АЭС атом бомбасындай жарылып кете ала ма — Балқаштағы болашақ реактор мысалында түсіндіреміз

Жауап — физикалық тұрғыдан жоқ, және бұл екі технологияның арасындағы айырмашылық бөліну тізбекті реакциясының қалай ұйымдастырылғанының табиғатында жатыр.

Мәні қысқаша

• Ядролық реактор физикалық тұрғыдан атом бомбасы сияқты жарыла алмайды: екі құрылғы да ядроның бөлінуін қолданады, бірақ түбегейлі әртүрлі ұйымдастырылған — бомба микросекундтар ішінде басқарылмайтын жарылыс тудырады, ал реактор уақыт бойынша басқарылатын және созылған реакцияны қолдайды.
• Бомбада жарылғыш зат қарулық уранды немесе плутонийді кризистік массадан жоғары күйге дейін күрт сығады, ал реакторда тізбекті реакция стерженьдермен басқарылады және отын бар болғаны 3–5% дейін байытылған, бұл жарылыс сценарийін физикалық тұрғыдан мүмкін емес етеді.
• Атом энергетикасы тарихындағы ең ірі апаттар — Чернобыль, Фукусима, Три-Майл-Айленд — радиацияның таралуымен белсенді аймақтың балқуы болды, ал ядролық жарылыс емес, және бұл механикасы бойынша түбегейлі әртүрлі құбылыстар.
• «Балқаш» АЭС-іне орнату жоспарланған ВВЭР-1200 реакторлары III+ буынына жатады және салқындату жүйелері толық істен шыққан жағдайда да балқыған отынды оқшаулауға және салқындатуға қабілетті «балқыма ұстағышымен» жабдықталған.

Бомба физикасы және реактор физикасы

Ядролық бомба мен ядролық реактор бірдей физикалық құбылысты — энергия бөлінуімен ауыр атом ядроларының бөлінуін — қолданады, бірақ бұл процесті түбегейлі әртүрлі ұйымдастырады. Бомбада қарапайым жарылғыш зат бөлінетін материалды (қарулық уран-235 немесе плутоний-239) секундтың үлестерінде кризистік массадан жоғары күйге дейін лезде сығады; содан кейін материалға нейтрондар енгізіледі, олар қолда бар энергияның барлығын дерлік бірден босататын бақыланбайтын тізбекті реакцияны іске қосады. Дәл осы жылдамдық пен бақыланбаушылық жарылыс әсерін тудырады. Реактор керісінше ұйымдастырылған: ол реакция баяу, бақыланатын және уақыт бойынша созылған болатындай жобаланған — ядро бөлінуінен болатын жылу суды қыздырып, оны турбинаны айналдырып, электр энергиясын өндіретін буға айналдырады, ал бір сәтте босатылмайды.

Неліктен реактор жарылыс кризистік деңгейіне жете алмайды

Негізгі шектеу — отынның байыту дәрежесі. Бомбаға арналған қарулық уран уран-235 изотопы бойынша 90% және одан жоғары байытылған, ал энергетикалық реакторларға, оның ішінде ВВЭР-1200-ге арналған отын бар болғаны 3–5% дейін байытылған — бұл басқарылатын тізбекті реакцияны қолдауға жеткілікті, бірақ бөлінетін материалдың мүлдем басқа концентрациясы мен оның сығылу жылдамдығын талап ететін жарылыс кризистік деңгейіне физикалық тұрғыдан жеткіліксіз. Қосымша кедергі ретінде нейтрондарды жұтатын материалдардан жасалған басқару стерженьдері қызмет етеді: олар реакция қарқындылығын үнемі реттеп отырады және параметрлердің нормадан кез келген ауытқуында автоматты түрде белсенді аймаққа түсіп, тізбекті реакцияны тоқтатады. Дәл осы себептен басқару жүйелерінің толық істен шығу сценарийінде де реактор бұл сөздің физикалық мағынасында «жарыла алмайды» — ең көп дегенде отынның қызып кетуі мен зақымдануы мүмкін, ал ядролық жарылыс емес.

Жарылыс болмаса, апаттар кезінде не болады

Атом энергетикасы тарихындағы үш ірі апат ядролық жарылыстың орнына нақты не болатынын жақсы көрсетеді. Три-Майл-Айленде 1979 жылы белсенді аймақтың ішінара балқуы реактордың қорғаныс қабығымен оқшауланды және оның шегінен тыс жерге радиацияның елеулі таралуы болмады. Чернобыльде 1986 жылы бу жарылысы және одан кейінгі графит баяулатқышының өрті орын алды — бұл кеңес РБМК реакторының конструктивтік ерекшелігі, қазіргі ВВЭР-лерде жоқ, — бұл ғимараттың қирауына және радиоактивті материалдардың ауқымды таралуына әкелді, бірақ бұл физикалық мағынада ядролық жарылыс емес, қуаттың бақыланбайтын секіруінен туындаған жылулық және химиялық процесс болды. Фукусимада 2011 жылы цунамиден кейін салқындату жүйелерінің істен шығуы отынның балқуына және цирконий қабықшаларының бумен химиялық реакциясы нәтижесінде жиналған сутегінің кейінгі жарылыстарына әкелді — тағы да ядролық емес, химиялық сипаттағы жарылыс. Үш жағдайды да бір нәрсе біріктіреді: тіпті ең нашар сценарийлерде де мәселе белсенді аймақтың балқуы мен радиоактивті заттардың таралуы туралы болып отыр, ал механикасы бойынша қарулық жарылыспен салыстыруға болатын ядролық жарылыс туралы емес.

Балқашқа арналған реакторда не қарастырылған

ВВЭР-1200 реакторлары, оларды «Балқаш» АЭС-іне орнату жоспарланған, III+ буынына жатады — бұл аталған үш апат кезінде пайдаланылған реакторлардан кейінгі эволюцияның келесі қадамы. Негізгі айырмашылық — «балқыма ұстағышы», реактор корпусының астына орналастырылған және барлық штаттық салқындату жүйелері бір уақытта істен шыққан гипотетикалық жобадан тыс сценарий жағдайында балқыған отынды қабылдауға, оқшаулауға және салқындатуға есептелген құрылғы. Бұл құрылғы оқиғалардың ең нашар теориялық нұсқасында да балқыған отынның топыраққа және жер асты суларына түсуіне жол бермеуі тиіс. Қосымша ВВЭР-1200 электр қуатынсыз және персоналдың араласуынсыз жұмыс істей алатын пассивті жылуды бөлу жүйесімен, сондай-ақ реакторлардың ертерек буындарында болмаған бірқатар басқа қауіпсіздік кедергілерімен жабдықталған. Жоба МАГАТЭ қауіпсіздік стандарттарына толық сәйкес келеді.

Авторлық қорытынды

«АЭС бомба сияқты жарыла ала ма?» деген сұрақ ядро бөлінуінің бірдей құбылысын қолданатын екі түрлі технологияны интуитивті, бірақ физикалық тұрғыдан қате теңестіруден туындайды. Атом энергетикасының нақты тәуекелдері — бұл қарулық жарылыспен ауқымы бойынша салыстыруға болатын жарылыс емес, белсенді аймақтың балқуы мен радиоактивті заттардың таралу ықтималдығы, бұл өз алдына маңызды және болашақ станция операторы тарапынан толыққанды қоғамдық бақылау мен ашықтықты талап етеді. «Балқаш» АЭС-і төңірегіндегі пікірталас үшін бұл ажырату маңызды: нақты және тексерілетін қауіпсіздік параметрлерін — балқыма ұстағышының сипаттамаларын, сараптаманың тәуелсіздігін, МАГАТЭ алдындағы есептіліктің ашықтығын — талқылау керек, ал реактор физикасы жібермейтін гипотетикалық сценарийді емес.