Спустя три с половиной десятков лет после взрыва Чернобыльской атомной электростанции в Украине в результате самой страшной ядерной аварии в мире реакции деления снова протекают в урановых топливных массах, похороненных глубоко внутри искалеченного реакторного зала.
"Это похоже на тлеющие угли в мангале для барбекю", – говорит Нил Хаятт, химик-ядерщик из Университета Шеффилда. Теперь украинские ученые изо всех сил пытаются определить, исчезнут ли реакции сами по себе или потребуются чрезвычайные меры, чтобы предотвратить еще одну аварию.
Датчики отслеживают растущее количество нейтронов, сигнал деления, исходящий из одной недоступной комнаты, сообщил на прошлой неделе во время обсуждения демонтажа реактора Анатолий Дорошенко из Института проблем безопасности атомных электростанций (ИСПАЭС) в Киеве.
"Есть много неопределенностей. Но мы не можем исключить возможность [аварии]", – говорит Максим Савельев из ИСПАЭС.
Количество нейтронов растет медленно, говорит Савельев, предполагая, что у менеджеров есть еще несколько лет, чтобы придумать, как подавить угрозу. Любое решение, которое придумает он и его коллеги, будет представлять большой интерес для Японии, которая пытается справиться с последствиями собственной ядерной катастрофы 10 лет назад на Фукусиме, отмечает химик-ядерщик Нил Хаятт. "Это такая же опасность".
Угроза самоподдерживающегося деления и критическое состояние ядерных руин давно преследуют Чернобыль. Когда 26 апреля 1986 года часть активной зоны реактора четвертого блока расплавилась, урановые топливные стержни, их циркониевая оболочка, графитовые регулирующие стержни и песок оказались на активной зоне и слились вместе в лаву. Она потекла в подвальные помещения реакторного зала и затвердела в образования, называемые "топливосодержащими материалами" (ТСМ), которые содержат около 170 тонн облученного урана – 95% исходного топлива.
Саркофаг из бетона и стали, названный "Укрытием", возведенный через год после аварии для размещения останков четвертого блока, позволил дождевой воде просачиваться внутрь. Поскольку вода замедляет нейтроны и, таким образом, увеличивает их шансы поразить и расщепить ядра урана, сильные дожди иногда вызывали резкое увеличение количества нейтронов.
После ливня в июне 1990 года "сталкер" – ученый из Чернобыля, рискуя подвергнуться радиационному облучению, добрался до поврежденного реакторного зала и распылил раствор нитрата гадолиния, который поглощает нейтроны, на ТСМ, которые, как он и его коллеги опасались, могли стать критичными.
Спустя несколько лет завод установил спринклеры нитрата гадолиния на крыше "Укрытия". Но спрей не может эффективно проникнуть в некоторые подвальные помещения.
Чиновники предположили, что любой риск возникновения критичности исчезнет, когда в ноябре 2016 года над "Укрытием" появится массивный Новый безопасный конфайнмент (НБК).
Конструкция стоимостью 1,5 миллиарда евро должна была изолировать "Укрытие", чтобы его можно было стабилизировать и в конечном итоге демонтировать. НБК также защищает от дождя, и с момента его установки количество нейтронов в большинстве районов объекта "Укрытие" было стабильным или снижается.
Но в некоторых местах они начали расти, почти вдвое увеличившись за четыре года в комнате 305/2, которая содержит тонны ТСМ, погребенных под завалами. Моделирование Института проблем безопасности атомных электростанций предполагает, что высыхание топлива каким-то образом делает нейтроны, рикошетирующие через него, более, а не менее эффективными при расщеплении ядер урана.
"Это правдоподобные данные", – говорит Хаятт. "Просто непонятно, каков может быть механизм".
Угрозу нельзя игнорировать. Поскольку вода продолжает отступать, ученые опасаются, что "реакция деления ускоряется экспоненциально", – говорит Хаятт, что может привести к "неконтролируемому высвобождению ядерной энергии".
Невозможно повторить 1986 год, когда взрыв и пожар послали радиоактивное облако над Европой. Реакция неуправляемого деления в ТСМ может произойти после того, как тепло от деления испарит оставшуюся воду. Тем не менее, отмечает Савельев, хотя любая взрывная реакция будет сдерживаться, она может грозить обрушить нестабильные части шаткого "Укрытия", заполнив НБК радиоактивной пылью.
Устранение недавно разоблаченной угрозы – непростая задача. Уровни радиации в 305/2 не позволяют подойти достаточно близко для установки датчиков. И распылять нитрат гадолиния на ядерные обломки здесь невозможно, так как они закопаны в бетон.
Одна из идей состоит в том, чтобы разработать робота, который сможет выдерживать интенсивное излучение достаточно долго, чтобы просверлить отверстия в ТСМ и вставить баллоны с бором, которые будут функционировать как управляющие стержни и поглощать нейтроны. Тем временем ИСПАЭС намеревается усилить мониторинг двух других областей, где ТСМ могут стать критическими.
Возрождающиеся реакции деления – не единственная проблема, с которой сталкиваются "хранители Чернобыля". Под воздействием интенсивной радиации и высокой влажности ТСМ распадаются, порождая еще больше радиоактивной пыли, что усложняет планы демонтажа "Укрытия". Вначале формирование ТСМ под названием "Слоновья нога" было настолько сложным, что ученым приходилось использовать автомат Калашникова, чтобы отбить кусок для анализа. "Теперь он более или менее имеет консистенцию песка", – говорит Савельев.
Украина давно намеревалась удалить ТСМ и сохранить их в геологическом хранилище. К сентябрю с помощью Европейского банка реконструкции и развития планируется разработать для этого всеобъемлющий план. Но поскольку в "Убежище" все еще кипит жизнь, может быть труднее, чем когда-либо, похоронить беспокойные останки реактора.
Реакция Украины на публикацию Science
После публикации материала в американском научном журнале на сайте украинского оператора Чернобыльской станции ИСПАЭС появилась реакция на статью. Ученые института подтверждают, что, действительно, есть рост плотности потока нейтронов на скоплениях топливосодержащих материалов.
Однако, пишут украинские атомщики, такой рост был предсказуем. В институте объясняют это тем, что, когда над Чернобылем закрылась "Арка", внутри объекта "Укрытие" началось испарение, которое и привело к росту плотности потока нейтронов.
В то же время ученые подтверждают, что некоторые скопления ТСМ действительно несут потенциальную опасность из-за предполагаемой "двухслойной пористой структуры" застывшей лавы. Но корректно отслеживать эти процессы Украина не может – ученым на это не выделили средств.
"В связи с появлением в СМИ и широким обсуждением общественностью информации о состоянии объекта "Укрытие" и локализованных в нем топливосодержащих материалов (ТСМ), а также дискуссии о связанных с этим рисков для окружающей среды Институт проблем безопасности атомных электростанций (ИПБ АЭС) НАН Украины сообщает:
После установления нового безопасного конфайнмента (НБК) "Арка" в проектное положение в течение более четырех лет действительно наблюдается рост плотности потока нейтронов на периферии скопления ТСМ, которое локализовано в одном из подреакторных помещений объекта "Укрытие" (помещение 305/2). Однако на сегодняшний день этот рост не превышает установленных пределов безопасности, контролируемых с помощью штатной системы контроля ядерной безопасности (СКЯБ ИАСК).
За последнее десятилетие в ИПБ АЭС накоплены знания и разработаны модели поведения основных скоплений ядерноопасных материалов, которые делятся (ЯНМД). Согласно предложенной и развитой специалистами ИПБ АЭС научной гипотезе о состоянии этих скоплений ТСМ, еще в 2015 году было предусмотрено увеличение плотности потока нейтронов в результате исключения возможности попадания атмосферных осадков внутрь объекта "Укрытие" после установки НБК "Арка" в проектное положение. То есть текущие экспериментальные данные лишь подтвердили научную гипотезу, разработанную специалистами ИПБ АЭС еще до построения НБК.
Научная гипотеза предполагает, что в подреакторном помещении 305/2 существуют два переувлажненных скопления ТСМ с повышенной концентрацией делящихся материалов. На основе анализа результатов экспериментально-расчетных работ потенциально опасным является "южное" скопления ЯНМД, которое было эпицентром формирования и растекания лавообразных ТСМ. Скопления ТСМ в этом помещении, по нашим данным, может иметь двухслойную пористую структуру: верхний слой – черные лавообразные ТСМ, а нижний слой – потенциально критическая композиция с высокой концентрацией ЯНМД.
К установлению НБК в проектное положение ТСМ были полностью переувлажнены и динамика плотности потока нейтронов держалась в пределах сезонных трендов за счет регулярных поступлений влаги от атмосферных осадков и конденсата, то есть не наблюдалось никаких потенциально опасных изменений уровня подкритичности этих ЯНМД. После установки НБК в проектное положение в результате исключения поступления атмосферных осадков внутрь объекта "Укрытие" начался процесс испарения и потери влаги пористой структурой лавообразных ТСМ, что и привело к зарегистрированному рост плотности потока нейтронов.
Камни не исполняют желаний. Их исполняем мы сами, четко следуя однажды выбранному пути. - майор Кальтер - Свинцовый закат
Рисунок - Динамика плотности потока нейтронов – (а) – вблизи ядерноопасного скопления в шт. 305/2 ОУ; (Б) – на удаленной периферии
На основе прогнозных оценок ожидается, что и в дальнейшем будет наблюдаться рост плотности потока нейтронов, который будет определяться процессом потери влаги в слое переувлажненной среды лавообразных ТСМ. Именно поэтому ученые ИПБ АЭС акцентируют внимание на необходимости углубленного исследования состояния ТСМ и изучения факторов, влияющих на состояние ядерной безопасности объекта "Укрытие" и, соответственно, разработали Программу мониторинга ТСМ объекта "Укрытие".
Сама научная гипотеза о существовании в объекте "Укрытие" скоплений ТСМ с высокой концентрацией урана и прогнозные оценки неоднократно публиковались в отечественных и зарубежных научных изданиях (например "Объект "Укрытие" в условиях нового безопасного конфайнмента" В.А. Краснов, А.В. Носовский, С.А. Паскевич, В.М. Рудько; под общ. ред. А.В. Носовского. НАНУ ИПБ АЭС. Чернобыль. 2021 г. 344 с) и докладывались на научных конференциях. В 2021 году эти материалы были представлены в докладе на международной конференции INUDECO, где обсуждались риски ядерной безопасности объекта "Укрытие".
Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины – единственное на сегодня научное учреждение, которое с первых лет после аварии на Чернобыльской АЭС изучает состояние локализованных внутри объекта "Укрытие" ЯНМД, а также занимается прогнозированием изменения их состояния во времени. Эти научные исследования очень важны, поскольку полученные данные дают базу для обоснований радиационной и ядерной безопасности объекта "Укрытие". ИПБ АЭС, как организация – научный руководитель, постоянно сотрудничает с Чернобыльской АЭС по повышению ядерной безопасности объекта "Укрытие" и предоставляет соответствующие научно обоснованные рекомендации.
Понимая сложность проблемы, которая стоит перед Чернобыльской АЭС в период преобразования объекта "Укрытие" в экологически безопасную систему, предусматривающую обращение с ядерноопасными материалами, в 2016 году Институтом была разработана специальная Программа мониторинга ТСМ объекта "Укрытие". Однако на текущий момент ГСП ЧАЭС не обеспечена соответствующими ресурсами для реализации этой программы".
Перевод - strana.ua Первоисточник - www.sciencemag.org
Ученые обеспокоены из-за "слоновьих ног" – застывшей радиоакативной лавы внутри реактора, которая превращается в пыль. Фото: пресс-служба ЧЗО
Камни не исполняют желаний. Их исполняем мы сами, четко следуя однажды выбранному пути. - майор Кальтер - Свинцовый закат
СПРАВКА к статье в журнале Science о Чернобыльской АЭС
Как для свежего, так и для отработанного ядерного топлива характерно наличие реакций деления с образованием нейтронов. Было всегда известно, что в любом хранилище ядерного топлива есть потоки нейтронов за счет спонтанного деления.
Авторы статьи отмечают, что в настоящее время в отдельных местах топливных образований (масс) под чернобыльским реактором наблюдается достаточно медленный рост интенсивности реакций деления. Это возможно по следующим основным причинам:
1) Постепенно, со временем, изменяется геометрия и общее физическое состояние топливных образований. Сами топливные образования неоднородны по своему составу и плотности, в каких-то местах их плотность больше, из-за этого возможно увеличение потока нейтронов;
2) Интенсивность реакций деления на нейтронах зависит от наличия замедлителя. В данном случае замедлителем является вода, которая может поступать с дождевыми или грунтовыми потоками. Вода замедляет нейтроны, что способствует повышению интенсивности реакций деления в топливных массах.
Также под воздействием ионизирующего излучения и в случае иссушения топлива оно меняет свою структуру, что также может влиять на интенсивность ядерного деления в нем, однако эти процессы, по-видимому, не достаточно глубоко изучались, о чем и говорится в статье.
Аналогичные ситуации периодически наблюдались и ранее в местах хранения топлива, когда за счет попадания воды в контейнеры с ОЯТ наблюдался также незначительный рост числа ядерных делений.
К сожалению, в статье не обнаружено конкретных численных результатов измерений (например, плотности потока нейтронов), по которым можно делать какие-либо выводы о степени интенсивности протекающих процессов.
На основании статьи можно сделать выводы, что до теоретического перерастания ситуации к состоянию, требующего вмешательства, может пройти еще много лет.
В статье сделана попытка привлечь внимание к исследовательским работам, которые ведутся на Чернобыльской АЭС, а также к наблюдаемым явлениям, которые известны уже давно.
Источник - www.ibrae.ac.ru
Камни не исполняют желаний. Их исполняем мы сами, четко следуя однажды выбранному пути. - майор Кальтер - Свинцовый закат
Президент Украины Владимир Зеленский заявил, что страна планирует перейти к использованию новейших ядерных реакторов. Такое заявление он сделал во время встречи с гендиректором Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) Рафаэлем Мариано Гросси в Киеве, сообщает сайт офиса украинского лидера.Согласно заявлению, Зеленский в ходе встречи отметил, что Украина намерена «перейти к использованию новейших ядерных реакторов, в том числе малых модульных реакторов SMR-160», так как «имеет цель локализовать технологическое производство для SMR-160» в стране.
Нашёл статью от 14.09.2017
О том, что бесплатный сыр бывает только в мышеловке, известно всем. Кроме украинского руководства. Нет, теоретически они это знают, но когда дело касается их, то происходит автоматическое отключение того отдела мозга, которое отвечает за память о данной мудрости. Отсюда и рождаются их решения, от которых у здравомыслящих людей волосы дыбом встают. Как, например, идея заменить российские топливные сборки поддельными американскими, уже приводившими к аварийным ситуациям в Финляндии, Чехии и самой Украине.
Не только ядерное топливо переклинило им мозги. На днях президент украинского «Энергоатома» Юрий Недашковский радостно сообщил, что компания Holtec International, специализирующаяся на производстве оборудования для ядерной энергетики, планирует наладить на Украине производство малых модульных реакторов для АЭС. Речь идёт о реакторах SMR-160, к которым Holtec якобы намеревается привлечь не только харьковский «Турбоатом», но и другие украинские предприятия.
«Есть очень интересное предложение, которое сделал президент Holtec International Крис Сингх нашему президенту Петру Порошенко – создать на Украине хаб по распространению в Европу, Азию и Африку малых модульных реакторов с локализацией производства и очень большого количества оборудования на украинских предприятиях», – пояснил Недашковский.
Глава «Энергоатома» считает производство малых модульных реакторов «чрезвычайно перспективным» направлением в атомной энергетике. «Эти реакторы имеют повышенный уровень безопасности за счёт того, что на них применяются пассивные системы безопасности, то есть без насосного оборудования, арматурного и многого другого, что требует внешнего электроснабжения», – рассказывает он.
Естественно, первым делом бросается в глаза то, что ни с того ни с сего данное предложение сделано именно Украине, переживающей кризис в экономике и никогда не имевшей собственных производственных мощностей, позволяющих производить ядерные реакторы. Нет на Украине и соответственной научной базы, помимо чисто технических кадров, занимающихся эксплуатацией действующих реакторов АЭС советской разработки. С чего бы такая щедрость со стороны компании «Холтек», известной тем, что всё её производство сосредоточено на территории США?
Реакторы SMR-160 – далеко не первая разработка американской компании «Холтек» в области маломощных реакторов. Они являются развитием предыдущего проекта, имеющего обозначение HI-SMUR-140.
Особенностью проектов американской компании является то, что длинный (36 метров) и узкий (2,5 метра) реактор практически полностью находится под землёй. По мнению разработчиков, это обеспечивает его безопасность. Разумеется, если исключить взрыв реактора, который приведёт к выбросу огромного количества заражённой радиацией почвы.
Но не будем о самом худшем. Электрическая мощность кипящего водо-водяного реактора HI-SMUR-140 ограничивалась мощностью 145 мегаватт, а SMR-160 – 160 мегаватт. В отличие от 1000-мегаваттных российских реакторов, предлагавшихся для Хмельницкой АЭС. Но если у всех прочих серийных «атомных котлов» циркуляция рабочей жидкости (воды) осуществляется принудительно при помощи насосов, то проекты Holtec International предусматривают её циркуляцию без насосов. 32 или 37 кассет (проект рассматривает оба варианта) с топливом загружаются единым пакетом, и они «выгорают» все вместе в течение трёх лет. Преимущество такой загрузки топлива из низкообогащённого урана (степень обогащения не выше 5% «бомбового» урана-235) в рекордно низком сроке перезагрузки реактора, производимой в течение всего пяти суток.
Эти превосходные параметры американского чудо-реактора нивелируются тем, что он существует только на бумаге. Holtec International, увы, не построила ни одного своего маломощного модульного сверхбезопасного реактора. Да и вообще из 34 существовавших на 2014 год проектов подобных реакторов до рабочего состояния доведён только один в России и строились ещё три – один аргентино-испанской разработки и два российской.
Любая разработка в области ядерной энергетики проходит суровейшую экспертизу со стороны государственных и международных экспертов. И только после этого выдаётся лицензия на производство реактора. В том же 2014 году из указанных проектов маломощных модульных реакторов (помимо построенных и строящихся) на стадии лицензирования или уже получили её ещё было только три проекта. Но ни HI-SMUR-140, ни SMR-160 фирмы «Холтек» в их числе нет.
В начале 2010-х HI попыталась получить грант на разработку SMR-160 от Министерства энергетики США, но его получили конкуренты «Холтека» - фирмы NuScale Powe и B&W/Bechtel. Проиграв конкурс, фирма, занимавшаяся до этого изготовлением деталей ядерных реакторов, оборудования для утилизации отработавшего ядерного топлива и контейнеров для хранения отработавшего топлива, объявила о готовности продолжить работу над проектом «совместно с генерирующими компаниями из Южной Каролины и рядом других потенциальных потребителей и поставщиков».
В 2015 году участием в проекте заинтересовалась японская Mitsubishi. Одна из её дочерних компаний займётся проектированием электронного оборудования для управления реакторами, а если блоки с SMR-160 всё-таки начнут строить, то и поставлять для них управляющую электронику. Помимо японцев, к проекту планируется привлечь британскую компанию NNL для производства топлива и принадлежащую россиянам чешскую «Skoda-JS» для производства приводов и внутризонных детекторов.
Теперь к проекту производства нелицензированного, не до конца разработанного, не имеющего заказчиков ядерного реактора пообещали привлечь ещё и украинцев.
История с «производством на Украине ядерных реакторов» ничем не отличается от истории с поиском «золота Полуботка». Как говорят экономисты, постройка завода для производства маломощных модульных реакторов будет экономически оправданной лишь при наличии заказа на 40-70 таких реакторов, но в такую перспективу они не верят.
Петру Порошенко в очередной раз предложили сегодня купить красивую обёртку от конфетки, которая, если и появится, то через несколько лет, и будет изготовлена на деньги, которые он заплатил. Либо Holtec International, столкнувшись у себя на родине с трудностями в лицензировании не самого удачного из маломощных реакторов, намеревается это сделать по дешёвке в стране, которая готова поступиться собственной безопасностью ради благосклонности к её руководству заокеанского пана.
История с «производством на Украине ядерных реакторов» ничем не отличается от истории с поиском «золота Полуботка». Как говорят экономисты, постройка завода для производства маломощных модульных реакторов будет экономически оправданной лишь при наличии заказа на 40-70 таких реакторов, но в такую перспективу они не верят.
Всё это задумано, как полигон по обкатке данной модели реактора, я так думаю. А что ещё можно подумать, если ни одна страна не желает сертифицировать это изделие? Даже в США не хотят этого делать. Видать что-то не то с ним? Мина замедленного действия?
