INSTITUTE NEWS

Справка о повышении счета нейтронных детекторов в объекте «Укрытие»

1. Предыстория публикации в РИА «Новости»

В основе публикации РИА ‹Новости» от 12.05.2021 г. «В Чернобыле снова начались ядерные реакции, предупредили ученые» лежит заметка «Это как тлеющие угли в мангале. В Чернобыле снова начинаются ядерные реакции», опубликованная 05.05.2021 г. на портале журнала Science за авторством Ричарда Стоуна, старшего научного редактора из американской НКО «Медицинский институт Говарда Хьза» (Чеви-Чейз, Мэрилэнд). Который, в свою очередь, тенденциозно скомпилировал эту информацию на основе ряда действительно достойных, но абсолютно прагматичных статей [1] и [2] в высокорейтинговых журналах, а также, видимо, специально ориентированных вопросов к некоторым из украинских коллег (либо интерпретаций их выступлений, непосредственно не связанных с данной темой), причем — не к соавторам работ [1] и [2], а к «доступным» сотрудникам организации, в которой были выполнены эти работы (Институт проблем безопасности атомных электростанций Национальной Академии Наук Украины).

Доминирующим тезисом сообщений в СМИ является утверждение о том, что «в массе уранового топлива, похороненного в глубине реакторного зала атомной электростанции, снова начинаются процессы деления». В этой связи следует уточнить, что процессы деления ядер урана, равно как и радиоактивного распада продуктов деления, после аварии и не прекращались. Общее энерговыделение вследствие этих процессов сначала быстро, а затем с постоянно замедляющейся скоростью будет снижаться, но при этом оставаться заметным еще на протяжении нескольких десятилетий.

Ниже нами приведена объективная информация, которая хотя и указывает на возможность различных интерпретаций протекающих в объекте «Укрытие» процессов, но исключает вероятность фатального развития событий.

 2. Актуальная информация по объекту «Укрытие»

После аварии 1986 г. на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС большая, визуально наблюдаемая часть топлива находится в форме силикатных расплавов («лав»), сформировавшихся при взаимодействии раскаленных материалов активной зоны с конструкционными материалами, в основном — бетоном. Топливосодержание лав составляет единицы процентов, как правило — не более 10%. Однако, в силу высокой активности, изучены лишь образцы, взятые с поверхности скоплений топливосодержащитх материалов, и их внутренняя структура до сих пор точно не известна. Не исключено, что внутри скоплений могут находиться участки с существенно большим топливосодержанием.

По нашим оценкам, при «оптимальных» (с точки зрения размножения нейтронов) соотношениях топлива 4-го энергоблока ЧАЭС и замедлителя (в частности, графита и воды) размеры сферической области, где значения эффективного коэффициента размножения нейтронов (k_эфф) могут достигать значений около 1, составляют менее 1 м. Так как плотность потока нейтронов около такой области пропорциональна (1–k_эфф)^–1, при значениях k_эфф ≈ 1 даже небольшие его изменения могут приводить к значительным изменениям потока нейтронов. В условиях объекта «Укрытие» данные изменения связаны, в основном, с поступлением воды, являющейся замедлителем нейтронов, из атмосферных осадков в топливосодержащие массы.

За предыдущую историю наблюдений на объекте подобные инциденты наблюдались в 1990 г. и 2000 г., когда статистически достоверные увеличения счета нейтронных детекторов наблюдались после интенсивных атмосферных осадков [3]. В 1990 г. повышение скорости счета нейтронного детектора в помещении 304/3 (рядом с основным скоплением лавы в подаппаратном помещении) составило примерно 60 раз и прекратилось после полива помещения нейтронным поглотителем (раствором гадолиния). В 2000 г. повышение счета носило менее «драматический» характер, но также было связано с атмосферными осадками (рис. 1).

Рисунок 1 — Выпадение осадков в районе ЧАЭС в мае-июне 2000 г. и динамика нейтронной активности в пом. 305/2 у пролома ([3])

Поскольку вода является одновременно и замедлителем и поглотителем нейтронов, повышение kэфф возможно и при частичном осушении переувлажненных топливосодержащих смесей. Такая гипотеза выдвигается в материале украинских специалистов [4].
Речь идет о том, что процессы деления ядер урана происходят вследствие двух причин — спонтанного деления и деления под действием нейтронов, образовавшихся при спонтанном делении. Причем вторая причина в значительной степени зависит от состава вмещающей среды, главным образом от содержания воды. При этом возможны два типа реакции на изменение количества воды. Первый, при увеличении количества воды, — интенсификация процесса деления вследствие замедления нейтронов до малых энергий, где сечения деления урана наиболее велики, и соответствующее увеличение потока нейтронов в точке детектирования. Второй, при уменьшении количества воды, — увеличение количества регистрируемых в точке детектирования нейтронов вследствие снижения защитный свойств среды между источником нейтронов (топливосодержащей массой) и точкой детектирования. Установление точного механизма в условиях малой интенсивности процессов затруднено и малоактуально, поскольку для низкообогащенных топливосодержащих смесей температурный коэффициент реактивности всегда отрицателен и развитие реакции взрывного характера с тяжелыми радиационными последствиями невозможно.

3. Вывод
После сооружения в 2016 г. новой защитной оболочки над объектом «Укрытие» поступление в него воды и водообмен существенно замедлились, и приводимое в материале РИА «Новости» увеличение счета нейтронов в 2 раза за 4 года в настоящее время не стоит рассматривать как сколько-нибудь опасное для персонала и окружающей среды. Однако, данное явление является поводом задуматься над дальнейшей судьбой объекта «Укрытие» — существующая оболочка по сути является лишь «отложенным» решением.

Настоящую справку подготовили: заместитель директора ИБРАЭ РАН д.т.н. И.И. Линге, заведующий отделением ИБРАЭ РАН д.т.н. С.С. Уткин, ведущий научный сотрудник лаборатории радиоэкологии ИБРАЭ РАН к.ф.-м.н. С.А. Богатов. 

Источники:

1. Ding H. et al. Safely probing the chemistry of Chernobyl nuclear fuel using micro-focus X-ray analysis //Journal of Materials Chemistry A. – 2021 . – DOI: 10.1039/D0TA09131F
2. Barlow S. T. et al. Synthesis, characterisation and corrosion behaviour of simulant Chernobyl nuclear meltdown materials //npj Materials Degradation. – 2020. – Vol. 4. – №. 1. – P. 1-8. – doi: 10.1038/s41529-020-0108-z
3. Ядерное топливо в объекте «Укрытие» Чернобыльской АЭС / Р.В. Арутюнян, Л.А. Большов, А.А. Боровой, Е.П. Велихов, А.А. Ключников. — М.: Наука, 2010. — 240 с.
4. О состоянии ядерной безопасности объекта «Укрытие». URL: http://www.ispnpp.kiev.ua/ru/shelter-object-safety-ru/.