Взрывающийся реактор здорового человека
Написав пост с разбором аварии на Чернобыльской АЭС мне пришлось увязнуть во всяких дискуссиях на разных площадках, и одной из доминирующих тем оказался вопрос «там был ядерный взрыв или не ядерный»? Спор, в основном терминологический, и полностью бессмысленный, свою позицию я выразил в статье. Но как интересный отголосок предлагаю посмотреть на работу импульсного реактора ACRR (Annular Core Research Reactor), живущего в лаборатории Sandia.
Фотография реактора. Кажется, черенковское излучение тут нафотошоплено, в импульсном режиме людям рядом делать нечего, в постоянном - мощности слишком мало, что бы увидеть такое сияние.
Реактор этот создан, по-видимому, для тестирования ядерного оружия и элементов МБР на поражающие факторы ядерного взрыва - для этого в центре реактора есть небольшая сухая тестовая полость, а тест выглядит как мощнейшая вспышка нейтронного и гамма-излучения.
Активная зона реактора. Красное - тестовая полость, синее - топливо, желтое - экранирование, зеленое - вода.
Мощнейшая - это 35 гигаватт тепловой мощности в течении 7 миллисекунд, при том, что в постоянном режиме мощность реактора всего 4 мегаватта. За импульс реактор выделяет 300 мегаджоулей тепловой энергии. Ввод в импульс начинается с работы реактора на небольшой мощности в критичном режиме, и в момент «0» из активной зоны вверх пневматический отстреливаются три поглощающих стержня из карбида бора, тем самым вводя 3,5 беты реактивности. Как мы помним ввод больше 1 беты означает начало разгона реактора на мгновенных нейтронах. Для ACRR это означает, что мощность начинает удваиваться каждые 1,65 мс, через 30 миллисекунд достигает пика и затем начинает спадать из-за сильного доплеровского эффекта в топливе, которое за эти миллисекунды успевает нагреться с 300 до 1400 С. Доплеровский эффект в ядерной физике, кстати, весма красивое явление: из-за роста температуры атомы урана начинают двигаться быстрее и их скорость становится достаточной, что бы суммарная энергия налетающего теплового нейтрона и этого атома оказалась выше тепловой. При этом больше нейтронов начинают попадат в пики резонансного захвата, которые у U238 начинаются где-то с 1,6 эВ. Больше нейтронов попадает в пики резонансного захвата - больше становится утечка, и коэффициент размножения падает ниже единицы.
Для того, что бы выдержать такие термоудары ACRR использует довольно уникальное топливо - спеченный UO2 + BeO (21% урана и 79% оксида берилия), в виде дисков диаметром 3,5 см, набранных из нескольких деталей с зазорами. Уран имеет обогащение 35%.
Конструкция топлива ACRR.
А теперь смотрите, как это выглядит живьем
Click to viewПосле «выстрела» следует мощная вспышка Черенковского излучения, переходящая в экспоненциальный спад мощности. Из активной зоны поднимаются пузырьки газов - это продукты радиолиза воды. Через несколько секунд цепная реакция глушится поглощающими стрежнями, и дальше светятся только распадающиеся короткоживущие продукты распада урана. Где-то в этот момент тепло из топлива доходит в воду, и из активной зоны поднимается мощный поток горячей воды.
Теперь вернемся к ЧАЭС. Если экстраполировать работу ACRR на РБМК, то получится, что разогнанный в пиковой мощности 46 тераватт РБМК должен был выдать 400 гигаджоулей тепловой энергии. Вполне достаточно, что бы раскидать большую часть энергоблока. Конечно, РБМК не такая совершенная машина для разгонов на мгновенных нейтронах, но мне кажется, видео выше помогает понять зверскую мощь и скорость цепной ядерной реакции.