Новости из Японии

Основные принципы ядерных реакций

Урановое топливо генерирует тепло посредством ядерного деления. Большие атомы урана расщепляются на маленькие, что создаёт тепло плюс нейтроны (это одна из частиц, составляющих атом). Когда нейтрон сталкивается с другим атомом урана, тот распадается, создавая больше нейтронов и т.д. Это называется цепной ядерной реакцией.

Так вот, множество топливных стержней, установленных рядом друг с другом, быстро привело бы к перегреванию и – примерно через 45 минут – расплавлению топливных стержней. Здесь важно отметить, что ядерное топливо в реакторе никогда не может стать причиной взрыва, подобного взрыву атомной бомбы. На деле создание атомной бомбы является довольно трудным делом (спросите об этом Иран). В Чернобыле взрыв был вызван чрезмерным ростом давления, взрывом водорода и разрывом всех защитных оболочек, в результате чего в окружающую среду пролился расплавленный материал ядра («грязная бомба»). Почему этого не произошло и не произойдёт в Японии, написано далее.

Для управления цепной ядерной реакцией, операторы реактора используют т.н. «управляющие стержни». Эти стержни поглощают нейтроны и мгновенно прекращают цепную реакцию. Ядерный реактор построен таким образом, что во время нормальной работы все управляющие стержни вынуты. Охлаждающая вода в таком случае уносит с собой тепло (превращая его в пар и электричество) на том же уровне, на каком ядро его производит. При стандартной температуре работы 250°C у операторов есть определённая свобода действий.

Сложность заключается в том, что после вставки стержней и остановки цепной реакции, ядро всё ещё продолжает производить тепло. Уран «прекратил» цепную реакцию, но в процессе расщепления урана появилось множество промежуточных радиоактивных элементов, в частности цезий и изотопы йода, т.е. радиоактивные версии этих элементов, которые в конечном счёте распадутся на меньшие атомы и перестанут быть радиоактивными. Эти элементы продолжают распадаться и производить тепло. Поскольку уран прекратил распадаться после того, как были вставлены управляющие стержни, количество этих элементов не увеличивается и постепенно ядро остывает (на протяжении нескольких дней), пока в конечном счёте все они не будут израсходованы.

Вот эта остаточная температура и вызывает сейчас головную боль.

Так что первый «тип» радиоактивного материала это уран в топливных стержнях, плюс промежуточные радиоактивные элементы, на которые расщепляется уран – цезий и йод (тоже внутри топливного стержня).

Второй тип радиоактивного материала создаётся за пределами топливных стержней. Вот основное различие: у этих радиоактивных материалов очень короткий период полураспада, что значит, что они очень быстро распадаются на нерадиоактивные частицы. Под «быстро» я подразумеваю секунды. Так что если эти материалы попадают в окружающую среду, да, происходит утечка радиации, но нет, это не опасно. Вообще. Почему? Потому что за то время, что вы произнесёте «Р-А-Д-И-О-Н-У-К-Л-И-Д», они будут абсолютно безвредны, т.к. распадутся на нерадиоактивные элементы. Одним из этих элементов является N-16, радиоактивный изотоп (или версия) азота (воздух), другие – такие благородные газы как аргон. Но откуда они берутся? Когда расщепляется уран, возникают нейтроны (см. выше), большинство из которых сталкивается с другими атомами урана и поддерживает цепную ядерную реакцию. Но некоторые из нейтронов покидают топливный стержень и сталкиваются с молекулами воды или содержащегося в воде воздуха. Тогда нерадиоактивный элемент может «захватить» нейтрон и стать радиоактивным. Как описывалось выше, он быстро (за секунды) теряет этот нейтрон и снова возвращается к своей прекрасной истинной сути.

Второй «тип» радиации очень важен, поскольку мы говорим о радиации, впоследствии попадающей в окружающую среду.

Что случилось на АЭС в Фукусиме

Я попытаюсь суммировать основные факты. Землетрясение, которое обрушилось на Японию, было в пять раз сильнее того, что может выдержать АЭС (шкала Рихтера работает логарифмически; разница между магнитудой 8,2, что может выдержать АЭС, и 8,9 не 0,7, а 5 раз). Так что для начала вознесём хвалу японским инженерам – всё выдержало.

Когда началось землетрясение с магнитудой 8,9, все ядерные реакторы автоматически выключились. Спустя секунды после начала землетрясения управляющие стержни были вставлены в ядро и цепная ядерная реакция прекратилась. Теперь система охлаждения должна вывести остаточное тепло. В нормальном эксплуатационном режиме остаточное тепло составляет 3% от тепловой нагрузки.

Землетрясение разрушило внешнее энергоснабжение реактора, что является одним из самых серьёзных происшествий для АЭС. Соответственно, «отключению АЭС» уделяется повышенное внимание в ходе создания дублирующих систем. Для поддержания работы системы охлаждения необходима электроэнергия. Как только АЭС отключается, она сама электроэнергию больше производить не может.

Около часа всё работало нормально. Включился один из нескольких экстренных дизельных генераторов, который произвёл необходимую электроэнергию. Затем обрушилась волна цунами, оказавшаяся намного больше, чем ожидали люди, строившие здание АЭС (см. выше, фактор 7). Цунами вывело из строя все резервные генераторы.

Строя здание АЭС, инженеры следуют философии, получившей название «Глубина защиты». Это значит, что сначала строится всё, что может противостоять худшей катастрофе, которую только можно представить, а затем станция проектируется таким образом, чтобы она могла выдержать один отказ системы (который, предположительно, никогда бы не произошёл) за другим. Таким сценарием стало цунами, отключившее всю резервную подачу электроэнергии одним ударом. Последняя линия обороны переместилась к третьей оболочке (см. выше), которая выдержит всё, что угодно, вне зависимости от того, что творится внутри реактора – вставлены управляющие стержни или нет, расплавлено ли ядро или нет.

Когда дизельные генераторы отключились, операторы реактора переключили подачу энергии на аварийные батареи. Эти батареи были построены в качестве резерва для резерва и работают в течение 8 часов, подавая электроэнергию для охлаждения ядра. И они так и сделали.

В течение восьми часов должен был быть найден и подсоединён к АЭС другой источник энергии. Единая энергосистема из-за землетрясения отключилась. Дизельные генераторы были уничтожены цунами. Так что были привезены мобильные дизельные генераторы.

И вот здесь всё пошло по-настоящему не так: внешние генераторы электроэнергии не смогли подсоединить к АЭС (штепсели не подошли) и после прекращения работы аварийных батарей остаточное тепло уже не могло отводиться.

На этой стадии операторы АЭС начинают следовать чрезвычайным мерам, применяемым для «сброса охладителя». Это снова шаг в соответствии с «Глубиной защиты». Подача энергии к системам охлаждения никогда не должна была отключаться полностью, но она отключилась, так что они «отступили» к следующей линии обороны. Всё это, каким бы шокирующим не казалось нам с вами, является частью ежедневных тренировок, которые проходят операторы, вплоть до управления расплавлением ядра.

Страницы: 1 2 3 4

Читайте также:

• В Тохоку произошло 6,8-балльное землетрясение
• На японском заводе произошла утечка радиоактивного топлива
• Ради успокоения общества всем АЭС Японии предстоит стресс-тест: этот шаг может продлить нехватку электроэнергии
• Пожар на АЭС «Фукусима-1» потушен
• Авария на АЭС «Фукусима-1»: кризис стабилизируется, нужно время на восстановление