydinräjähdyksestä.
Ruotsalaiset tutkijat laskivat, kuinka paljon ksenonia muodostui reaktorissa ennen räjähdystä, räjähdyksen aikana ja kuinka radioaktiivisten isotooppien suhteet muuttuivat laskeutumiseen Cherepovetsissa. Kävi ilmi, että laitoksella havaittu reaktiivisuussuhde voi syntyä, jos tapahtuu ydinräjähdys, jonka kapasiteetti on 75 tonnia TNT-ekvivalenttina. Meteorologisten olosuhteiden analyysin mukaan ajanjaksolle 25. huhtikuuta - 5. toukokuuta 1986 ksenonin isotoopit nousivat jopa kolmen kilometrin korkeuteen, mikä esti sen sekoittumisen ksenonin kanssa, joka oli muodostunut reaktoriin ennen onnettomuutta.