Láncreakció

Aszódi Attila információs blogja

A csernobili újrakritikusság kérdése – nem jó, de nem is tragikus

2021. május 13. 13:23 - Prof. Dr. Aszódi Attila

Az eredetileg a Science magazinból származó hír alapján több magyar sajtótermék is megírta (pl. az Index, a Telex, a HVG.hu és a Raketa.hu is), hogy „maghasadásra utaló jeleket” tapasztaltak a 35 éve balesetet szenvedett csernobili 4. reaktor romjai alatt. A téma elég "nagyot ment" a sajtóban, nézzünk kicsit utána, miről is van szó. Röviden: a hír és a megnövekedett kockázat igaz, csak egy kicsit másként és nem egy friss esemény által.

Az 1986-os csernobili katasztrófa egy ún. kritikussági baleset volt, amelyben a reaktorban zajló maghasadásos láncreakció megszaladt, rövid időre a névleges teljesítmény százszorosa volt mérhető, és az emiatt felszabaduló hő hatására gőzrobbanás, majd gázrobbanás történt és kigyulladt, majd közel két hétig égett a reaktor moderátoraként szolgáló grafit. Ezek a folyamatok rengeteg hőt termeltek, valamint a reaktor geometriájának súlyos sérüléséhez vezettek, így a reaktorban lévő közel 200 tonna urán alapú üzemanyag megolvadt. Ez a sűrű urán-oxid olvadék, benne rengeteg más radioaktív izotóppal magába olvasztotta a reaktor szerkezeti anyagainak egy részét, megolvasztotta nem csak a reaktor körüli anyagokat, de sok helyen a körülötte lévő betont is. Ebbe az olvadékba belekeveredtek azok az anyagok is, amelyeket a balesetet követően helikopterekről szórtak a sérült, a környezet felé kinyílt reaktorba.

Ezt a sok különböző anyag olvadt keverékét kóriumnak (corium) is hívjuk az angol „core” (reaktorzóna) szóra, az olvadt zónatartalomra utalva. Ez a zónaolvadék és a környezetéből származó anyagok olvadt keveréke Csernobilban úgy viselkedett, mint az olvadt láva: amivel érintkezésbe került, azt magába olvasztotta (a beton egy részét is) és lassan de biztosan haladt arra, amerre éppen áramlani tudott. 1986-ban ez a csernobili kórium több emeletet haladt lefelé a reaktorzóna alatti terekben. A lenti fényképet a csernobii atomerőműben készítettem egy makettről, ahol jól lehet látni azt a zavart geometriát, ami a robbanások és az azt követő folyamatok következtében kialakult. A dolog veszélyessége technikai értelemben nem csak abban áll, hogy ez az anyag erősen radioaktív, hanem abból is származik, hogy az anyag pontos összetétele és a pontos geometriája nem ismert, így rá vonatkozóan csak közelítő számításokat lehet végezni, a pontos állapotát, reaktorfizikai tulajdonságait nem ismerjük.

 

cserno_damaged.jpg

A csernobiliban létrejött sérül geometria makettja (Fotó: Aszódi Attila, 2005)

Ez a lávaszerű, hasadóanyagot (uránt és plutóniumot), valamint hasadási termékeket is tartalmazó anyag különböző helyiségekben szilárdult meg és ott töltötte az elmúlt 35 évet. Az idő több dolgot is megváltoztatott, az elmúlt több, mint három évtized alatt sok dolog történt:

1) Az olvadékban lévő hasadási termékek radioaktív bomlásuk következtében veszítettek aktivitásukból, tehát ez az anyag ma kevésbé radioaktív, mint volt 1986-ban, de még most is elég aktív ahhoz, hogy a legveszélyesebb helyeket a csernobili szarkofágon belül ember ne tudja megközelíteni.

2) Az 1986-ban sebtében felépített szarkofág nem készült, nem készülhetett hermetikusan zártra. Abba az esővíz folyamatosan befolyt, így azokat a tereket is rendszeresen víz érte, amelyek a reaktorépület alján helyezkednek el. Egyes becslések szerint akár 3000 m3 víz is befolyhatott a szarkofágba. A megszilárdult kórium körül is lehetett víz hosszú időn keresztül. Ukrán források egy 2021. április 27-i konferencia keretében most beszámoltak arról, hogy 1990-ben egy nagy esőzés után egyes, a sérült reaktor köré telepített neutrondetektorok jelentős neutronszám-növekedést jeleztek, ami arra utal, hogy a befolyt esővíz moderátorként segíthette bizonyos helyeken esetleg önfenntartó láncreakció beindulását. Az, hogy ez a rendszer akkor reaktorként működött volna, nem állítják teljes bizonyossággal. Az is lehet, hogy a kritikussághoz közeli ún. szubkritikus rendszer működésének jeleit detektálták. Erről ír például az amerikai Energetikai Minisztérium weblapján elérhető 1996-os kutatási jelentés (ld. Bowman, 1996).

3) Az új csernobili szarkofágot 2016-ban csúsztatták a balesetet szenvedett 4. blokk fölé. Ezt követően a csapadék bejutása a törmelékek közé megszűnt. Az ukrán szakemberek arról számoltak be, hogy több helyiségben jelentősen csökkent a víz szintje. Nagy valószínűséggel ez – lassan ugyan – de megváltoztatta egyes helyeken a hasadóanyag tartalmú láva összetételét, moderáltsági viszonyait. A láva kiszáradása, mechanikai károsodása is okozhat olyan átrendeződést, ami a kívülről mért neutronáramban változásokat indukálhat.

Fontos hangsúlyozni, hogy egy ilyen rendszerben a neutronok jelenléte természetes, nem feltétlenül jelez veszélyes folyamatokat. Mind az urán, mind a plutónium izotópjai spontán is hasadnak, amely folyamatban keletkeznek neutronok. Ezen kívül vannak a lávában plutóniumnál nehezebb izotópok is (pl. kűrium, amerícium), amelyekből szintén származhatnak neutronok. Tehát a sajtóban sok helyen szereplő kijelentés, hogy „maghasadásra utaló jeleket találtak Csernobilban”, nem pontos, mert spontán maghasadás folyamatosan történik urán és plutónium tartalmú anyagokban, ráadásul más magreakciókból is keletkezhetnek neutronok egy ilyen rendszerben. A kérdés sokkal inkább az, hogy ellenőrizetlen maghasadásos láncreakció létrejött-e, létrejöhet-e.

Ukrán szakemberek mérései szerint 2016 óta bizonyos neutron-beütésszám mérések 2019 decemberig 60-80%-os növekedést mutattak. Ez a folyamat lassan, több év alatt következett be. Az, hogy a lávát tartalmazó helyiségen kívül elhelyezett neutrondetektorok növekvő neutronszámot mérnek, arra utal, hogy a kóriumban található hasadóanyag a kritikussághoz közelebb került. Ez nem jelent még önfenntartó láncreakciót, mert egy ún. szubkritikus rendszer neutronerősítőként működik: ha közelebb kerül a kritikussághoz, akkor növekvő számban sokszorozza meg azokat a neutronokat, amelyek az urán és plutónium magok spontán hasadásából keletkeznek. A 305/2 jelű helyiségben az ukrán szakértők becslése szerint legalább 20 tonna hasadóanyagot is tartalmazó megszilárdult kórium található. Becslésük szerint a lávaformáció alján az urántartalom akár 40% is lehet.

Az tehát, amiről most az ukrán szakemberek beszámoltak, arra utal, hogy egyes helyeken kritikussághoz közelebb kerülhetett a hasadóanyag tartalmú láva, de kritikussági baleset bekövetkezéséről nincsen szó. Arra a kérdésre, hogy a jövőben bekövetkezhet-e ilyen baleset, ma még nem tudunk egyértelműen válaszolni. További vizsgálatok szükségesek ahhoz, hogy erre majd a csernobili szakemberek válaszolni tudjanak. Az új szarkofág alatt tervezett munkák keretében az ukrán fél közlése szerint a közeli jövőben várhatóan hozzá fognak férni az egyik legproblémásabb helyiséghez. Az ottani helyzet pontosabb tisztázása jelentősen csökkenteni fogja a számítási és mérési bizonytalanságokat, és lehetőséget tud teremteni arra, hogy ott be tudjanak avatkozni, ha a jövőben negatív folyamatok indulnak be.

Sokan kérdezik, hogy lehet-e a fenti folyamatok következtében olyan mértékű robbanás a csernobili 4. reaktorban, mint 1986 áprilisában. Erre egyértelmű válasz adható: ilyen nem tud történni. Ma a rendszer atmoszférikus nyomáson van, a hőmérséklet most alacsony, így nincs olyan energiatartalma a sérült üzemanyagnak, amiből olyan méretű robbanás fejődhetne ki, mint 1986-ban. Ugyanakkor egy lassú kritikussági baleset bekövetkezését a most rendelkezésünkre álló adatok alapján nem lehet kizárni. Ez a kérdés mindenképpen további kezelést igényel, és nemzetközi figyelmet érdemel.

Ugyanakkor azt is hangsúlyozni kell, hogy amiről az írásom elején említett Science cikk szól, nem egy új fejlemény, a neutronszám lassú növekedését a 2016 óta eltelt 5 évben fokozatosan figyelték meg. Most azért került a téma elő, mert a csernobili baleset 35. évfordulójára szervezett konferencián arról beszámoltak ukrán illetékesek.

6 komment

A bejegyzés trackback címe:

https://aszodiattila.blog.hu/api/trackback/id/tr3716558440

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

ColT · http://kilatas.great-site.net 2021.05.13. 15:23:45

Ha már, akkor nekem szimpatikusabb ez a rekostrukció. A felső pajzs teljesen keresztbefordulva (a cikkben a képeken is látszik), stb.
i.imgur.com/41Uvzw3.jpeg

imgur.com/a/TwY6q

Amúgy érdekes volt a cikk, sehol nem írták le így a folyamatot, minden újságban új jelenségről volt szó. Azt is kevesen tudják, hogy rendszeresen vannak expedíciók a sérült reaktorépületben.

rezgaras 2021.05.13. 22:13:12

Az utolsó előtti bekezdést szerintem újra kellene fogalmazni. Már a második bekezdés is két robbanásról beszél, így a szövegből nem világos, hogy most melyiket lehet kizárni.

Az érdekes fejleménynek látszik, hogy az olvadék alján az urán feldúsulhat. Az pedig, hogy lesz-e hozzá moderátor (befolyik a víz, más moderátor jelentkezik az olvadékban) vagy éppen hogy viselkedik moderátor nélkül, nyilván elég nehezen kiszámítható.

blah blah 2021.05.14. 04:22:38

@rezgaras: Teljesen világos, hogy a gőzrobbanással járó robbanást lehet kizárni, és a kockázat abban van, hogy a kóriumláva kijuthat a containmenten kívülre.

Benbe · http://www.benbe.hu 2021.05.14. 10:30:27

@rezgaras: Szerintem a 40% uránban is csak 4% az U-235. A 40% kémiai összetételt jelent.

belekotty 2021.05.14. 13:23:14

Azt is számításba kellene venni, hogy a rendszerben sok a szén (grafit formájában) és lehetséges hogy az aktinida oxidokat (U, Pu, Am, Cm) kiredukálja. Az aktinidák olvadáspontja pedig alacsonyabb mint az oxidjaiké, sűrűségük pedig nagyobb. Tehát akár aktinida fém lencsék is kialakulhatnak, amelyekben a aktinidák spontán neutronemissziója és hasadása miatt egy szubkritikus rendszer neutron sugárzása jelentősen nőhet. Láncreakció csak korlátozottan folyik, mivel szubkritikus. Ha nő a hőtermelés az önmagában negatív kritikussági tényező, vagyis a folyamat nem valószínű hogy önfenntartó láncreakcióvá fejlődik.

HaCS 2021.05.15. 12:00:51

Laikus hobbistának tartom magam, de lehet tudni, hogy milyen energiaszintűek a neutronok? Végeznek ilyen méréseket időről-időre mintavételszerűen? Gondolnám (de lehet, hogy tévedek), hogy az egyes különböző magreakciók más-más energiájú neutronkibocsátással járnak. Ezáltal következtetéseket lehetne levonni a folyamatokról, ill. az esetleges moderátorközeg jelenlétéről is. Azzal önmagában, hogy lassan nő az intenzitás úgy általában tényleg elég nehéz tudományosan mit kezdeni.
süti beállítások módosítása