Švédští vědci dospěli k závěru, že během havárie v jaderné elektrárně v Černobylu došlo k slabému jadernému výbuchu. Experti analyzovali nejpravděpodobnější průběh jaderných reakcí v reaktoru a simulovali meteorologické podmínky pro šíření štěpných produktů. "Lenta.ru" vypráví o článku vědců zveřejněném v časopise Nuclear Technology.
K nehodě v jaderné elektrárně v Černobylu došlo 26. dubna 1986. Katastrofa ohrožovala rozvoj jaderné energie po celém světě. Kolem stanice byla vytvořena zóna 30 kilometrů vyloučení. Radioaktivní spad dokonce klesl v Leningradské oblasti a izotopy cesia byly nalezeny ve zvýšených koncentracích lišejníků a jelenů v arktických oblastech Ruska.
Existují různé verze příčin katastrofy. Nejčastěji označují špatné jednání personálu jaderné elektrárny v Černobylu, které vedlo ke vznícení vodíku a zničení reaktoru. Někteří vědci však věří, že došlo k reálnému jadernému výbuchu.
Vařící peklo
V atomovém reaktoru je udržována jaderná řetězová reakce. Jádro těžkého atomu, například uranu, se srazí s neutronem, se stane nestabilním a rozpadne se na dva menší produkty nukleového rozkladu. Při procesu štěpení se uvolňují energie a dva nebo tři rychlé volné neutrony, které zase způsobují rozklad dalších jader uranu v jaderném palivu. Počet rozpadů se tak exponenciálně zvyšuje, ale řetězová reakce uvnitř reaktoru je pod kontrolou, což zabraňuje jadernému výbuchu.
V tepelných jaderných reaktorech nejsou rychlé neutrony vhodné pro vzrušení těžkých atomů, takže jejich kinetická energie se snižuje pomocí moderátoru. Pomalé neutrony, nazývané termální neutrony, s větší pravděpodobností způsobí rozklad atomů uranu-235 používaných jako palivo. V takových případech se mluví o vysokém průřezu pro interakci jader uranu s neutrony. Samotné tepelné neutrony se nazývají tak, protože jsou v termodynamické rovnováze s prostředím.
Srdcem jaderné elektrárny v Černobylu byl reaktor RBMK-1000 (vysoce výkonný kanálový reaktor s kapacitou 1 000 megawattů). V zásadě jde o grafitový válec s mnoha otvory (kanály). Grafit funguje jako moderátor a jaderné palivo je naloženo do palivových článků (palivové tyče) technologickými kanály. Palivové tyče jsou vyrobeny ze zirkonia, kovu s velmi malým průřezem záchytu neutronů. Umožňují průchod neutronů a tepla, které zahřívá chladicí kapalinu a zabraňuje úniku produktů rozkladu. Palivové tyče lze kombinovat do palivových sestav (FA). Palivové články jsou charakteristické pro heterogenní jaderné reaktory, ve kterých je moderátor oddělen od paliva.
Propagační video:
RBMK je reaktor s jednoduchou smyčkou. Voda se používá jako nosič tepla, který se částečně mění v páru. Směs páry a vody vstupuje do odlučovačů, kde je pára oddělena od vody a posílána do generátorů turbín. Použitá pára se kondenzuje a znovu vstupuje do reaktoru.
Kryt reaktoru RBMK
Došlo k chybě v konstrukci RBMK, která hrála fatální roli při katastrofě v jaderné elektrárně v Černobylu. Skutečnost je taková, že vzdálenost mezi kanály byla příliš velká a příliš mnoho rychlých neutronů bylo inhibováno grafitem, který se proměnil v termální neutrony. Jsou dobře absorbovány vodou, ale zde se neustále vytvářejí bublinky páry, což snižuje absorpční vlastnosti tepelného nosiče. V důsledku toho se reaktivita zvyšuje, voda se ohřívá ještě více. To znamená, že RBMK se vyznačuje dostatečně vysokým koeficientem reaktivity par, což komplikuje kontrolu průběhu jaderné reakce. Reaktor by měl být vybaven dalšími bezpečnostními systémy, s tím by měli pracovat pouze vysoce kvalifikovaní pracovníci.
Rozbité palivové dřevo
25. dubna 1986 bylo plánováno odstavení čtvrté elektrárny v jaderné elektrárně v Černobylu kvůli plánovaným opravám a experimentu. Experti z Výzkumného ústavu pro výzkum hydroprojektů navrhli metodu nouzového napájení čerpadel stanice pomocí kinetické energie turbínového generátoru rotujícího setrvačností. To by umožnilo i v případě výpadku proudu udržet cirkulaci chladicí kapaliny v okruhu, dokud se nezapne záložní napájení.
Podle plánu měl experiment začít, když tepelná energie reaktoru klesla na 700 megawattů. Výkon byl snížen o 50 procent (1600 megawattů) a proces odstavení reaktoru byl na žádost Kyjeva odložen asi o devět hodin. Jakmile se pokles výkonu obnovil, náhle klesl téměř na nulu kvůli chybným činnostem personálu jaderné elektrárny a otravě xenonem reaktoru - hromadění izotopu xenonu-135, což snižuje reaktivitu. Aby bylo možné čelit náhlému problému, byly z RBMK odstraněny tyčinky absorbující nouzové neutrony, ale síla se nezvýšila nad 200 megawattů. Navzdory nestabilnímu provozu reaktoru byl experiment zahájen v 01:23:04.
Schéma reaktoru ChNPP
Zavedení dalších čerpadel zvýšilo zatížení generátoru vybíhající turbíny, což snížilo objem vody vstupující do jádra reaktoru. Spolu s vysokou reaktivitou páry to rychle zvýšilo výkon reaktoru. Pokus o zavedení absorpčních tyčí kvůli jejich špatné konstrukci situaci jen zhoršil. Pouhých 43 sekund po zahájení experimentu se reaktor zhroutil v důsledku jedné nebo dvou silných explozí.
Končí ve vodě
Oční pamětníci tvrdí, že čtvrtá energetická jednotka jaderné elektrárny byla zničena dvěma výbuchy: druhá, nejsilnější, se stala několik sekund po první. Předpokládá se, že nouzová situace vznikla v důsledku výbuchu potrubí v chladicím systému způsobeného rychlým odpařováním vody. Voda nebo pára reagovala se zirkoniem v palivových článcích, což způsobilo, že se vytvořilo a explodovalo velké množství vodíku.
Švédští vědci věří, že k výbuchům vedly dva různé mechanismy, z nichž jeden byl jaderný. Nejprve vysoký koeficient reaktivity páry zvýšil objem přehřáté páry uvnitř reaktoru. V důsledku toho došlo k výbuchu reaktoru a jeho 2000tunové horní víko vyletělo několik desítek metrů. Protože k němu byly připojeny palivové články, došlo k primárnímu úniku jaderného paliva.
Zničená 4. energetická jednotka ChNPP
Za druhé, nouzové spuštění absorpčních tyčí vedlo k tzv. „Konečnému efektu“. Na Černobylu RBMK-1000 se tyče skládaly ze dvou částí - neutronového absorbéru a grafitového vytlačovače vody. Když je tyč zavedena do jádra reaktoru, grafit nahrazuje vodu absorbující neutrony ve spodní části kanálů, což pouze zvyšuje koeficient reaktivity par. Zvyšuje se počet tepelných neutronů a řetězová reakce se stává nekontrolovatelnou. Dochází k malému jadernému výbuchu. Proudy štěpných produktů pronikly ještě před zničením reaktoru do haly a poté - přes tenkou střechu energetické jednotky - do atmosféry.
Poprvé začali odborníci hovořit o jaderné povaze výbuchu již v roce 1986. Vědci z institutu Khlopin Radium Institute pak analyzovali frakce vzácných plynů získaných v továrně Cherepovets, kde se vyráběl kapalný dusík a kyslík. Cherepovets se nachází tisíc kilometrů severně od Černobylu a nad městem 29. dubna prošel radioaktivní mrak. Sovětští vědci zjistili, že poměr aktivit izotopů 133Xe a 133mXe byl 44,5 ± 5,5. Tyto izotopy jsou štěpné produkty s krátkou životností, což naznačuje slabý jaderný výbuch.
Švédští vědci vypočítali, kolik xenonu se v reaktoru vytvořilo před výbuchem, během exploze a jak se poměry radioaktivních izotopů změnily až k jejich spadu v Cherepovetsu. Ukázalo se, že poměr reaktivity pozorovaný v závodě by mohl vzniknout v případě jaderné exploze s kapacitou 75 tun v ekvivalentu TNT. Podle analýzy meteorologických podmínek pro období od 25. dubna do 5. května 1986 stouply izotopy xenonu do výšky až tří kilometrů, což bránilo jeho smíchání s xenonem, který byl vytvořen v reaktoru před nehodou.