Rootsi teadlased on jõudnud järeldusele, et Tšernobõli tuumaelektrijaamas toimunud õnnetuse ajal toimus nõrk tuumaplahvatus. Eksperdid analüüsisid tuumareaktsioonide kõige tõenäolisemat kulgu reaktoris ja simuleerisid lõhustumissaaduste leviku meteoroloogilisi tingimusi. "Lenta.ru" räägib teadlaste artiklist, mis avaldati ajakirjas Nuclear Technology.
Tšernobõli tuumaelektrijaamas juhtus õnnetus 26. aprillil 1986. Katastroof ohustas tuumaenergia arengut kogu maailmas. Jaama ümber loodi 30-kilomeetrine keelutsoon. Radioaktiivne sade langes isegi Leningradi piirkonnas ja Venemaa arktilistes piirkondades leiti samblike ja hirvelihas suurenenud kontsentratsiooniga tseesiumi isotoope.
Katastroofi põhjuste kohta on erinevaid versioone. Kõige sagedamini osutavad nad Tšernobõli tuumaelektrijaama personali valele tegevusele, mis viis vesiniku süttimiseni ja reaktori hävitamiseni. Kuid mõned teadlased usuvad, et toimus tõeline tuumaplahvatus.
Keeb põrgu
Tuumaahela reaktsioon toimub aatomireaktoris. Raske aatomi tuum, näiteks uraan, põrkub neutroniga, muutub ebastabiilseks ja laguneb kaheks väiksemaks tuumaks - lagunemissaadusteks. Lõhustumise käigus eraldub energia ja kaks või kolm kiiret vaba neutronit, mis omakorda põhjustab tuumakütuses teiste uraanituumade lagunemist. Lagunemiste arv suureneb seega plahvatuslikult, kuid ahelreaktsioon reaktori sees on kontrolli all, mis hoiab ära tuumaplahvatuse.
Termilistes tuumareaktorites ei sobi kiired neutronid põnevate raskete aatomite jaoks, mistõttu moderaatori abil vähendatakse nende kineetilist energiat. Aeglased neutronid, mida nimetatakse termilisteks neutroniteks, põhjustavad tõenäolisemalt kütusena kasutatavate uraani-235 aatomite lagunemist. Sellistel juhtudel räägitakse uraani tuumade ja neutronite interaktsiooni suure ristlõikega. Termilisi neutroneid ise nimetatakse nii, kuna nad on keskkonnaga termodünaamilises tasakaalus.
Tšernobõli tuumaelektrijaama südameks oli RBMK-1000 reaktor (suure võimsusega kanalireaktor võimsusega 1000 megavatti). Põhimõtteliselt on see paljude aukude (kanalitega) grafiitesilindrist. Grafiit toimib moderaatorina ja tuumakütus laaditakse tehnoloogiliste kanalite kaudu kütuseelementidesse (kütusevardad). Kütusevardad on valmistatud tsirkooniumist, metallist, mille ristlõige on väga väike. Need võimaldavad neutronite ja kuumuse läbimist, mis soojendab jahutusvedelikku, hoides ära lagunemisproduktide lekke. Kütusevardad saab kombineerida kütuseagregaatideks (FA). Kütuselemendid on iseloomulikud heterogeensetele tuumareaktoritele, milles moderaator on kütusest eraldatud.
Reklaamvideo:
RBMK on üheahelaline reaktor. Soojuskandjana kasutatakse vett, mis osutub osaliselt auruks. Auru-vee segu siseneb separaatoritesse, kus aur eraldatakse veest ja saadetakse turbiini generaatoritele. Kasutatud aur kondenseeritakse ja siseneb uuesti reaktorisse.
RBMK reaktori kate
Tšernobõli tuumaelektrijaama katastroofis saatuslikku rolli mänginud RBMK konstruktsioonis oli viga. Fakt on see, et kanalite vaheline kaugus oli liiga suur ja grafiit pärssis liiga palju kiireid neutroneid, muutudes termilisteks neutroniteks. Neid imab vesi hästi, kuid sinna moodustuvad pidevalt aurumullid, mis vähendab soojuskandja neeldumisomadusi. Selle tagajärjel suureneb reaktsioonivõime, vesi soojeneb veelgi. See tähendab, et RBMK-d eristab piisavalt kõrge aurude reaktsioonivõime koefitsient, mis raskendab tuumareaktsiooni kulgu juhtimist. Reaktor peaks olema varustatud täiendavate turvasüsteemidega, selle kallal peaksid töötama ainult kõrge kvalifikatsiooniga töötajad.
Murtud küttepuud
25. aprillil 1986 kavandati Tšernobõli tuumaelektrijaamas neljanda jõuallika plaaniline remont ja katse. Hüdroprojekti uurimisinstituudi eksperdid pakkusid välja jaama pumpade hädaolukorra toitemeetodi, kasutades inertsist pöörleva turbiini generaatori kineetilist energiat. See võimaldaks isegi voolukatkestuse korral säilitada jahutusvedeliku ringlust ringluses kuni varutoite sisselülitamiseni.
Kava kohaselt pidi katse algama siis, kui reaktori soojusvõimsus langes 700 megavatini. Võimsust vähendati 50 protsenti (1600 megavatti) ja Kiievi palvel lükati reaktori väljalülitamise protsess umbes üheksa tunni võrra edasi. Niipea kui võimsuse langus jätkus, langes see tuumaelektrijaama personali ekslike toimingute ja reaktori ksenoonimürgituse - ksenoon-135 isotoobi kuhjumise - tõttu, mis vähendab reaktsioonivõimet - peaaegu nullini. Äkilise probleemiga tegelemiseks eemaldati RBMK-st hädaolukorras olevad neutrone neelavad vardad, kuid võimsus ei tõusnud üle 200 megavati. Vaatamata reaktori ebastabiilsele töötamisele algas eksperiment kell 01:23:04.
ChNPP reaktori diagramm
Lisapumpade kasutuselevõtt suurendas tühjenenud turbiini generaatori koormust, mis vähendas reaktori südamikku siseneva vee mahtu. Koos kõrge aurureaktsioonivõimega suurendas see reaktori võimsust kiiresti. Püüe juurutada neelavaid vardaid nende kehva konstruktsiooni tõttu tegi olukorra ainult hullemaks. Vaid 43 sekundit pärast katse algust varises reaktor ühe või kahe võimsa plahvatuse tagajärjel kokku.
Lõpeb vees
Pealtnägijate sõnul hävis tuumaelektrijaama neljas jõuallikas kahe plahvatuse tagajärjel: teine, kõige võimsam, juhtus mõni sekund pärast esimest. Arvatakse, et hädaolukord on tingitud jahutussüsteemi torude purunemisest, mis on põhjustatud vee kiirest aurustumisest. Vesi või aur reageeris kütuseelementides sisalduva tsirkooniumiga, põhjustades suures koguses vesiniku moodustumist ja plahvatust.
Rootsi teadlaste arvates viisid plahvatused kaks erinevat mehhanismi, millest üks oli tuumarelva. Esiteks suurendas kõrge auru reaktsioonivõime koefitsient ülekuumendatud auru mahtu reaktoris. Selle tagajärjel lõhkes reaktor ja selle 2000-tonnine ülemine kaas lendas mitukümmend meetrit üles. Kuna kütuseelemendid olid selle külge kinnitatud, tekkis tuumakütuse esmane leke.
Hävitatud ChNPP 4. jõuallikas
Teiseks, absorbervarraste hädaolukorras langetamine viis nn lõpp-efektini. Tšernobõli RBMK-1000 peal koosnes vardad kahest osast - neutronide neeldurist ja grafiidist veesulgurist. Kui varras sisestatakse reaktorisüdamikku, asendab grafiit kanalite alumises osas neutroneid neelavat vett, mis ainult suurendab reaktsioonivõime aurutegurit. Termiliste neutronite arv suureneb ja ahelreaktsioon muutub kontrollimatuks. Toimub väike tuumaplahvatus. Lõhustumisproduktide voog tungis isegi enne reaktori hävimist saali ja sisenes siis atmosfääri - läbi jõuallika õhukese katuse.
Esimest korda hakkasid eksperdid plahvatuse tuumaenergiast rääkima juba 1986. aastal. Seejärel analüüsisid Khlopini raadiumiinstituudi teadlased Cherepovetsi tehases saadud väärisgaaside fraktsioone, kus toodeti vedelat lämmastikku ja hapnikku. Tšerepovetsid asuvad Tšernobõlist tuhat kilomeetrit põhja pool ja 29. aprillil möödus linna kohal radioaktiivne pilv. Nõukogude teadlased leidsid, et 133Xe ja 133mXe isotoopide aktiivsuse suhe oli 44,5 ± 5,5. Need isotoobid on lühikese elueaga lõhustumissaadused, mis viitavad nõrgale tuumaplahvatusele.
Rootsi teadlased arvutasid, kui palju ksenooni moodustus reaktoris enne plahvatust, plahvatuse ajal ja kuidas radioaktiivsete isotoopide suhted muutusid kuni nende sadenemiseni Tšerepovetsis. Selgus, et tehases täheldatud reaktsioonivõime suhe võib tekkida tuumaplahvatuse korral, mille võimsus on 75 tonni TNT ekvivalendis. Ajavahemiku 25. aprill - 5. mai 1986 meteoroloogiliste tingimuste analüüsi kohaselt tõusid ksenooni isotoobid kuni kolme kilomeetri kõrgusele, mis takistas selle segunemist reaktoris moodustunud ksenooniga juba enne õnnetust.
