Журнал удивительных идей


Совместный проект учителей и учеников 192 школы










Имя сей звезде Полынь

Вячеслав ЗАГОРСКИЙ,
доцент СУНЦ МГУ, кандидат химических наук, соросовский учитель
(из публикации в Учительской газете)

В год на каждые 1000 МВт электрической мощности получается 1,5 т высокоактивных отходов . В АЭС используется слабообогащенный уран: 98% урана-238 и 2% урана-235 (в природном уране его всего 0,7%). Радиоактивность такого "топливного" урана примерно в 10 раз ниже, чем чистого "оружейного" урана-235. Весьма приблизительный, не учитывающий многих факторов оценочный расчет показывает, что 1,5 т годовых отходов АЭС способны вызвать такое радиоактивное загрязнение, как обе атомные бомбы 1945 года (в сумме около 100 кг "оружейных" изотопов), т.е. при рассеянии на местности привести через 50 лет к поражению примерно 400 тыс. человек.

Реактор РБМК-1000 (реактор большой мощности канальный, электрическая мощность 1000 МВт, тепловая 3200 МВт, соответственно коэффициент полезного действия 31%) конструктивно проще и дешевле "классического". В нем всего один контур теплоносителя. Рабочий пар, подаваемый на турбину, образуется непосредственно в активной зоне (графитовый блок с ядерным горючим). Стираем изображенный на доске теплообменник. При этом паровой коэффициент реактивности РБМК положительный - это означает, что чем больше пара образуется в активной зоне, тем сильнее идет ядерная реакция за счет повышения коэффициента размножения нейтронов. Следовательно, реактор физически способен к "саморазгону", от которого его защищают специальные автоматы регулировки и контроля. Общая масса урана в реакторе - 190 т.

Для регулировки ядерной реакции используются управляющие стержни, которые состоят из двух частей - верхней (поглотитель), хорошо поглощающей нейтроны (кадмий), и нижней (вытеснитель), способствующей цепной реакции (графит).

Поглощать нейтроны могут не только вещества регулирующих стержней, но и многие продукты деления ядер урана. Для управления реактором очень важна следующая цепочка ядерных превращений: осколок деления урана теллур-135 быстро (период полураспада 18 сек.) превращается в йод-135, а он с периодом полураспада 6,6 часа становится ксеноном-135. Этот изотоп ксенона поглощает тепловые нейтроны в миллион раз лучше, чем уран, что вызывает "ксеноновое отравление" реактора. Но остановки цепной реакции не происходит: ксенон-135 с периодом полураспада 9,1 часа превращается в менее вредный для реакции цезий-135. Во всей цепочке превращений атомная масса не меняется, а заряд (+) ядра увеличивается, это указывает на бета-распад:

При стабильной работе реактора концентрация ксенона и его влияние поддерживаются на постоянном уровне. При быстром снижении мощности реактора за счет разницы в периодах полураспада приведенной цепочки происходит дополнительное торможение цепной реакции ксеноном, который продолжает получаться из йода-135. Однако, если затем снова попытаться быстро увеличить мощность реактора, она сначала будет нарастать медленно из-за оставшегося ксенона, а затем цепная реакция резко ускорится, когда ксенон "выгорит" (превратится в цезий-135). Этот эффект называют "йодной ямой".

Дальнейшее изложение основано на официальной информации совещания экспертов МАГАТЭ.

25 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС был запланирован электротехнический эксперимент: использовать энергию генератора, который продолжает долго вращаться по инерции после прекращения подачи пара, при плановой профилактической остановке реактора (режим выбега).

Электротехническая проблема состоит в том, что плавно уменьшается не только мощность генератора, но и частота тока; поэтому энергию "выбегающего" генератора использовать не очень просто.

Для успешного проведения электротехнического эксперимента энергоблок должен был останавливаться в нестандартном режиме, поэтому часть автоматических систем защиты пришлось отключить. В этом не было ничего опасного - ведь эксперимент был запланирован во время ОСТАНОВКИ реактора.

В час ночи 25 апреля началось медленное снижение мощности реактора. К 13 часам 25 апреля тепловая мощность реактора была снижена в два раза - до 1600 МВт. Однако около 14 часов диспетчер "Киевэнерго" потребовал продолжить работу блока - в конце рабочей недели потребление электроэнергии после обеда обычно возрастает. В результате эксперимент был приостановлен до 23 часов. После разрешения диспетчера продолжилось снижение мощности реактора. По-видимому, это было сделано слишком быстро, чтобы компенсировать 9-часовую задержку эксперимента. В результате тепловая мощность реактора упала слишком сильно - до 30 МВт (менее 1% от номинальной). В такой ситуации по инструкции, чтобы избежать сложностей из-за описанного выше эффекта "йодной ямы", полагается заглушить реактор на несколько суток. Но тогда могли быть сорваны испытания электротехнической системы. Реактор решили снова разогнать до мощности около 700 МВт (22% от номинала, что само по себе не опасно). Возникла психологическая проблема: в подсознании операторов не было страха - продолжался электротехнический эксперимент на почти выключенном и потому безопасном реакторе.

Поскольку такой повторный разгон не допускался автоматикой, ее пришлось отключить. Управляющие стержни были полностью подняты из активной зоны реактора (1 ч. 19 мин. ночи 26 апреля). Но цепная реакция не начиналась - мешал остававшийся в ТВЭЛах ксенон-135. В 1 час 23 минуты реактор начал разгоняться. Регулирующие стержни медленно пошли вниз, управляемые автоматикой, но их действие не компенсировало слишком быстрый разгон цепной реакции.

В 1 час 23 минуты 40 секунд оператор попытался вручную ввести в реактор все стержни-поглотители. Но в активную зону в первые секунды вошли нижние части регулирующих стержней, которые не замедляют, а, наоборот, ускоряют цепную реакцию. Такой режим просто не был предусмотрен конструкцией станции (как и ее повторный быстрый разгон), и поэтому в 1 час 23 минуты 44 секунды тепловая мощность реактора достигла не менее 320000 МВт (в 100 раз больше номинала). При достигнутой температуре белого каления началась реакция графита с водой (точнее, с водяным паром): С + Н2О = СО + Н2.

Реактор стал превращаться в смесь горючих газов. Его верхняя крышка - стальная плита массой более 1000 т подпрыгнула, как крышка кипящей кастрюли. Раскаленные горючие газы смешались с воздухом...

В 1 час 23 минуты 46 секунд 26 апреля 1986 года над Чернобыльской АЭС поднялось огненное облако не ядерного, а вполне химического взрыва смеси горючих газов с воздухом.

27 апреля в Скандинавии был зарегистрирован всплеск радиоактивности, соответствующий ядерной тревоге в случае возможной мировой войны. Мир узнал о самой страшной техногенной катастрофе ХХ века...

На сегодняшний день считается, что в течение первых десяти суток интенсивного выброса раскаленного содержимого реактора он потерял до 30% своей активной зоны, или около 50 т слабообогащенного урана и продуктов его распада. Среди этих продуктов наиболее опасны: йод-131 с периодом полураспада 8 суток (это он накапливается в щитовидной железе, особенно у детей); цезий-137 с периодом полураспада 30 лет (накапливается в организме как аналог калия); стронций-90 с периодом полураспада 29 лет (накапливается в костях как аналог кальция и поражает костный мозг).

Можно посчитать, что пораженных второго поколения будет в 2036 году на территории России, Беларуси составит около 18 млн. человек.

М
а
т
е
м
а
т
и
к
а
Ф
и
з
и
к
а
Х
и
м
и
я
Б
и
о
л
о
г
и
я
И
н
ф
о
р
м
а
т
и
к
а