В. М. Федуленко

22 года Чернобыльской катастрофе

Приложение 1

Заметка о горении реакторного графита

Несколько слов о горении графита. Этому вопросу стали уделять повышенное внимание после взрыва 4 блока ЧАЭС. Обсуждают этот вопрос и на сайте  Pripyat.com.

Были проведены эксперименты в муфельной печи. Брался графит необлучённых и облучённых втулок, которые используются в ячейках уран-графитовых реакторов. Облучённые втулки начинают гореть «синим пламенем» после достижения температуры примерно 700°С. Необлучённые – выше 750°С. При выключении питания печи горение и тех, и других втулок прекращалось. Температура определялась не самого образца графита, а температура в муфельной печи. Было замечено, что облучённые образцы втулок при горении светятся более ярко, чем необлучённые. Экспериментаторами эта особенность не была объяснена. Вероятное объяснение – выделение накопленной энергии Вигнера и дополнительный саморазогрев графитовой втулки сверх той температуры, до которой нагревался необлучённый образец. (Температуры образцов не измерялись. Глазной «пирометр» и фотографии явно это подсказывали.)

Бывали неоднократно случаи самовозгорания могильников с облучёнными графитовыми втулками с полным их выгоранием, что свидетельствует о стабильном горении графита в компактном объёме. В могильники сбрасывали в основном отработавшие в реакторе графитовые втулки;  попадали также куски алюминиевых труб ТК  и другие горючие материалы, включая масляную ветошь. После запрещения сбрасывать горючие материалы вместе с втулками  возгорание могильников прекратилось. Попытка поджечь переполненный могильник соляркой была безуспешной, так как солярка горела выше втулок, не нагревая их до температуры выше эксплуатационной и, тем более, до температуры  возгорания от выделившейся накопленной энергии.

После самовозгорания ветоши и древесины, последующего нагрева втулок до температуры несколько выше температуры облучения  разогрев втулок до температуры воспламенения происходит за счёт спонтанного выделения скрытой накопленной при облучении нейтронами энергии – энергии Вигнера. Чем ниже температура облучения, тем большее количество энергии накапливается в графите  и  при меньшей температуре энергия начинает выделяться. При определённых условиях спонтанный разогрев графита возможен до температур, превышающих температуру воспламенения графита. Например, энергия Вигнера может выделяться в тех самых графитовых вытеснителях стержней СУЗ РБМК, которые эксплуатируются при низкой температуре, так как охлаждаются холодной водой  и накапливают значительную внутреннюю энергию, когда находятся в пределах активной зоны. Чем ниже температура облучения, тем больше энергии накапливается вследствие нарушения кристаллической решетки графита.  Обезвоживание каналов СУЗ, несмотря на обязательное срабатывание аварийной защиты и выход вытеснителей из активной зоны, может привести к нагреву стержней-вытеснителей в остановленном реакторе выше температуры облучения, так как  высока рабочая температура нижней периферии графитовой кладки и схемы ОР реактора, где будут располагаться  вытеснители. Разогрев графита в вытеснителях обезвоженных стержней СУЗ может привести к значительному их перегреву за счёт накопленной энергии  вплоть до плавления алюминииевых оболочек и возгорания графита при доступе воздуха.

Источник: Отчёт РНЦ «КИ»  «О пожароопасности и температурных режимах кладок остановленных УГР». 1990 г.                                                           В. М. Федуленко