Авария на ЧАЭС Физика ядерного реактора Поглощение электромагнитного излучения в веществе Ядерное взаимодействие Эквивалентная доза. Радионуклиды в организме человека. Физика атомного ядра и элементарных частиц Цепная ядерная реакция

Атомная энергетика и ядерная физика

Авария на ЧАЭС.

Устройство ЧАЭС (краткая характеристика).

К апрелю 1986г. на ЧАЭС работали 4 блока. Каждый блок состоит из ядерного реактора РБМК-100 (реактор большой мощности канальный) и двух турбин с электрогенераторами по 500 МВт (т.е. каждый блок вырабатывает 1000 МВт электроэнергии). Мощность выделения тепла в реакторе 3200 МВт. Отсюда КПД блока -- 31%. РБМК-100 – реактор на тепловых нейтронах. Замедлитель – графит. Теплоноситель – H2O.

Активная зона РБМК-цилиндр иаметром 11,8м и высотой 7м, заполненный графитовыми блоками объемом (25х25х60) см3. В центре каждого блока-отверстие. Эти отверстия формируют цилиндрические каналы для теплоносителя и кассет с ядерным топливом. Общая масса графита в активной зоне 1850тонн. Активная зона окружена отражателем толщиной около 1м (состоит из таких же графитовых блоков, но без отверстий). Графитовый слой окружен стальным баком с водой, который играет роль биологической защиты. Графит опирается на плиту из металлоконструкций, а сверху закрыт другой подобной плитой, на которую для защиты от излучения положили дополнительный настил.

В 1661 каналах с теплоносителем размещены кассеты с 36-ю ТВЭЛами (тепловыделяющими элементами), которые представляют собой пустотелые цилиндры из циркония с примесью 1% ниобия длиной около 3,5м и диаметром 1,36см. В ТВЭЛы помещают таблетки (200 шт.) спеченной двуокиси урана иаметром 1см и высотой 1,5см, которые и являются ядерным топливом. Содержание  в таблетках ~2% (выше в 3 раза естественного содержания его в урановой массе). Общая масса урана в реакторе – 190тонн. В других 211 каналах перемещаются стержни – поглотители нейтронов. Каналы со стержнями – поглотителями охлаждаются водой независимого контура.

Вода в системе охлаждения циркулирует под давлением 70 атмосфер (при таком давлении температура кипения воды ровна 284 оС). Воду подают главные циркуляционные насосы (ГЦН). Проходя через активную зону, Н2О вскипает и смесь состоит на 14% из пара и 86% из воды. Эта смесь поступает в четыре барабана – сепаратора (горизонтальные цилиндры из стали длинной 30м и диаметром 2,6м). В них вода стекает вниз, а пар по паропроводам подается на две турбины. Остывая после прохождения через турбину, пар конденсируется в воду температурой 165 оС. Эта питательная вода подается насосами снова в барабаны–сепараторы, где смешивается с горячей водой из реактора, охлаждает ее до 270 оС и поступает вместе с ней на вход ГЦН. Таким образом, теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру (изображено на рис.1). Солнечная энергетика в России Солнечная энергетика в России

В состав каждого энергоблока входят: система управления и защиты, регулирующая мощность цепной реакции, системы обеспечения безопасности (система аварийного охлаждения реактора – САОР, предотвращающая плавление оболочек ТВЭЛов и попадание радиоактивных частиц в воду и др.).

Рис.1. Циркуляция теплоносителя в РБМК-1000.

Т-турбина; Н-насос; ГЦН - главный циркуляционный насос; Б--С – барабан - сепаратор.

Особенности процессов в активной зоне работающего реактора РБМК – 1000. Размножение нейтронов при делении одних ядер создаёт условие для деления других. Если после каждого деления ядра испускается 2 нейтрона, то один нейтрон в 50-ом поколении размножится до 250 нейтронов. В действительности не все нейтроны вызывают деление. Часть нейтронов идёт на радиационный захват, другая часть вылетает из активной зоны. Эти потери влияют на ход цепной реакции. Делящиеся изотопы наиболее интенсивно поглощают тепловые нейтроны, концентрация которых велика благодаря упругому рассеянию нейтронов на ядрах атомов замедлителя. Сечение деления на тепловых нейтронах в РБМК в сотни раз превышает сечение деления на быстрых нейтронах.

Оказалось, что практическая эксплуатация АЭС в разных странах была связана с относительно частым возникновением аварийных ситуаций.

25 апреля 1986 г четвёртый блок ЧАЭС предполагалось остановить для планового ремонта, во время которого была запланирована проверка работы регулятора магнитного поля одного из двух турбогенераторов. Эти регуляторы были разработаны для продления времени «выбега» (работы на холостом ходу) турбогенератора до момента выхода на полную мощность резервных дизель-генераторов (65 с).

Характер взрыва. Причины аварии. В официальных документах взрыв на ЧАЭС называли тепловым (по механизму взрыва). Но взрывы классифицируют и по природе запасённой энергии. По этому критерию он ядерный, т.к. при разгоне реактора выделилась энергия деления ядер урана. Но и с механизмом вопрос не простой. Начался взрыв, как тепловой: система охлаждения не справлялась с отводом тепла, содержание пара увеличивалось, и мощность реактора росла. Но положительная обратная связь замыкается здесь через цепной процесс деления урана, а уж когда реактор стал надкритичным на мгновенных нейтронах, вспыхнувшая в нём реакция по своей физической природе мало чем отличалась от процессов в атомной бомбе.


Атомная физика