乾燥効果:チェルノブイリの原子炉の下の放射性溶岩はどうなるか

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Anonim

35年以上前に爆発したチェルノブイリ原子力発電所の4番目の発電ユニットは、現在2つの石棺で覆われています。最初の清算人によって建設されたシェルターオブジェクトと、3年前に完成した新安全閉じ込め構造物(NSC)です。原子炉の廃墟に残っている核燃料はどうなるのか、放射線センサーのデータでしか判断できません。 5月初旬、サイエンス誌は、チェルノブイリ原子力発電所の4番目の原子炉ホールで崩壊反応が再び活性化されたというメモを発表しました。 1週間後、ウクライナ国立科学アカデミーの原子力発電所の安全問題研究所は、チェルノブイリ原子力発電所の4番目の原子炉のサブ原子炉室の1つで、「中性子束の増加がある」ことを確認しました。密度」、しかしそれは「確立された安全限界を超えない」。何が起こっていますか?

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科学は、ウクライナNPP安全問題研究所の従業員、アナトリー・ドロシェンコとマキシム・サヴェリエフの言葉を引用して、原子炉内の中性子束はゆっくりと増加しており、「事故のリスク」を排除することはできません。彼らのこれらの言葉は、2020年にジャーナル「Problemsof Atomic Sc​​ienceandTechnology」に掲載された結論を部分的に繰り返しています。その著者の1人はドロシェンコです。

実際、シェルターに設置された原子力安全監視システムのいくつかの測定機器(石棺は正式に呼ばれています)は、中性子束密度が2016年から2019年に増加したことを示しています-最も重要なケースでは60%です。

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中性子は大惨事の長い「冷却された」場所からどこから来たのですか、そしてなぜそれらはそれほど重要なのですか?

中性子はウラン235またはプルトニウム239核(したがって核分裂性物質と呼ばれる)の核分裂を引き起こしますが、核の崩壊は新しい中性子の放出を伴い、物質の形状が正しければ自立します。反応の連鎖が構築されます。これは核爆発や原子炉の運転で見られ、連鎖反応の形成を伴う自然事故は非常に危険です。

チェルノブイリ原子力発電所の4号機での事故の進展の過程で、原子炉に装填された燃料の半分弱(200トンのうち80-90)が溶岩のような形で建物に残った。燃料含有材料(LFCM、これについては「中国チェルノブイリ症候群」の資料を参照)。この凍った溶岩中のウラン、プルトニウム、アメリシウム、ネプツニウムは崩壊し続け、崩壊のいくつかの変種で中性子を発生させます。

90年代後半、シェルター内の中性子の総数は1秒あたり約109と推定されました。これは、稼働中のギガワット原子炉の中性子束の約1兆分の1です。放射性物質の崩壊により、中性子束が徐々に減少するのを観察すべきでしたが、いくつかの場所での測定は、これが正確に起こっていることではないことを示しています。

事故前に原子炉の真下にあった305/2号室周辺の瓦礫やコンクリートの洪水で掘削された井戸に設置された検出器で、顕著な増加が見られます。

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事故後、この部屋にはアクセスできないことが判明しました。放射線(放射線のリスクに関連するもの)と核(自立した連鎖反応のリスクに関連するもの)の両方の測定は間接的です。ドロシェンコと共著者は、彼らの記事の中で、燃料塊の最大の蓄積が残っている部屋305/2の近くにある検出器が、コンクリートと瓦礫によってそれからあまりにも強く保護されていることを強調しています。その結果、他のLFCMからの中性子「ノイズ」が最も重要な発生源を詰まらせることが判明したため、観測されたフラックスの増加を特定の材料の蓄積に関連付けるという点で、成長データの精度はそれほど高くありません。

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中性子検出器が設置されている305/2号室と3つの井戸の残骸におけるLFCM(赤)の位置。フラックスの増加を示しています。

そこで何が起こっているのか

原子炉は、まず第一に、核分裂エネルギーが抽出される助けを借りて、中性子を増倍するための装置です。核分裂性物質と減速材のこのような形状を組織化することにより、複製が達成されます。この場合、各核分裂作用の後に中性子の数が増加し、自立した連鎖反応が形成されます。新世代からの中性子の一部が吸収されるか、それらの数が一定になるようにコアから逃げることができる場合、出力は同じレベルに維持されます。

これを整理するのは簡単ではなく、シェルターのLFCMの場合、加速連鎖反応を開始するには、「中性」物質による中性子の吸収と、少なくとも凍結溶融物を超えた中性子の漏れを減らす必要があることが計算で示されています。 2.5回。このようなセラミック自体の変化は、それ自体では起こりえませんが、細孔や亀裂があり、何かが変化する可能性があります。

変化の主な役割は、事故当時から第4パワーユニットの廃墟に多く蓄積されてきた水です。避難所の建設後、雨や融雪水が内部に流れ続けていることが判明しましたが、1990年の初めまでに水環境の一定のバランスが確立されていました。科学者が同じ記事に書いているように、石棺の下の部屋の中性子活動の変化は季節的でした。逆に、乾いた期間は中性子束密度の増加を伴いましたが、湿った期間は中性子束密度の増加を伴いました。

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2014- 2015年と2016-2017年の同じ期間における305/2号室の南東部のOPの溶融ゾーンにおける中性子束密度のダイナミクス

この状況は、2010年代半ばにシェルターの上に新安全閉じ込め構造物が建てられたときに変わりました。つまり、パワーユニットの残骸への水の流れが大幅に減少しました。

また、前述のLFCM中性子物理学の出版物から、各世代の中性子数の増加が最大になる「最適加湿」のポイントがあることがわかります。したがって、水で満たされたLFCMが乾くと、中性子束は最初に増加し、「最適な湿潤」を通過した後にのみ減少し始めます。これはおそらく現在私たちが見ていることです。

これは、水が強力な減速材であり、中性子の強力な吸収体でもあるためです。中性子の減速とは、核反応で発生した数百万電子ボルトから数百分の1電子ボルト(室温での原子の平均熱エネルギー)へのエネルギーの減少です。ウラン235またはプルトニウム239の原子核は、反応に現れたばかりの速い中性子よりも、減速した中性子を約1000倍吸収する可能性が高いため重要です。したがって、ウランに水を加えることにより、核分裂の可能性が高まり、いわば、事実上何倍もウランの濃度が高まります。しかし、十分な水がある場合、すべての中性子はその中で減速する時間があり、さらにその追加は貴重な中性子の吸収の増加につながるだけです。

しかし、計算とモデルが間違っていて、実際にはどこかに自発的な連鎖反応が発生する条件がある場合、どうなるでしょうか。人類の核分裂性物質の研究の歴史の中で、このような事故(「鬼の突撃」や東海村原子力施設での事故など)は何度も起こっているので、何が起こるかをかなり自信を持って予測することができます。

最悪のシナリオはどのように見えるか

それにもかかわらず、加速する連鎖反応が燃料を含む溶岩の量のどこかで始まるとどうなりますか?

ある時点で、中性子束は指数関数的に増加し始め、数ミリ秒で、連鎖反応のパワーはキロワットまたはメガワットに達します。これは、一般に、燃料材料と環境をすばやく暖めるのに十分なレベルです。負の物理的接続が機能します。ウランの核ドップラー効果と水の沸騰、ウランの核分裂における新しい中性子の生成とそれらの吸収の比率は1未満になり、反応は停止します。このサイクル全体は1秒以内で完了しますが、中性子とガンマ線の急激なバーストを観測する機器でのみ認識できます。

その後、「目覚めた」材料は冷えて、再び水で満たすことができます。したがって、反応力と加熱の増加を伴うサイクルを繰り返すことができます-これは、この領域の含水量が低くなりすぎて中性子を効果的に減速できないまで続きます。

これが2016年から2019年に起こった場合、新安全閉じ込め構造物の体積でLFCMから水の蒸発の過程で、放射性エアロゾルの濃度が増加するはずでした。これはおそらくNSCろ過システムによって遅延され、気づかれていたでしょう。核および放射線安全監視システムのセンサーによるものですが、それに関する直接的なデータはありません。

この場合、上記のシナリオは非常に大胆な仮定の連鎖です。また、解説「GSP ChNPP」は、LFCMでの連鎖反応の進展に伴う変種にも反論しています。要約すると、事故から35年が経過した研究者たちは、明らかに、第4パワーユニットの残骸の脅威とその拡散の障壁を十分に認識していると言えます。中性子束の成長は計算によって事前に予測されたものであり、危険性の増加を示すものではなく、作成されたモデルの正確さを確認するものです。

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