Posljednjih dana pojavilo se više članaka na osnovu prenesenih vijesti iz stranih medija o ponovnoj aktivnosti Černobilskog reaktora br.4 koji je uništen u nesreći 1986 godine (npr. : https://hr.n1info.com/svijet/ponovno-aktivan-cernobilski-reaktor-strucnjaci-kazu-da-je-situacija-neizvjesna/, https://www.index.hr/vijesti/clanak/cernobilski-reaktor-je-opet-aktivan-kemicar-situacija-je-jako-neizvjesna/2275060.aspx itd.). Senzorima/detektorima je zapravo zabilježen porast broja neutrona (mjerenja pokazuju da se udvostručio tijekom zadnje 4 godine) u jednoj od nedostupnih soba (305/2) gdje se pretpostavlja da se nakupila veća količina rastaljenog materijala iz jezgre reaktora.
O čemu se zapravo radi?
Za fisiju su potrebni neki preduvijeti poput[1.][2.]: (1) dovoljna masa fisijskog materijala (poput izotopa urana-235 ili 233), (2) odgovarajući moderator (usporivač neutrona) te (3) zadovoljavanje prostornih kriterija (nakon fisije bi neutroni mogli pobjeći iz fisijskog materijala u vanjski prostor, a da na svojem putu ne sretnu jezgru moderatora pa ne uspore na energiju potrebnu za slijedeću fisiju, ili nakon usporavanja ne budu „uhvaćeni“ drugom uranijevom atomskom jezgrom). Neutronski prinos „k“ (multiplikacijski faktor) je omjer broja neutrona nastalih u fisijskom procesu i broja neutrona nastalih u prethodnom fisijskom procesu. Lančana je reakcija samoodrživa („nadkritična“) ako je k > 1, kritična ako je k=1 i podkritična ako je k < 1. Osnovna poteškoća je u tome što samo „spori“ neutroni izazivaju lančanu reakciju a fisije proizvode brze neutrone (promptne i zakašnjele). Da bismo usporili (moderirali) neutrone, (i održali k>1) potrebno ih je propustiti kroz tvari male atomske mase koje ne absorbiraju neutrone. Atomi male atomske mase usporavaju neutrone zato što im neutroni predaju jedan dio svoje kinetičke energije, a ne odbijaju se od njih istom brzinom kao od atoma velike atomske mase. Također, nakon usporavanja neutrona on mora „pogoditi“ drugu jezgru urana (ili drugog fisijskog elementa) dovoljno brzo odnosno prije bijega u neki vanjski prostor (da bi k ostao veći od 1). Svi fisijski produkti i većina njihovih potomaka su radioaktivni i raspadaju se. U prosjeku su do konačnoga stabilnog izotopa potrebna tri do četiri radioaktivna raspada. Većinom je riječ o beta-raspadu i gama-raspadu, pri čemu se oslobađaju beta-čestice, odnosno gama-zrake. Energija koja se oslobađa u tim raspadima naziva se zakašnjelom/ostatnom toplinom (decay heat).
Tijekom taljenja jezgre u Černobilskoj nesreći dio fisijskog materijala u obliku lave[3.] (corium ili fuel containing material (FCM) ili lava-like fuel-containing material (LFCM)) transportirao se iz reaktora u ostale prostore. Zbog visoke temperature usljed raspada fisijskih produkata (decay heat), a često i egzotremne interakcije (kemijske reakcije pri kojima se oslobađa dodatna toplina) sa okolnim betonom (Molten Corium Concrete Interaction (MCCI)) corium interagira s betonom dok god se srednja temperatura taline ne smanji odvođenjem viška topline konvekcijom i radijacijom na okolne strukture ili zrak. Stvrdnjavanjem corium-a često nastaje i porozna struktura, ali i spojevi urana topivi u vodi koji migriraju u druge dijelove te strukture ili druge prostore.
Teoretski je moguće da uz prisustvo homogene smjese grafitnih čestica i vode (podzemne ili zaostale u pojedinim „džepovima“) kao moderatora dolazi do prostorno ograničene spontanefisije i detekcije lokalnog porasta neutrona (ne i takve lančane reakcije čija bi se snaga eksponencijalno povećavala jer za to nema kritične mase, a vjerojatno je i moderacija ograničena). Međutim vjerojatnija je situacija da se radi o podkritičnoj multiplikaciji (množenju neutrona)[7.]. To je fenomen prisutnosti unutarnjeg izvora neutrona (npr. spontane fisije reaktorski stvorenih aktinida). Izvor novih neutrona uravnotežuje gubitke neutrona zbog njihove apsorpcije ili bijega, a neutronski tok je stalan. Ako je prisutan izvor neutrona, tada svako prijelazno podkritično stanje (reaktivnost smjese ili reaktora < 0) neizbježno prolazi u podkritičnom množenju. Ako ne, neutronski tok na kraju će se približiti nuli. Detektirani povećani broj neutrona (2 puta u zadnje 4 godine) je bliži pod-kritičnoj multiplikaciji neutrona.
U povijesti su postojali i takozvani „prirodni“ reaktori[4.], nalazišta mineralne sirovine urana, gdje analiza izotopa pokazuje da se odvijala samoodržavajuća nuklearna lančana reakcija. Jedino takvo mjesto u svijetu, koje je do sada pronađeno, je u rudniku Oklo (Gabon). Prema postojećim podacima rudnik Oklo ima 16 različitih područja na kojima su pronađeni tragovi samoodržavajuće nuklearne lančane reakcije, koja se dogodila prije oko 2 milijarde godina i trajala je stotinama tisuća godina, a razvijala je snagu oko 100 kW.
Zaključak: Kratkotrajna fisijska aktivnost ili potkritična multiplikacija u dijelovima coriuma u zgradi Černobilskog reaktora br. 4 teoretski su moguće (poput spomenutih „prirodnih“ reaktora) ali ograničene zbog relativno malog obogaćenja (u primjeru Černobilskog RBMK 1.8- 2.6% obogaćenje urana-235 prema prirodnoj koncentraciji 0.7% pri čemu ne treba zaboraviti izotope plutonija (Pu) nastale u reaktoru prije same nesreće jer su RBMK korišteni i u vojne svrhe), narušene geometrije (potrebno je više fisibilnog materijala u manjem prostoru) odnosno gubitka moderatora. Treba napomenuti da je i u coriumu ostalo puno izotopa koji imaju negativni temperaturni koeficijent(povećanjem temperature raste njihova sposobnost apsorpcije neutrona čime se smanjuje raspoloživi broj neutrona). Također tu su i produkti fisija tijekom normalnog pogona reaktora poput Sm koji imaju značajnu sposobnost apsorpcije slobodnih neutrona[5.].
Kratkotrajna fisijska aktivnost ili vjerojatnija potkritična multiplikacija može se otkriti detekcijom povećanog broja neutrona (ako se ne radi o nekoj mjernoj nesigurnosti samih detektora). Potvrda je moguća i otkrićem prisutnosti kratkotrajnih produkata fisije dugo nakon taljenja jezgre, u količinama koje su previsoke da bi ostale iz reaktora pred taljenjem ili su posljedica spontane fisije reaktorski stvorenih aktinida. Situaciju je svakako potrebno nadzirati, ali nema razloga za brigu da bi takve spontane fisije ili podkritična multiplikacija dugoročno mogle generirati veću snagu ili oštetiti zaštitnu strukturu.,.
Reference:
[1] https://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_fisija
[2] https://hr.wikipedia.org/wiki/Nuklearna_lan%C4%8Dana_reakcija
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Corium_(nuclear_reactor)
[4] https://hr.wikipedia.org/wiki/Prirodni_nuklearni_reaktori
[5] https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?id=1209
[6] https://hr.wikipedia.org/wiki/Zatrovanje_reaktora
Ostavite komentar
You must be logged in to post a comment.