Cientistas suecos chegaram à conclusão de que uma explosão nuclear fraca ocorreu durante o acidente na usina nuclear de Chernobyl. Os especialistas analisaram o curso mais provável das reações nucleares no reator e simularam as condições meteorológicas para a propagação dos produtos da fissão. "Lenta.ru" fala sobre um artigo de pesquisadores publicado na revista Nuclear Technology.
O acidente na usina nuclear de Chernobyl ocorreu em 26 de abril de 1986. O desastre ameaçou o desenvolvimento da energia nuclear em todo o mundo. Uma zona de exclusão de 30 quilômetros foi criada ao redor da estação. A precipitação radioativa caiu até mesmo na região de Leningrado, e isótopos de césio foram encontrados em concentrações aumentadas em líquen e carne de veado nas regiões árticas da Rússia.
Existem várias versões das causas do desastre. Na maioria das vezes, eles indicam as ações erradas do pessoal da usina nuclear de Chernobyl, o que levou à ignição do hidrogênio e à destruição do reator. No entanto, alguns cientistas acreditam que houve uma explosão nuclear real.
Inferno fervente
Uma reação em cadeia nuclear é mantida em um reator atômico. O núcleo de um átomo pesado, por exemplo, o urânio, colide com um nêutron, torna-se instável e decai em dois núcleos menores - produtos do decaimento. No processo de fissão, energia e dois ou três nêutrons livres rápidos são liberados, que por sua vez causam a decomposição de outros núcleos de urânio no combustível nuclear. O número de decaimentos, portanto, aumenta exponencialmente, mas a reação em cadeia dentro do reator é controlada para evitar uma explosão nuclear.
Em reatores nucleares térmicos, nêutrons rápidos não são adequados para excitar átomos pesados, então sua energia cinética é reduzida usando um moderador. Nêutrons lentos, chamados nêutrons térmicos, são mais propensos a causar o decaimento dos átomos de urânio-235 usados como combustível. Em tais casos, fala-se de uma seção transversal alta para a interação de núcleos de urânio com nêutrons. Os próprios nêutrons térmicos são chamados assim porque estão em equilíbrio termodinâmico com o meio ambiente.
O coração da usina nuclear de Chernobyl era o reator RBMK-1000 (um reator de canal de alta potência com capacidade de 1000 megawatts). Basicamente, é um cilindro de grafite com muitos orifícios (canais). O grafite atua como moderador, e o combustível nuclear é carregado em elementos combustíveis (barras de combustível) por meio dos canais tecnológicos. As barras de combustível são feitas de zircônio, um metal com uma seção transversal de captura de nêutrons muito pequena. Eles permitem que nêutrons e calor passem, o que aquece o refrigerante, evitando o vazamento de produtos de decomposição. Varetas de combustível podem ser combinadas em conjuntos de combustível (FA). Os elementos combustíveis são característicos de reatores nucleares heterogêneos nos quais o moderador é separado do combustível.
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O RBMK é um reator de circuito único. A água é usada como um transportador de calor, que se transforma parcialmente em vapor. A mistura vapor-água entra nos separadores, onde o vapor é separado da água e enviado aos geradores da turbina. O vapor gasto é condensado e reentrado no reator.
Tampa do reator RBMK
Houve uma falha no projeto do RBMK, que teve um papel fatal no desastre na usina nuclear de Chernobyl. O fato é que a distância entre os canais era muito grande e muitos nêutrons rápidos foram inibidos pelo grafite, transformando-se em nêutrons térmicos. Eles são bem absorvidos pela água, mas bolhas de vapor são formadas constantemente, o que reduz as características de absorção do transportador de calor. Como resultado, a reatividade aumenta, a água esquenta ainda mais. Ou seja, o RBMK se distingue por um coeficiente de reatividade de vapor suficientemente alto, o que complica o controle sobre o curso de uma reação nuclear. O reator deve ser equipado com sistemas de segurança adicionais, apenas pessoal altamente qualificado deve trabalhar nele.
Lenha quebrada
Em 25 de abril de 1986, o desligamento da quarta unidade de energia foi planejado na usina nuclear de Chernobyl para reparos programados e um experimento. Especialistas do instituto de pesquisa "Hydroproject" propuseram um método para o fornecimento de energia emergencial das bombas da estação usando a energia cinética de um gerador a turbina girando por inércia. Isso permitiria, mesmo em caso de queda de energia, manter a circulação do refrigerante no circuito até que a alimentação de reserva fosse ligada.
De acordo com o plano, o experimento deveria começar quando a potência térmica do reator caísse para 700 megawatts. A energia foi reduzida em 50 por cento (1600 megawatts), e o processo de desligamento do reator foi adiado por cerca de nove horas a pedido de Kiev. Assim que a queda de energia foi retomada, ela repentinamente caiu para quase zero devido a ações errôneas do pessoal da usina nuclear e envenenamento do reator por xenônio - o acúmulo do isótopo xenônio-135, que reduz a reatividade. Para lidar com o problema repentino, hastes de absorção de nêutrons de emergência foram removidas do RBMK, mas a potência não passou de 200 megawatts. Apesar do funcionamento instável do reator, o experimento teve início às 01:23:04.
Diagrama do reator ChNPP
A introdução de bombas adicionais aumentou a carga no gerador de turbina esgotada, o que reduziu o volume de água que entrava no núcleo do reator. Junto com a alta reatividade do vapor, isso aumentou rapidamente a potência do reator. A tentativa de introduzir hastes absorventes devido ao seu design pobre só piorou a situação. Apenas 43 segundos após o início do experimento, o reator entrou em colapso como resultado de uma ou duas explosões poderosas.
Termina na água
Testemunhas oculares afirmam que a quarta unidade de energia da usina nuclear foi destruída por duas explosões: a segunda, a mais poderosa, aconteceu poucos segundos depois da primeira. Acredita-se que a emergência tenha surgido de um estouro de canos no sistema de resfriamento causado pela rápida evaporação da água. Água ou vapor reagiram com o zircônio nas células de combustível, causando a formação e a explosão de grandes quantidades de hidrogênio.
Cientistas suecos acreditam que dois mecanismos diferentes levaram às explosões, um dos quais foi nuclear. Primeiro, o alto coeficiente de reatividade do vapor aumentou o volume de vapor superaquecido dentro do reator. Como resultado, o reator explodiu e sua tampa superior de 2.000 toneladas voou várias dezenas de metros. Como os elementos de combustível estavam ligados a ele, houve um vazamento primário de combustível nuclear.
A 4ª unidade de energia destruída do ChNPP
Em segundo lugar, o abaixamento de emergência das hastes absorvedoras levou ao chamado “efeito final”. No Chernobyl RBMK-1000, as hastes consistiam em duas partes - um absorvedor de nêutrons e um deslocador de grafite para água. Quando a haste é inserida no núcleo do reator, o grafite substitui o nêutron absorvendo água na parte inferior dos canais, o que apenas aumenta o coeficiente de reatividade do vapor. O número de nêutrons térmicos aumenta e a reação em cadeia torna-se incontrolável. Uma pequena explosão nuclear ocorre. Os fluxos de produtos da fissão, mesmo antes da destruição do reator, penetraram no corredor e então - através do teto fino da unidade de energia - entraram na atmosfera.
Pela primeira vez, os especialistas começaram a falar sobre a natureza nuclear da explosão em 1986. Em seguida, cientistas do Khlopin Radium Institute analisaram as frações de gases nobres obtidos na fábrica de Cherepovets, onde eram produzidos nitrogênio líquido e oxigênio. Cherepovets está localizada a mil quilômetros ao norte de Chernobyl, e uma nuvem radioativa passou sobre a cidade em 29 de abril. Pesquisadores soviéticos descobriram que a proporção das atividades dos isótopos 133Xe e 133mXe foi de 44,5 ± 5,5. Esses isótopos são produtos de fissão de vida curta, indicando uma explosão nuclear fraca.
Cientistas suecos calcularam quanto xenônio foi formado no reator antes da explosão, durante a explosão, e como as proporções de isótopos radioativos mudaram até sua precipitação em Cherepovets. Descobriu-se que a relação de reatividades observada na usina poderia surgir no caso de uma explosão nuclear com capacidade de 75 toneladas em equivalente TNT. De acordo com a análise das condições meteorológicas para o período de 25 de abril a 5 de maio de 1986, os isótopos de xenônio atingiram uma altura de até três quilômetros, o que impediu sua mistura com o xenônio que se formava no reator antes mesmo do acidente.
