Наиболее частое беспокойство общественности, когда дело доходит до ядерной энергии, заключается в том, что атомная электростанция может внезапно взорваться и взорваться как ядерная бомба. Физический и термодинамический ответ на эту проблему: Нет. Атомная электростанция не может взорваться как ядерное оружие по правилам физики.
В чем основное различие между ядерным реактором и атомной бомбой? Какие были взрывы в Чернобиле и Фукусиме в прошлом и как эти риски полностью устранились на современных заводах?
Почему нельзя взрываться как ядерная бомба? Разница в обогащении
Для взрыва ядерного оружия необходимо достичь критической массы в микросекундах расщепляющегося материала и держать его вместе до момента взрыва неконтролируемой сверхкритической цепной реакции. Такое состояние возможно только при очень высокой скорости обогащения и специальной геометрии взрыва.
- Ядерное оружие: О нас 90% и выше Для обогащения в соотношении требуется уран-235 (или почти чистый плутоний-239).
- Атомная электростанция: Только %3-5% Использует низкообогащенный уран (НОУ), который обогащается соотношением.
95% остальной части Урана составляет Уран-238, который не является фискальным. U-238 быстро охлаждает нейтроны и замедляет реакцию и делает физически невозможным образование неконтролируемого ядерного взрыва. Это как создать ядерный взрыв с 3-5% обогащенным топливом, попытаться превратить пиво в огненный шар, например бензин, который составляет 3% от уровня алкоголя; это не может происходить физически.
| Критерии сравнения | Ядерное оружие (Бомба) | Реактор ядерной энергии (NGS) |
|---|---|---|
| Уровень обогащения U-235 | 90% и выше (уровень Силы) | %3 - 5% (незначительно богатые) |
| Скорость отклика | Микросекунды (контролируемые сверхкритические) | Дни/месяцы (контролируемая критичность) |
| Цель | Сильная ударная волна и внезапное высвобождение энергии | Стабильное, стабильное и предсказуемое производство тепла |
| Вероятность физического ядерного взрыва | Основная функция дизайна | 0% (физически невозможно) |
Что взорвалось в Чернобиле и Фукусиме?
Взрывы в ядерных авариях в истории не являются ядерными взрывами. Химические и тепловые (паровые и водородные) взрывы:
- Steam Blast (Черри - 1986) Положительный коэффициент разрыва реактора старой советской конструкции РБМК несовершенен и в результате неисправного эксперимента вода в реакторе внезапно перегрелась, огромное давление пара проветрило верхнюю крышку реактора.
- Взрыв водорода (Фукума - 2011): После цунами аварийные дизель-генераторы прекратили охлаждение реактора, оставаясь под водой. Циркониевы оболочки неохлажденных топливных стержней произвели газообразный водород, войдя в химическую реакцию с паром более 1000°C. Водородный газ в крыше здания реактора привел к химическому взрыву при контакте с воздухом. Защитный снаряд крепкий, никогда не было ядерного взрыва.
Современный (Gen-III+) Как реакторы блокируют эти взрывы?
Реакторы поколения 3+ (VVER-1200, AP1000, EPR), такие как построенный сегодня Аккую, спроектированы с использованием курсов, извлеченных из всех сценариев аварий в прошлом.
- Коэффициент отрицательной реактивности: При повышении температуры реактора повышается способность глотать нейтрон по физическим свойствам топлива и модератора (доплеровское расширение). При повышении температуры цепная реакция автоматически замедляется и останавливается.
- Пассивные регенераторы водорода (PAR): Безэнергетические пассивные каталитические рекомбинаторы объединяют водород с кислородом с помощью платиновых/паладиевых катализаторов в момент образования водорода в реакторе, и снова преобразуют его в воду; полностью исключает риск взрыва водорода.
- Кор Холдер (основной ловец): Огромная коническая стальная конструкция, расположенная под контейнером давления реактора, охлаждается специальными химическими веществами, принимая в расплавленное топливо (корий) в худшем случае, и предотвращает контакт бетонных грунтовых или подземных вод.
- Двухслойная защитная оболочка: Преднапряженная бетонная конструкция толщиной 1,5 метра, окружающая весь реактор, не позволяет бесконтрольно распространять какое-либо радиоактивное вещество внутрь таблетки давления и наружу.
Часто задаваемые вопросы
Что распространяется на окружающую среду в случае аварии атомной электростанции?
В случае аварии в современных реакторах защитная оболочка предотвращает утечку из внешней среды. В крайних случаях проводится контролируемая вентиляция; эти фильтры удерживают радиоактивные частицы и изотопы йода/сезия на 99,9%.
Что делать, если ядерный реактор не контролируется?
Когда реактор выходит из рабочих параметров, защитные стержни (SCRAM) опускаются на 2-3 секунды с гравитацией. Кроме того, экстренные инъекции бора мгновенно проглатываются и реакция прекращается.
Является ли Чернобыльская авария повторяющейся в современных реакторах?
Нет. Реакторы типа РБМК, используемые в Чернобиле, не имеют положительного коэффициента зазора и защитной оболочки (сдерживания). Сегодня реакторы с водяным охлаждением имеют отрицательную обратную связь и имеют защитные оболочки двойного слоя толщиной в метр.
Ресурсы
- МАГАТЭ, Чернобыльская авария: обновление INSAG-1 (Серия безопасности No 75-ИНСАГ-7.
- Комиссия по ядерному регулированию США (NRC), Ядерные реакторы и ядерное оружие: https://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/reactor-risk-nx.html
- Всемирная ядерная ассоциация (WNA), Безопасность ядерных реакторов: https://world-nuclear.org/information-library/safety-and-security/safety-of-plants/safety-of-nuclear-power-reactors.aspx