Взято отсюда: http://to-the-future.livejournal.com/577180.html

Что вообще происходит в реакторе?

Каждый атом каждого делящегося элемента (урана, плутония и т.п.) содержит ядро. Рано или поздно это ядро самопроизвольно делится на два одинаковых. Вот так, было одно, а стало два. Причем, каждый из свежеполучившихся атомов испускает из себя нейтрон (на самом деле, два или три). Если нейтрон врежется в другой атом радиоактивного элемента, то ядро атома (внезапно!) поделится Это - ядерная реакция.

Сразу после деления, каждое из новополучившихся ядер испустит нейтрон, который, в свою очередь, заставит поделиться еще одно ядро. А потом еще и еще. Это - цепная ядерная реакция.

Как несложно заметить, если бы каждый нейтрон или хотя бы большая их часть обязательно врезалась в ядро, нарастание количества ядер и нейтронов, шло бы в геометрической прогрессии и поддерживалось бы само собой. Это называется неконтролируемой цепной реакцией или ядерным взрывом.

Но ядерная реакция - штука вероятностная. Вероятность попадания нейтрона в ядро атома зависит от нескольких факторов, основные из которых:

- Скорость нейтрона. Чем ниже скорость, тем выше вероятность попасть в атом.
- Количество делящегося вещества на единицу объема.

То есть, чтобы реакция была цепной, нам надо либо замедлить нейтроны, либо собрать в кучу много атомов делящегося вещества.

Количество вещества, которое надо собрать в одном месте для самоподдерживающейся реакции называется критической массой.

Но если взять природный уран и самосвалами ссыпать его в кучу, ничего полезного из этого не выйдет: чистого урана не существует, а есть лишь урановые руды, содержащие в себе уран в небольших количествах. Урана будет много, но он рассеян по большому пространству. Ничего не происходит.

Тогда замедлим нейтроны. Оказывается есть вещество, которое называется "замедлитель". В нём скорость нейтрона существенно снижается. Замедлителем может быть графит, тяжелая вода и даже, после некоторых манипуляций руками, наша с вами обыкновенная H2O.

Еще есть вещество, называемое поглотителем. Классический поглотитель - кадмий. Нейтроны уходят в него, как в черную дыру. Если засунуть в нашу гору урана брусок кадмия, всё станет еще хуже: многие нейтроны погибнут, так и не найдя свой атом для деления.

Итак, реактор:

Возьмем немного делящегося вещества (например того же урана), добавим к нему замедлителя (воды) и поглотителя (кадмия). Внимание! Пошла реакция! Всё это снабдим автоматикой и механизацией: меньше воды, больше воды. Кадмиевые стержни вдвинуть в реактор, выдвинуть из реактора. Вот и управление реактором. Больше поглотителя - слабее реакция.


Комментарий от физика-реакторщика, сотрудника Курчатовского института: много-мало воды, это естественный процесс, называемый саморегуляцией. Когда вода нагревается, она расширяется, расстояние между атомами водорода, играющими основную роль в замедлении нейтронов, увеличивается и реакция замедляется.



Откуда же берется ток? Дело в том, что все эти частицы обладают огромной энергией. Столкновения, деления, снова столкновения... Энергия, как водится, уходит в тепло и корпус реактора сильно греется. Осталось сделать теплообменник: вода проходит через реактор, превращается в пар, пар крутит турбину, турбина крутит генератор, вот вам и ток. А вода конденсируется, охлаждается и снова в реактор.

Да-да, паровая машина. А вы что ожидали?

Сольем воду. Удалим замедлитель. Ой, а куда делась реакция? Кончилась. Нейтроны носятся как угорелые и никуда не попадают, вещества на кубометр маловато. Ничего и не происходит. Фиг вам, а не ядерный взрыв в реакторе.

Кстати, о ядерном взрыве. Ядерный взрыв - это неуправляемая самоподдерживающаяся цепная реакция. Чтобы её получить, надо сначала делящийся материал обогатить. Ну что бы в том же самом бруске содержалось не 2% урана, а все 90%. И не лоховского 238U, который, хоть тресни, никогда не даст самопроизвольного деления, а пацанского 235U. Итак, берем в каждую руку по бруску высокообогащенного урана весом в половину критической массы, размахиваемся и хренакс бруском по бруску! Осторожно, не попадите по пальцу и не забудьте вымыть руки с мылом. Шутка. Можете не мыть, ибо ваши руки будут распылены в атомную пыль: за десять в минус восьмой степени секунд в результате деления возникнет гигантское количество ядер, а вся накопленная тепловая энергия ломанется наружу. Вспышка, электромагнитный импульс, грибок, взрывная волна.

А как же Чернобыль?

А в Чернобыле и не было никакого ядерного взрыва. Вы паровую машину в детстве делали? А ожоги долго заживали? Такая вот паровая машина взорвалась и там. Скоординированными умелыми действиями горе-экспериментаторы спровоцировали резкий рост скорости ядерной реакции, резкое увеличение выделения тепла. Чпок и тепловой взрыв. Такой мощности, что крышу разворотило, а всё накопившееся в реакторе радиоактивное вещество выкинуло в воздух. Вот и вся авария.

Что происходит у Японцев?

Та же паровая машина. Только сломались насосы и вода не качается, а реактор греется. Потому, что реактор у них хитрый, так называемый водо-водяной. Там одна и та же вода и замедлитель и теплоноситель. И вот её сейчас надо куда-то девать. Вернее, воды там уже мало, сплошной пар, который греется и грозит сделать бум оболочке реактора. Можно его выпустить в воздух, так он, сцуко, радиоактивный - шутка ли, столько времени через реактор протекать (такая радиоактивность называется наведенной). Вот и стравливают по чуть-чуть, откуда и увеличение фона в тысячу раз.

Такие дела.

Большой апдейт

В комментариях возникло много вопросов, дополнений и уточнений.

Что там за стержни какие-то?

В любом реакторе есть два типа стержней (таких металлических цилиндров):

- тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ) - стержень собственно делящегося материала - урана или плутония. Это топливо для реактора.

- поглотитель - стержень из любого вещества, поглощающего нейтроны. Например Кадмия. Из поглотителей состоят управляющие элементы и аварийная защита. Введение поглотителя в активную зону реактора притормаживает реакцию. Аварийная защита предполагает экстренный сброс в активную зону всех имеющихся стержней поглотителя и полное глушение реактора.

ТВЭЛы располагаются либо в сборке из графита (чернобыльский реактор), либо в бассейне с водой (водо-водяной реактор). Поглотитель висит сверху и вводится внутрь реактора для управления, либо по срабатыванию аварийной защиты (в этом случае все стержни просто падают вниз).

Чернобыль-то будет?

Ну не Чернобыль. Гореть в реакторе нечему, вода вся испарилась, реакции не идет. Пар под высоким давлением расположен в прочном внутреннем корпусе реактора и постепенно стравливается через клапаны, вынося вместе с собой ряд радиоактивных веществ, способствующих повышению фона. Есть вариант разрыва корпуса от давления, но надо надеяться до этого не дойдет.

Почему реактор не заглушили сразу?

Реактор заглох самостоятельно, как только испарилась вся вода. Не мгновенно, но в течение небольшого времени. Сейчас остро стоит вопрос отвода тепла из реактора: насосы не качают, пар в теплообменники не поступает, активная зона не охлаждается. Это, как можно судить, основная проблема.

Как справедливо замечает [info]olegart, реактор продолжает греться. Хоть реакция и не идет, накопленные в реакторе изотопы греются сами по себе.


Комментарий от физика-реакторщика, сотрудника Курчатовского института: уверен, что заглушен реактор был либо срабатыванием аварийной защиты, либо в штатном режиме. Но в ситуации отсутствия охлаждения и остаточного тепловыделения (греющиеся изотопы) это особой роли не сыграло.

Взято отсюда: http://tok-krupp.livejournal.com/42067.html?view=182355&style=mine#t182355

Реактор Фукусима построен в 71 году по американскому проекту BWR 4 - реактор кипящего типа. Это означает что:
а) Он имеет только один контур. То есть пароводяная смесь подается в турбину непосредственно из активной зоны.
б) Корпус реактора рассчитан на рабочее давление около 70 атмосфер. Рабоачя температура носителя - 280 С. Конфайнмент (то есть железобетонная оболочка обустраиваемая вокруг корпуса реактора для защиты от возможного выхода радиоактивных материалов за пределы корпуса) рассчитан на сопротивление давлению от 45 до 60 psi. Предельное давление примерно 100 psi, то есть 6,8 избыточных атмосферы.
в) В реакторе отсутствует борное регулирование мощности. Вообще не предусмотрен впрыск бора как способ быстрого глушения при аварийной остановке. Регулирование мощности осуществляется по сути только лишь манипуляцией СУЗ - стержнями управления и защиты. В силу технологических причин (главная из которых - меньшая длина замедления нейтронов в нижней части реактора) они подаются снизу, то есть опустить их под собственным весом (без внешней подачи энергии) невозможно. Сами стержни представляют собой плоские длинные щитки. Делаются из борной стали или карбида бора. Всего их пять. Рассекают сборки на четыре сегмента. Центральный - крестообразный и четыре в виде прямой длинной пластины.

Теперь о том, чего по ящику не говорят.
- В момент когда продольная волна землетрясения достигла станции была подана команда на глушение. Но один из СУЗ не вышел. В момент землетрясения прекратилась возможность получать внешнее питание на станции.
- Последовавшее за этим цунами разрушило насосные станции находившиеся на берегу. Подача воды в охлаждающий контур продолжалась еще около часа, пока работали насосы на аккумуляторах.
- Внутренних стационарных дизельных генераторов на станции нет. Внешние дизель-генераторы невозможно подсоединить к насосам системы охлаждения.
- Утрачено управление давлением в реакторе. Автоматический дренаж давления не работает. Давление в корпусе от достигает 140 бар - то есть двойной нормы. Это по состоянию на утро 15-го.

Вот это то, что телеящик называет "проблемами в системе охлаждения реактора".

Первый взрыв который показали по ящику явно имеет сверхзвуковую волну - то есть не тепловой а взрыв водорода. Водород образуется в результате того, что цирконий, из которого сделан корпус реактора и оболочки тепловыделяющих элементов начинает окисляться с большим выделением тепла, Но до этого, сами твэлы распухают и разрываются.
Разрушение ТВЭЛов начинается при темпрературе примерно 1400 С. Окисление циркония начинается при температурах 1460-1470 С. После этого температура растет еще быстрее и при 1900 С цирконий начинает плавиться. Но еще до плавления - идет выделение водорода - цирконий забирает кислород из воды и пара. Происходит взрыв. Но для взрыва необходимо чтобы водород был окислен - то есть вырвался за пределы реактора - кислород в активной зоне связан цирконием и другими атомами водорода. Поэтому все сказки о целостности оболочки реактора и конфайнмента - лишь сказки. Хотя может статься, что аварийный дренаж давления до взрыва работал и водород вышел с паром.

Неприятно наличие возле второго блока активных цезия и йода. Йод может попасть наружу лишь из активной зоны (цезий есть и в фильтрах вне реактора). Мало того - из самих сборок. То есть получается, что либо нарушен первый контур, либо ТВЭЛы были разрушены до взрыва водорода, когда еще работала система аварийного сброса пара. Но так или иначе - активная зона уже расплавлена.

Я еще не видел столба пара и не видел кадров второго взрыва на 2 блоке. Все только говорят, но не показывают. А тем не менее - это очень важно. Потому что если второй взрыв - это разрыв паром (в этом случае фронт взрывной волны будет дозвуковым и будет много пара) реактора, то второй чернобыль уже состоялся. Дело в том, что в нижней части реактора, куда уходит расплав недостаточно нейтронных ядов и поглотителя для предотвращения роста реакции и следовательно закритичного перехода с последующим взрывом и выбросом паров охладителя за пределы реактора и, естественно, радиоактивным заражением местности.

Но будем надеяться на лучшее.

Информация МАГАТЭ по состоянию на 12 часов дня МСК.
1 блок фукусима 1 - подтвержден расплав 70% сборок, разгерметизация 1 контура и защитной оболочки.
2 блок фукусима 1 - расплав более 5% топлива, нарушена целостность 1 контура, конфайнмент цел.
3 блок - реактор пока герметичен, частично расплавилось топливо.
4 блок - взрывы и кратковременные пожары в районе бассейна выдержки. Подтверждено частичное разрушение хранилища и выброс радиоактивных веществ в атмосферу.
5 блок - пока ничего критического. Был в ремонте, сборки находились в активной зоне. Сейчас температура - 60 градусов и воды два метра над сборками.
6 блок - был ы ремонте ничего критичного.

Отсюда: http://energyfuture.ru/xoroshij-i-spokojnyj-texnic...roizoshedshego-na-aes-fukusima
(по состоянию на 15.03.2011)
* Реактор сооружён в 1971 г., на основе американских конструкций BWR/4 или BWR/5.
* Охлаждение и так было не в лучшей форме до землетрясения, потому что пострадало до того.
* Фотографии повреждений от цунами показывают, что все охладительные насосные станции на берегу были полностью уничтожены.
* Реактор заглушили аварийно по приходу продольной волны от землетрясения. Один управляющий стержень не пошёл, или, по крайней мере, индикация показывает, что не пошёл.
* Подачи внешнего электропитания на реактор нет.
* Внутренних дизель-генераторов на то, чтобы запитать охладительные насосы, нет.
* Внешние мобильные дизель-генераторы невозможно подсоединить к насосам.
* Единственные насосы которые работали, работали от аккумуляторов, и сдохли спустя несколько часов. Было сообщение, что комплект аккумуляторов был заменён ночью, как минимум, раз.
* Управление давлением в реакторе утрачено, что ведёт к лавинообразному повышению температуры из-за недостаточного охлаждения.
* Докладывали, что автоматический дренаж давления не работает, уровень давления от 150 до 200% от номинального, то есть, 100-140 атм.
* Уровень радиации в центре управления А.Э.С в тысячу раз превышает нормальный, нормальный – 0.15 микрозивертов в час.
* Наблюдался взрыв, но без видимых языков пламени. Крыша и стены разрушены, но стальной каркас корпуса стоит на месте.
* Ударная волна, наблюдаемая в первые мгновения взрыва над крышей корпуса виднелась как фронт конденсации, но не было сконденсированного пара, что означает сверхзвуковую скорость распространения. Стало быть, это был взрыв водорода, а не термический паровой взрыв (при таком варианте скорость фронта была бы не более звуковой и был бы большой объём пара).
* Потребное количество водорода для такого взрыва может сформироваться на А.Э.С только в том случае, если корпуса ТВЭЛов нагреются достаточно, чтобы начать экзотермически окисляться водой-хладагентом. Начинается этот процесс при температуре 1750 К и быстро нагревает ТВЭЛы выше температуры плавления циркония 2150 К.
* Раздувание и разрыв ТВЭЛов происходит ещё при гораздо меньших температурах, около 1500 К.
* Языков пламени после взрыва нет, но их и не следовало ожидать (нет такой большой графитовой обкладки, как в Чернобыле, и вообще горючего материала вокруг немного – так что туча пыли скрыла пожар, который был).
* Радиация в первом энергоблоке составляет 106 миллизивертов, судя по персональному дозиметру рабочего. Это в 700000 раз выше, чем нормальная часовая доза около работающего реактора.
* Снаружи А.Э.С обнаружены излучающие цезий и йод. Цезий мог появиться из повреждённых фильтров внутри строения с реактором, но йод, как правило, имеется только внутри самих ТВЭЛов, что заставляет думать, будто некоторые из них уже разрушились и целостность первичного контура охлаждения нарушена, или же что выброс стравливаемого пара уже содержал в себе вещество разрушенных ТВЭЛов.

Судя по этим фактам, моя оценка текущей ситуации такова, что плавление реактора уже, по крайней мере, в четвёртой стадии. Сложно сообщить, разорван или нет первичный контур охлаждения, потому что йод мог взяться и из других источников в такой ситуации, как сейчас. Если насосов охлаждения оказалось недостаточно, чтобы удержать температуру ниже 1500 К, их и подавно не хватит, чтобы предотвратить пятую стадию, и формирование расплава рабочей зоны реактора.

Охлаждать реактор морской водой сейчас лучший выход, но у меня есть сомнения, что с неработающими насосами и в здании, полуразрушенном взрывом, эта операция позволит опустить температуру ниже 1500 К достаточно быстро. Если у них получится, то ситуацию можно будет взять под контроль, но сам реактор в любом случае безвозвратно потерян.

Если же шестую фазу плавления не удастся предотвратить, термические взрывы пара внутри корпуса реактора уже сами по себе очень плохая штука. Если же пара будет образовываться не так много, его всё-таки можно будет стравливать ценой дальнейшего заражения местности.

При наступлении 6-ой стадии есть два возможных исхода: попытки охлаждения увенчаются успехом и расплав активной зоны затвердеет в нижней части реактора – в этом случае реактор утрачен, но заражение ограничено. Или же случится новый закритический переход, потому что в нижней части реактора недостаточно поглотителя и нейтронных ядов, чтобы заглушать реакцию, что приведёт к резкому росту давления и температуры, которые разрушат корпус реактора и испарят большое количество воды (как внутреннего охладителя, так и морской). В результате – распространение радиоактивных осадков на большие территории, возможно, во многих странах.

Большой уровень радиации на А.Э.С позволяет думать, что закритичность, возможно, уже есть, или нарушена герметичность первого контура и уровень заражения в здании реактора, но снаружи защиты, значительно выше, чем должен быть.

Но это не единственная опасность. Если поливать холодной морской водой горячий реактор, то это само по себе может вызвать броски давления и взрывы, а также разрушение оболочки под действием температурного перепада.

В лучшем случае, будет локальное заражение местности. Реактор полностью потерян. В худшем случае будет мощный паровой взрыв под действием окончательного плавления активной зоны.

Это не повторение инцидента на Три-Майл Айленд. В тот раз, плавление было остановлено в 6-ой фазе, но важное отличие в том, что на ТМА охлаждающие насосы не были полностью выведены из строя, а только остановлены из-за кавитации, и принудительная циркуляция охладителя была восстановлена, когда следующая смена заметила, что натуральная циркуляция не работает из-за образования паровых пузырей в трубопроводах. Когда они снова включили насосы, температура резко снизилась, и ситуация постепенно была взята под контроль (спустя три дня после инцидента состояние реактора уже было измеряемо).

В этом же случае реактор придётся охлаждать только снаружи, до того момента, пока не удастся подать питание на охладительные насосы. Если этому помешают повреждения от взрыва, то тогда остаётся только наружное охлаждение, да и то, как последний шанс. Если в активной зоне возникнет закритичность, то тогда морская вода только навредит, и такое охлаждение будет служить только для очистки совести – мол, пытались сдержать смертельно опасное развитие ситуации, но не вышло. Вода может помочь, разве что, снизить количество материала, покидающего активную зону, но грязи в верхнюю атмосферу всё равно улетит предостаточно.