Gli scienziati svedesi sono giunti alla conclusione che durante l'incidente nella centrale nucleare di Chernobyl si è verificata una debole esplosione nucleare. Gli esperti hanno analizzato il corso più probabile delle reazioni nucleari nel reattore e hanno simulato le condizioni meteorologiche per la propagazione dei prodotti di fissione. "Lenta.ru" racconta un articolo di ricercatori pubblicato sulla rivista Nuclear Technology.
L'incidente nella centrale nucleare di Chernobyl è avvenuto il 26 aprile 1986. Il disastro ha minacciato lo sviluppo del nucleare in tutto il mondo. Intorno alla stazione è stata creata una zona di esclusione di 30 chilometri. La ricaduta radioattiva è caduta anche nella regione di Leningrado e gli isotopi di cesio sono stati trovati in concentrazioni maggiori nei licheni e nella carne di cervo nelle regioni artiche della Russia.
Esistono varie versioni delle cause del disastro. Molto spesso, indicano le azioni sbagliate del personale della centrale nucleare di Chernobyl, che hanno portato all'accensione dell'idrogeno e alla distruzione del reattore. Tuttavia, alcuni scienziati ritengono che ci sia stata una vera esplosione nucleare.
L'inferno bollente
Una reazione nucleare a catena viene mantenuta in un reattore atomico. Il nucleo di un atomo pesante, ad esempio l'uranio, si scontra con un neutrone, diventa instabile e decade in due nuclei più piccoli: prodotti di decadimento. Nel processo di fissione, vengono rilasciati energia e due o tre neutroni liberi veloci, che a loro volta causano il decadimento di altri nuclei di uranio nel combustibile nucleare. Il numero di decadimenti aumenta così in modo esponenziale, ma la reazione a catena all'interno del reattore è controllata per prevenire un'esplosione nucleare.
Nei reattori nucleari termici, i neutroni veloci non sono adatti per l'eccitazione di atomi pesanti, quindi la loro energia cinetica viene ridotta utilizzando un moderatore. I neutroni lenti, chiamati neutroni termici, hanno maggiori probabilità di causare il decadimento degli atomi di uranio 235 usati come combustibile. In questi casi, si parla di una sezione d'urto alta per l'interazione dei nuclei di uranio con i neutroni. Gli stessi neutroni termici sono chiamati così perché sono in equilibrio termodinamico con l'ambiente.
Il cuore della centrale nucleare di Chernobyl era il reattore RBMK-1000 (un reattore a canale ad alta potenza con una capacità di 1000 megawatt). Fondamentalmente, è un cilindro di grafite con molti fori (canali). La grafite funge da moderatore e il combustibile nucleare viene caricato negli elementi combustibili (barre di combustibile) attraverso i canali tecnologici. Le barre di combustibile sono realizzate in zirconio, un metallo con una sezione trasversale di cattura dei neutroni molto piccola. Consentono il passaggio di neutroni e calore, che riscalda il refrigerante, prevenendo la fuoriuscita di prodotti di decomposizione. Le barre di combustibile possono essere combinate in gruppi di combustibile (FA). Gli elementi di combustibile sono caratteristici dei reattori nucleari eterogenei in cui il moderatore è separato dal combustibile.
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RBMK è un reattore a circuito singolo. L'acqua viene utilizzata come vettore di calore, che si trasforma parzialmente in vapore. La miscela vapore-acqua entra nei separatori, dove il vapore viene separato dall'acqua e inviato ai generatori a turbina. Il vapore esaurito viene condensato e rientra nel reattore.
Coperchio del reattore RBMK
C'era un difetto nel design dell'RBMK, che ha svolto un ruolo fatale nel disastro della centrale nucleare di Chernobyl. Il fatto è che la distanza tra i canali era troppo grande e troppi neutroni veloci venivano inibiti dalla grafite, trasformandosi in neutroni termici. Sono ben assorbiti dall'acqua, ma lì si formano costantemente bolle di vapore, il che riduce le caratteristiche di assorbimento del vettore di calore. Di conseguenza, la reattività aumenta, l'acqua si riscalda ancora di più. Cioè, RBMK si distingue per un coefficiente di reattività al vapore sufficientemente alto, che complica il controllo nel corso di una reazione nucleare. Il reattore dovrebbe essere dotato di sistemi di sicurezza aggiuntivi; solo personale altamente qualificato dovrebbe lavorarci.
Legna da ardere rotta
Il 25 aprile 1986, è stato pianificato l'arresto della quarta unità di potenza presso la centrale nucleare di Chernobyl per riparazioni programmate e un esperimento. Gli esperti dell'Istituto di ricerca Hydroproject hanno proposto un metodo per l'alimentazione di emergenza delle pompe della stazione utilizzando l'energia cinetica di un generatore a turbina rotante per inerzia. Ciò consentirebbe, anche in caso di interruzione di corrente, di mantenere la circolazione del liquido di raffreddamento nel circuito fino all'attivazione dell'alimentazione di backup.
Secondo il piano, l'esperimento doveva iniziare quando la potenza termica del reattore sarebbe scesa a 700 megawatt. La potenza è stata ridotta del 50 percento (1600 megawatt) e il processo di spegnimento del reattore è stato posticipato di circa nove ore su richiesta di Kiev. Non appena la diminuzione della potenza è ripresa, è improvvisamente scesa quasi a zero a causa di azioni errate del personale della centrale nucleare e dell'avvelenamento da xeno del reattore - l'accumulo dell'isotopo xeno-135, che riduce la reattività. Per affrontare il problema improvviso, le barre di assorbimento dei neutroni di emergenza sono state rimosse dall'RBMK, ma la potenza non è salita oltre i 200 megawatt. Nonostante il funzionamento instabile del reattore, l'esperimento è iniziato alle 01:23:04.
Diagramma del reattore ChNPP
L'introduzione di pompe aggiuntive ha aumentato il carico sul turbogeneratore di esaurimento, riducendo il volume di acqua che entra nel nocciolo del reattore. Insieme all'elevata reattività del vapore, questo ha aumentato rapidamente la potenza del reattore. Il tentativo di introdurre canne assorbenti a causa del loro cattivo design non fece che peggiorare la situazione. Solo 43 secondi dopo l'inizio dell'esperimento, il reattore è crollato a seguito di una o due potenti esplosioni.
Finisce in acqua
Testimoni oculari affermano che la quarta unità di potenza della centrale nucleare è stata distrutta da due esplosioni: la seconda, la più potente, è avvenuta pochi secondi dopo la prima. Si ritiene che l'emergenza sia derivata da uno scoppio di tubazioni dell'impianto di raffreddamento causato dalla rapida evaporazione dell'acqua. Acqua o vapore hanno reagito con lo zirconio nelle celle a combustibile, provocando la formazione e l'esplosione di grandi quantità di idrogeno.
Gli scienziati svedesi ritengono che due diversi meccanismi abbiano portato alle esplosioni, uno dei quali nucleare. Innanzitutto, l'elevato coefficiente di reattività del vapore ha aumentato il volume di vapore surriscaldato all'interno del reattore. Di conseguenza, il reattore è esploso e il suo coperchio superiore da 2000 tonnellate è volato su per diverse decine di metri. Poiché gli elementi di combustibile erano attaccati ad esso, c'era una perdita primaria di combustibile nucleare.
La quarta unità di potenza distrutta del ChNPP
In secondo luogo, l'abbassamento di emergenza delle aste dell'assorbitore ha portato al cosiddetto “effetto finale”. Sul Chernobyl RBMK-1000, le aste erano costituite da due parti: un assorbitore di neutroni e un dislocatore d'acqua in grafite. Quando la bacchetta viene introdotta nel nocciolo del reattore, la grafite sostituisce l'acqua che assorbe i neutroni nella parte inferiore dei canali, il che aumenta solo il coefficiente di reattività del vapore. Il numero di neutroni termici aumenta e la reazione a catena diventa incontrollabile. Si verifica una piccola esplosione nucleare. I flussi di prodotti di fissione, anche prima della distruzione del reattore, sono penetrati nella sala e quindi - attraverso il tetto sottile dell'unità di potenza - sono entrati nell'atmosfera.
Per la prima volta, gli esperti hanno iniziato a parlare della natura nucleare dell'esplosione nel 1986. Quindi gli scienziati del Khlopin Radium Institute hanno analizzato le frazioni di gas nobili ottenute nello stabilimento di Cherepovets, dove venivano prodotti azoto liquido e ossigeno. Cherepovets si trova a mille chilometri a nord di Chernobyl e una nube radioattiva ha attraversato la città il 29 aprile. I ricercatori sovietici hanno scoperto che il rapporto tra le attività degli isotopi 133Xe e 133mXe era 44,5 ± 5,5. Questi isotopi sono prodotti di fissione di breve durata, che indicano una debole esplosione nucleare.
Scienziati svedesi hanno calcolato quanto xeno si è formato nel reattore prima dell'esplosione, durante l'esplosione, e come i rapporti degli isotopi radioattivi sono cambiati fino alla loro ricaduta a Cherepovets. Si è scoperto che il rapporto di reattività osservate nella centrale potrebbe sorgere in caso di un'esplosione nucleare con una capacità di 75 tonnellate in equivalente TNT. Secondo l'analisi delle condizioni meteorologiche per il periodo dal 25 aprile al 5 maggio 1986, gli isotopi dello xeno sono saliti fino a un'altezza di tre chilometri, il che ha impedito la sua miscelazione con lo xeno che si era formato nel reattore prima dell'incidente.
