В. М. Федуленко

22 года Чернобыльской катастрофе

Приложение 2

К вопросу о  причинах прекращения цепной реакции в реакторе

после катастрофического роста мощности на мгновенных нейтронах

и разрушения твэлов и труб ТК

1. Рост температуры топлива до 5-7 тыс °С, разрушение твэлов в «пыль» и последующее разрушение труб каналов в зоне максимального всплеска мощности приводит к выбросу перегретого пара с топливом в графитовую кладку. Активная зона в этом пространстве в большой мере гомогенизируется. По кладке распространяется уран-238, на котором резко возрастает резонансное поглощение нейтронов, конечно, без деления урана.

Вводится весьма значительная отрицательная реактивность.

2. В процессе роста температуры топлива до значительных величин проявляется эффект Доплера, снижающий поглощение тепловых нейтронов на уране-235.

Вводится заметная  отрицательная реактивность в процессе роста мощности.

3. Из зоны разрушения твэлов и труб ТК выводится часть топлива: сначала вверх и вниз активной зоны, пока трубы не разрушились, а в последующем – по всей графитовой кладке с водой и перегретым паром.

Вводится также заметная отрицательная реактивность.

4. Пока трубы целы, а это первые 2 секунды в процессе разгона мощности и разрушения твэлов, часть разрушенного топлива до «пыли» перемещается вверх и вниз от места максимальных нагрузок и максимального давления. Тем самым количество топлива на участках пока ещё не разрушенных твэлов возрастает. В этом случае вероятен процесс расширения зоны разрушения твэлов вверх и вниз  (вследствие роста мощности и перегрева твэлов)  на этих ещё не разрушенных участках. (Наложение свойств зоны разрушения на свойства зоны повышенного содержания топлива на поведение всей активной зоны. Конечно, верхняя часть активной зоны, в которую вводятся поглощающие стержни СУЗ, исключается из этого процесса). В результате, видимо, возрастает участок разрушения  твэлов и труб ТК в активной зоне.

Тем самым возрастает ввод отрицательной реактивности в активную зону.

5. После разрушения труб ТК в графитовую кладку поступает громадное количество воды с высокой температурой. Давление в кладке сравнительно невелико, поэтому часть воды испаряется до тех пор, пока давление не возрастёт до величины, при которой был разрушен весь реактор. Часть воды в кладке остаётся до момента разрушения верхних и нижних металлоконструкций.

Вода в кладке – это дополнительная отрицательная реактивность.

6. Во всех отмеченных процессах осколки деления топлива остаются в кладке вместе с топливом или перемещаются вместе с ним и перегретым паром. Таким образом, нет оснований предполагать, что такие осколки, как ксенон, будут выведены из активной зоны отдельно от топлива, что могло бы привести к введению дополнительной положительной реактивности.

Очевидно, что конечная величина роста мощности реактора на мгновенных нейтронах должна быть непосредственно связана с процессами разрушения топлива и труб ТК в активной зоне.

В целом можно заключить, что к моменту полного разрушения реактора от теплового взрыва  цепная реакция в активной зоне прекратилась.

Ещё одна оценка развития взрыва реактора.

Рост мощности реактора на мгновенных нейтронах произошел вследствие  вытеснения воды  из нижней части труб ТК СУЗ графитовыми вытеснителями и последующего выброса воды из рабочих каналов из-за её вскипания (положительный плотностной эффект реактивности). В процессе катастрофического роста мощности трубы каналов СУЗ  могли нагреться (в основном гамма-квантами) до значительной величины. Разрыв труб рабочих каналов и поступление в кладку раскалённой смеси воды, пара и топлива дополнительно нагрели трубы каналов СУЗ. Подъём давления в кладке и рост температур труб ТК СУЗ стали причиной их смятия  внешним давлением. Смятие труб стало причиной заклинивания стержней СУЗ, которые все вдруг остановились, войдя а активную зону примерно на 3-3,5 м. Скорость введения стержней в активную зону примерно 40 см/сек. Учтя эти данные, можно оценить момент смятия труб  каналов СУЗ – это произошло примерно через 8-9сек после нажатия кнопки сброса аварийной защиты. Разгон реактора должен закончиться к 6-й–7-й секунде аварийного процесса, на разогрев труб ТК СУЗ, их смятие и заклинивание стержней понадобилось ещё 2-3 секунды.

Приведённые оценки хорошо согласуются с расчётом, представленным в препринте [1], авторы Е. В. Бурлаков, А. В. Краюшкин и др.

В. М. Федуленко