Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие"
Представлены результаты расчетов нейтронно-физических характеристик модели пространственного расположения объемов, заполненных бетоном, металлом и топливосодержащими материалами (ТСМ) с низким и высоким содержанием топлива в зоне проплавления фундаментной плиты шахты реактора в юго-восточной част...
Saved in:
| Published in: | Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113344 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" / В.Б. Шостак, В.Н. Щербин, Е.Е. Олейник // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2014. — Вип. 22. — С. 98-109. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-113344 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Шостак, В.Б. Щербин, В.Н. Олейник, Е.Е. 2017-02-07T16:02:24Z 2017-02-07T16:02:24Z 2014 Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" / В.Б. Шостак, В.Н. Щербин, Е.Е. Олейник // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2014. — Вип. 22. — С. 98-109. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 1813-3584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113344 621.039.76 Представлены результаты расчетов нейтронно-физических характеристик модели пространственного расположения объемов, заполненных бетоном, металлом и топливосодержащими материалами (ТСМ) с низким и высоким содержанием топлива в зоне проплавления фундаментной плиты шахты реактора в юго-восточной части подреакторного помещения 305/2 объекта «Укрытие» и в областях, непосредственно примыкающих к зоне проплавления, массовые и геометрические параметры которых отвечают реальным условиям существования скрытого скопления. Анализируется возможность описания динамики развития и самогашения нейтронной аномалии, зарегистрированной в 1990 г., в зависимости от возможных величин параметров смеси ТСМ с высоким содержанием топлива. Представлено результати розрахунків нейтронно-фізичних характеристик моделі просторового розташування об'ємів, заповнених бетоном, металом і паливовмісними матеріаломі (ПВМ) з низьким і високим вмістом палива в зоні проплавлення фундаментної плити шахти реактора в південно-східній частині приміщення 305/2 об'єкта «Укриття» і в областях, що безпосередньо примикають до зони проплавлення, масові і геометричні параметри яких відповідають реальним умовам існування прихованого скупчення. Аналізується можливість опису динаміки розвитку і самопогашування нейтронної аномалії, зареєстрованої в 1990 р., залежно від можливих величин параметрів гетерогенності суміші ПВМ з високим вмістом палива. Results of calculation of neutron-physical characteristics of model of spatial location of volumes of filled: by a concrete, metal and fuel contained materials with low and high fuel in fusion penetration area of fundamental flag of reactor shaft in south-east part of apartment 305/2 and in the areas of directly joining to the area fusion penetration, the mass and geometrical parameters of which answer the real terms of existence of the hidden accumulation are given. Possibility of description of dynamics of development and independent extinguishing of neutron anomaly, which was registered in 1990 is analyzed, depending on the possible sizes of parameters of heterogeneity of mixture of fuel contained materials with contains a lot of fuel. ru Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля Проблеми Чорнобиля Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" Визначення величин параметрів моделі, що описує ядерно-небезпечне скупчення паливовмісних матеріалів в об’єкті «Укриття» Determination of sizes of parameters of model of describing nuclear-dengerous accumulation of fuel contained materials in object «Ukryttya» Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" |
| spellingShingle |
Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" Шостак, В.Б. Щербин, В.Н. Олейник, Е.Е. Проблеми Чорнобиля |
| title_short |
Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" |
| title_full |
Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" |
| title_fullStr |
Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" |
| title_full_unstemmed |
Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" |
| title_sort |
определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "укрытие" |
| author |
Шостак, В.Б. Щербин, В.Н. Олейник, Е.Е. |
| author_facet |
Шостак, В.Б. Щербин, В.Н. Олейник, Е.Е. |
| topic |
Проблеми Чорнобиля |
| topic_facet |
Проблеми Чорнобиля |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| publisher |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Визначення величин параметрів моделі, що описує ядерно-небезпечне скупчення паливовмісних матеріалів в об’єкті «Укриття» Determination of sizes of parameters of model of describing nuclear-dengerous accumulation of fuel contained materials in object «Ukryttya» |
| description |
Представлены результаты расчетов нейтронно-физических характеристик модели пространственного
расположения объемов, заполненных бетоном, металлом и топливосодержащими материалами (ТСМ) с низким
и высоким содержанием топлива в зоне проплавления фундаментной плиты шахты реактора в юго-восточной
части подреакторного помещения 305/2 объекта «Укрытие» и в областях, непосредственно примыкающих к
зоне проплавления, массовые и геометрические параметры которых отвечают реальным условиям существования скрытого скопления. Анализируется возможность описания динамики развития и самогашения нейтронной аномалии, зарегистрированной в 1990 г., в зависимости от возможных величин параметров смеси ТСМ с
высоким содержанием топлива.
Представлено результати розрахунків нейтронно-фізичних характеристик моделі просторового розташування об'ємів, заповнених бетоном, металом і паливовмісними матеріаломі (ПВМ) з низьким і високим вмістом палива в зоні проплавлення фундаментної плити шахти реактора в південно-східній частині приміщення
305/2 об'єкта «Укриття» і в областях, що безпосередньо примикають до зони проплавлення, масові і геометричні параметри яких відповідають реальним умовам існування прихованого скупчення. Аналізується можливість
опису динаміки розвитку і самопогашування нейтронної аномалії, зареєстрованої в 1990 р., залежно від можливих величин параметрів гетерогенності суміші ПВМ з високим вмістом палива.
Results of calculation of neutron-physical characteristics of model of spatial location of volumes of filled: by a
concrete, metal and fuel contained materials with low and high fuel in fusion penetration area of fundamental flag of
reactor shaft in south-east part of apartment 305/2 and in the areas of directly joining to the area fusion penetration, the
mass and geometrical parameters of which answer the real terms of existence of the hidden accumulation are given.
Possibility of description of dynamics of development and independent extinguishing of neutron anomaly, which was
registered in 1990 is analyzed, depending on the possible sizes of parameters of heterogeneity of mixture of fuel contained
materials with contains a lot of fuel.
|
| issn |
1813-3584 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/113344 |
| citation_txt |
Определение величин параметров модели, описывающей ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте "Укрытие" / В.Б. Шостак, В.Н. Щербин, Е.Е. Олейник // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2014. — Вип. 22. — С. 98-109. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT šostakvb opredelenieveličinparametrovmodeliopisyvaûŝeiâdernoopasnoeskoplenietoplivosoderžaŝihmaterialovvobʺekteukrytie AT ŝerbinvn opredelenieveličinparametrovmodeliopisyvaûŝeiâdernoopasnoeskoplenietoplivosoderžaŝihmaterialovvobʺekteukrytie AT oleinikee opredelenieveličinparametrovmodeliopisyvaûŝeiâdernoopasnoeskoplenietoplivosoderžaŝihmaterialovvobʺekteukrytie AT šostakvb viznačennâveličinparametrívmodelíŝoopisuêâdernonebezpečneskupčennâpalivovmísnihmateríalívvobêktíukrittâ AT ŝerbinvn viznačennâveličinparametrívmodelíŝoopisuêâdernonebezpečneskupčennâpalivovmísnihmateríalívvobêktíukrittâ AT oleinikee viznačennâveličinparametrívmodelíŝoopisuêâdernonebezpečneskupčennâpalivovmísnihmateríalívvobêktíukrittâ AT šostakvb determinationofsizesofparametersofmodelofdescribingnucleardengerousaccumulationoffuelcontainedmaterialsinobjectukryttya AT ŝerbinvn determinationofsizesofparametersofmodelofdescribingnucleardengerousaccumulationoffuelcontainedmaterialsinobjectukryttya AT oleinikee determinationofsizesofparametersofmodelofdescribingnucleardengerousaccumulationoffuelcontainedmaterialsinobjectukryttya |
| first_indexed |
2025-11-25T20:35:26Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:35:26Z |
| _version_ |
1850526161625415680 |
| fulltext |
98 ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22
УДК 621.039.76
В. Б. Шостак, В. Н. Щербин, Е. Е. Олейник
Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины, ул. Кирова,36а, Чернобыль, 07270, Украина
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ, ОПИСЫВАЮЩЕЙ
ЯДЕРНООПАСНОЕ СКОПЛЕНИЕ ТОПЛИВОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
В ОБЪЕКТЕ «УКРЫТИЕ»
Представлены результаты расчетов нейтронно-физических характеристик модели пространственного
расположения объемов, заполненных бетоном, металлом и топливосодержащими материалами (ТСМ) с низким
и высоким содержанием топлива в зоне проплавления фундаментной плиты шахты реактора в юго-восточной
части подреакторного помещения 305/2 объекта «Укрытие» и в областях, непосредственно примыкающих к
зоне проплавления, массовые и геометрические параметры которых отвечают реальным условиям существо-
вания скрытого скопления. Анализируется возможность описания динамики развития и самогашения нейтрон-
ной аномалии, зарегистрированной в 1990 г., в зависимости от возможных величин параметров смеси ТСМ с
высоким содержанием топлива.
Kключевые слова: топливосодержащие материалы, нейтронная аномалия, критичность.
Исходя из заключения [1], что зарегистрированное детекторами системы «Финиш» аномаль-
ное возрастание (более чем в 60 раз), удержание и спад плотности потока нейтронов в объекте
«Укрытие» в конце июня 1990 г. могло быть идентифицировано только как «холодный критический
инцидент» [2], в работах [3, 4] развита и представлена его модель.
В рамках этой модели предполагается, что «сухое» пористой структуры скопление топливо-
содержащих материалов (ТСМ) в зоне проплавления подреакторной плиты (ПП) при заполнении го-
рячей водой (около 100 0С) достигло первого значения критичности, когда эффективный коэффици-
ент размножения (Кэф) равнялся единице. Оно удерживалось в процессе заполнения водой в около-
критическом состоянии механизмами, связанными с отрицательными температурными коэффициен-
тами реактивности и процессом парообразования по фронту смачивания при поступлении воды в
объем горячего скопления (~100 оС). Самогашение произошло в результате переувлажнения, при-
ведшее к возрастанию роли реакции n(np)d, и перехода в подкритику (Кэф <1) за вторым значением
критичности [5]. Предполагается также, что в зоне проплавления постоянно находится вода, уровень
которой поддерживается за счет пополнения атмосферными осадками и конденсатом, и которая в
настоящее время является стабилизирующим фактором подкритичности.
Предложение такой модели развития критического инцидента основано на том, что в насто-
ящее время в результате многолетних реализаций динамики измерения нейтронных [6] и температур-
ных полей [7] конфигурации скважин [8], а также данных визуальных наблюдений в юго-восточном
квадранте подреакторного помещения 305/2 объекта «Укрытие» в зоне проплавления ПП локализо-
вано скрытое скопление ТСМ с большой (предположительно > 40 %) массовой долей топлива [9], так
называемая критмассовоя зона (КМЗ). Там же показано, что такая высокая концентрация топлива в
ТСМ, в данном случае, удовлетворительно объясняется «доменным» процессом взаимодействия рас-
плава топлива с бетоном ПП и «шихтой» из фрагментов активной зоны. Определены реалистичные
диапазоны возможных значений пространственных параметров КМЗ и непосредственно примыкаю-
щих к ней объемов, заполненных известными материалами, в условиях отсутствия к ним доступа.
Если протекание критического инцидента происходило в соответствии с предложенной моде-
лью, то, как следует из самой сути модели, изменение режима поступления или циркуляции воды в
объекте «Укрытие» может привести к возвратной самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР).
Весомым аргументом в пользу представленной модели могут быть результаты расчетов, ко-
торые показывают наличие двух значений критичности в процессе заполнения водой объема КМЗ.
При этом исходные значения ее пространственных и массовых параметров должны находиться в реа-
листичных диапазонах их возможных значений.
В данном случае также важно определить границы многомерного объема, образованного ве-
личинами пространственных и массовых параметров КМЗ, внутри которого обеспечивается наличие
двух значений критичности в процессе заполнения водой объема КМЗ. Сопоставление этих границ с
объемом, образованным границами реалистичности этих параметров позволит в дальнейшем оценить
вероятность реализации сценария процессов, описанных в данной модели.
© В. Б. Шостак, В. Н. Щербин, Е. Е. Олейник, 2014
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 99
Со времени самопроизвольно возникшей в 1990 г. нейтронной аномалии не произошло ниче-
го, что могло бы изменить величины тех ядерно-физических параметров (далее – параметров) кото-
рые оказывают существенное влияние на формирование Кэф в районе рассматриваемого КМЗ. Поэто-
му остается актуальным вопрос о возможности нового самопроизвольного возникновения нейтрон-
ной аномалии.
Настоящая работа посвящена поискам ответов на вопросы, поставленные в трех предыдущих
абзацах с помощью расчетов, которые проводились на программном комплексе решения задач пере-
носа нейтронов методом Монте-Карло в трехмерных материальных системах MNCP-4A в рамках
вышеуказанной модели.
Параметры размножающей и окружающих сред
В условиях, когда, в рамках модели, практически все параметры объема ТСМ с высоким со-
держанием топлива используются при отсутствии к ним доступа, всегда требуется более детально и
обоснованно определить их связь с аналогичными наблюдаемыми величинами.
Состав размножающей и окружающих сред
За основу смеси, использованной в модели, был принят химический состав черных лавооб-
разных ТСМ (ЛТСМ), образовавших большой горизонтальный поток из района скопления через по-
мещение 304/3. Средний состав химических элементов в угольно-черной керамике и ее плотность
(2,4 г/см3) взяты из работы [10]. При этом предполагалось, что основная доля топлива в ТСМ образо-
вана микровключениями, а отношение массовых долей компонентов в смеси с высоким содержанием
топлива (исключая само топливо) сохраняется независимо от массовой доли топлива. Состав смеси
при содержании урана 4,7 % представляет усредненные результаты анализа проб, взятых из помеще-
ния 304/3. Сумма парциальных объемов химических компонентов составляет 80 % от всего объема.
Оставшаяся часть объема может приходиться на микро- и макропористость в пробах.
Таким образом, парциальная плотность ТСМ определяется из соотношения
)( 2
2
2
2
)100(80
UOTCM
UO
UO
UO
ТСМ
MМ
−
−
+=
ρρρ
, (1)
где
2UOM - массовая доля топлива в смеси, %; TCMρ - плотность смеси при отсутствии микропор,
г/см3;
2UOρ - плотность UO2 (10,5 г/см
3); )( 2UOTCM −ρ - плотность части смеси, где отсутствует
UO2, г/см
3.
Наличие в смесях нейтронных поглотителей, таких как гадолиний и бор, не учитывалось. Они
являются «выгорающими поглотителями», т.е. количество поглощающих нейтроны изотопов бора и
гадолиния уменьшается в среде с ненулевой плотностью потока нейтронов. Также и бор, и гадолиний
хорошо растворяются в воде и могут «вымываться» из пористых ЛТСМ. Кроме того, их измеряемое
содержание незначительно.
Для тяжелого бетона, окружающего объемы, заполненные ТСМ, принят химический состав
бетона с гранитным наполнителем, применявшемся при строительстве АЭС в СССР, плотностью
2,4 г/см3 [11].
Компонент SiO2 CaO TiO2 Cr2O3 Na2O Al2O3 MnO K2O CO2 MgO H2O
Мас. % 69,1 10,8 0,15 0,006 2,7 8,8 0,05 1,7 1,2 0,7 1,9
Нижняя часть объема, содержащего ТСМ с высоким содержанием топлива, заполнена метал-
лом, элементарный состав которого был рассчитан на основе оценки типов и объемов конструкцион-
ных сталей, вовлеченных в процесс лавообразования [11].
Элемент титан углерод железо хром никель молибден
Мас. % 0,5 0,08 82,92 12,25 4 0,25
Содержание изотопа 235U
Предложенный в работе [12] сценарий образования КМЗ позволяет допустить, что при фор-
мировании этих зон происходила не только сепарация концентрации топлива. С большой вероятно-
стью можно допустить, что в процесс лавообразования были вовлечены, прежде всего, сборки с отно-
В. Б. ШОСТАК, В. Н. ЩЕРБИН, Е. Е. ОЛЕЙНИК
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 100
сительно высоким выгоранием (сборки с низким выгоранием выделяют меньше тепла), и топливо с
высоким выгоранием покидало места лавообразования быстрее, чем топливо с низким выгоранием. В
этом случае образцы (из помещения 305/2) с большим содержанием урана, в среднем, должны иметь
более низкое выгорание.
Результаты анализа проб, отобранных из помещения 305/2, подтверждают эту гипотезу [11].
Они аппроксимированы в предположении прямой пропорциональности между величинами выгора-
ния (x), МВт·сут/кг (U) и процентного массового содержания урана в ТСМ ( %
Um ). Результаты ап-
проксимации отражает выражение [11]
x = 0,0674 %
Um +12,684. (2)
С другой стороны, в ряде работ в получены величины процентного содержания изотопов 235U
( %
235m ) в топливе черной керамики, которое составляет 4,7 % от массы ТСМ, при различных величии-
нах его выгорания. Зависимость между этими величинами следующая:
Выгорание топлива, МВт·сут/кг (U) 0 1,2 11 12,5
Содержание 235U в топливе, %
(черная керамика, U = 4,7 % массы ТСМ)
2 [13]
1,88 [13]
1,01 [13]
0,89 [14]
Эти данные хорошо аппроксимируются линейной зависимостью
%
235m = 0,0888x + 1,9932. (3)
С учетом выражений (2) и (3) получаем вероятную зависимость содержания изотопа 235U в
топливе ТСМ от содержания урана в ТСМ:
%
235m = 0,006 · %
Um + 0,8669. (4)
Как показали результаты анализа, примерно 300 проб черной и коричневой керамики имеют
практически одинаковое выгорание, а именно: коричневая керамика - (12,6 ± 0,4), черная - (12,5 ± 0,5)
МВт·сут/кг (U) [10, 15]. Содержание 239Pu в топливе ТСМ бралось равным 0,25 % массы урана.
Пространственные параметры
В модели предполагается, что скопление ТСМ в прожоге ПП образовалось в результате высо-
котемпературного взаимодействия расплавов топлива с бетоном фундаментной плиты, фрагментов
активной зоны и силикатными материалами засыпки межкомпенсаторного и монтажного зазоров.
Как отмечалось [12], растворение топлива в лаве происходит до концентрации, определяемой усло-
виями термодинамического равновесия совокупности материалов, находящихся в данной области.
Так, например, при температуре 1500 0С в системе UO2-SiO2-ZrO2 концентрация UO2 не может пре-
высить значения ~15 %.
Таким образом, создались предпосылки для образования глубоких полостей в массиве ПП,
заполненных ТСМ с высоким содержанием топлива. В дальнейшем это и было подтверждено резуль-
татами измерений нейтронных [6] и температурных полей [7], а также конфигурации скважин.
В процессе решения задач с использованием метода Монте-Карло в трехмерных материаль-
ных системах пространственное моделирование осуществлялось с учетом всей области, непосред-
ственно примыкающей в КМЗ. Использовавшаяся при этом модель [3, 4] пространственного распо-
ложения объемов, заполненных бетоном, металлом и ТСМ с низким и высоким содержанием топлива
в области КМЗ и областях, непосредственно примыкающих к ней в радиусе ~8 м в горизонтальной
плоскости и более 2 м вверх и вниз, которые учитывались в процессе переноса нейтронов, представ-
лена в двух проекциях на рис. 1 и 2.
Расчетное моделирование формы и размеров объема, заполненного ТСМ с высоким содержа-
нием топлива, выполнено таким образом, чтобы его геометрия вписывалась в реальные объемы юж-
ной зоны проплавления фундаментной плиты шахта реактора.
По результатам анализа совокупности данных по скважинам, измерений нейтронных и темпе-
ратурных полей и визуальных наблюдений было определено [7 - 9], что скопление ТСМ с большой
массовой долей топлива может быть представлено в модели в виде плоского цилиндра с радиусом
менее 3 м, который размещается в нижней части бетона фундаментной плиты (ФП) в юго-восточной
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 101
части помещения 305/2. Или он может иметь форму усеченного шара или усеченного эллипсоида,
имеющих тот же объем.
Высота объема с большой массовой долей топлива выбрана по уровню воды, которая удер-
живается на отметке +9.100 (уровне проходок скважин З-9-Е, З-9-Ж и З-9-К).
ниже от ТСМ c мас % U = 4.7 % Бетон над ЛТСМ
(ТСМ , мас. % U > 40 %)
ТСМ , мас. % U = 4,7 %
Тяжелый бетон
Гравий над ЛТСМ
K
454647
И
Ж
304/3
305/2
Рис. 1. Горизонтальное сечение по отметке +10.500.
0
8 0 0
1 0 0 0
1 2 0 0
1 4 0 0
М е т а л л
Б е т о н
2 1 0 / 7
Т С М , м а с . % U > 4 0 %
Т С М , м а с % U = 4 , 7 %
Т я ж е л ы й б е т о н
В ы с о т н а я о т м е т к а , с м
3 0 5 / 2
3 0 4 / 3
КЖ
И
Рис. 2. Вертикальное сечение по оси 46+600.
В данной работе в процессе расчетов используется геометрия цилиндра, она выбрана для
упрощения процедуры расчета, при том что возможные скорости разрушения бетона при продвиже-
нии лавы в радиальном и аксиальном направлениях оценить не представляется возможным.
Глубина проплавления ФП была определена до уровня плитного настила верхнего перекры-
тия, т.е. слоя тяжелого бетона, который мог задержать продвижение фронта взаимодействия расплава
топлива с бетоном в аксиальном направлении. В то же время стальная обшивка потолка парораспре-
делительного коридора имеет признаки значительной тепловой деформации и незначительные натеки
ЛТСМ, что позволяет предположить наличие сквозного проплавления ФП в районе этой КМЗ. Таким
В. Б. ШОСТАК, В. Н. ЩЕРБИН, Е. Е. ОЛЕЙНИК
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 102
образом, в пределах ограничений, задаваемых фактическими условиями существования скопления
(ТСМ с критической массой топлива), наиболее определенной величиной является его высота ~90 см.
Параметры гетерогенности ТСМ с высоким содержанием топлива
Нейтронно-физические характеристики скопления ТСМ определяются микро- и макропо-
ристостью среды. Как показывают расчеты, ТСМ, не имеющиея макропор, не достигают критичности
ни при каком наборе реалистичных параметров скопления, рассматриваемого в настоящей работе.
Микропористость образовалась в результате насыщения вакансиями объема среды из-за температур-
ных напряжений, неравных встречных диффузионных потоков и радиационных дефектов с последу-
ющей их коагуляцией и коалесценцией [16]. Характеристики доступной микропористости определя-
ют влагоемкость и скорость насыщения водой.
Экспериментальные исследования доступной микропористости образца черных ЛТСМ, кото-
рый не имел видимых макроскопических полостей и сквозных трещин, продемонстрировали наличие
от 3 до 4 % доступной пористости от объема образца [17]. Микропоры обеспечивают сквозное проса-
чивание воды в ЛТСМ и заполнение более крупных пустот. Существующая в ЛТСМ система пор об-
разует бесконечный кластер, который обеспечивает хорошую проницаемость для воды. Макроскопи-
ческие поры являются следствием коагуляции и коалесценции газовых пузырей, в изобилии образо-
вывавшихся в процессе формирования лавы. Размер газовых пустот в ЛТСМ оценивался значениями
от нескольких микрометров до нескольких сантиметров в диаметре [17].
Поэтому скопление ТСМ с большой массовой долей топлива в модели было представлено в
виде регулярной пространственной решетки с ячейками кубической формы. В этой решетке ячейки,
взаимно расположенные в шахматном порядке, заполнены гомогенной смесью силикатного раствора
топлива с доступной для воды микропористостью (до 4 % от объема). Оставшиеся ячейки простран-
ственной решетки, также фактически взаимно расположенные в шахматном порядке, одновременно и
равномерно заполнялись водой. Объемная доля воды в пустых ячейках варьировалась от нуля до
полного заполнения жидкостью всей пористости.
Модельные параметры, обеспечивающие две критичности
В рамках описанных выше моделей, выполнены многовариантные расчеты величины Кэф при
различных наборах значений следующих модельных параметров:
массовой доли урана в ТСМ;
процентного содержания изотопов 235U;
радиуса цилиндра (R) (максимального сечения усеченного шара, максимального сечения усе-
ченного эллипсоида), содержащего скопление ТСМ с большой массовой долей топлива;
доли пустот в ТСМ, доступных для заполнения водой;
величины грани кубичной ячейки (ГКЯ) (гетероген);
температуры ТСМ.
Если используемая массовая доля 235U вычислялась из выражения (4), то в пределах заданных
ограничений на варьируемые параметры, с ростом величины %
Um , фактически все версии форм скоп-
лений ТСМ в КМЗ достигают критического состояния при заливе водой, когда концентрация топлива
в ТСМ становится чуть более 48 % ( %
235m
= 1,15 %) массы ТСМ. Как показано в работе [18], с ростом
содержания воды в ТСМ Кэф может увеличиваться до тех пор, пока увеличение коэффициента погло-
щения среды не превысит улучшения замедляющих свойств. Таким образом, могут возникнуть два
значения критичности.
С ростом величины %
Um два значения критичности появляются при вариации каждого из мо-
дельных параметров, а разница между этими значениями быстро увеличивается (диапазон оптималь-
ного увлажнения). В результате также быстро образуется многомерный объем в пространстве этих
параметров, внутри которого выполнены условия, необходимые для реализации сценария процессов,
описанных в предложенной модели.
Для иллюстрации вышеизложенного ниже приведен пример многопараметрических расчетов
при одном из значений %
Um , когда скопление ТСМ с большой массовой долей топлива в модели было
представлено в виде цилиндра с R = 250 см. Так, на рис. 3 представлены результаты расчетов зависи-
мостей величины Кэф от величины объема ТСМ, заполненного водой при температурах 27, 40 и 80 оС
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 103
и %
Um = 52 %. Все расчеты в работе выполнялись с учетом эффекта Доплера и зависимости плотности
воды от температуры.
Рис. 3. Зависимости Кэф от объема воды в ТСМ, %. Рис. 4. Зависимости Кэф от объема воды в ТСМ, %.
Результаты, которые представлены на рис. 3, иллюстрируют степень влияния величин пара-
метров гетерогенности смеси ТСМ с высоким содержанием топлива на реализуемость указанной вы-
ше модели. В настоящее время в этих ТСМ недоступны для измерения ни спектр размеров макропу-
стот (макропор), ни их суммарный объем, ни степени их наполняемости водой.
Температура залитого водой скопления к началу инцидента составляла от 70 до 80 ºС и под-
держивалась остаточным тепловыделением (ОТВ). В настоящее время температура скопления снизи-
лась до интервала от 30 до 40 ºС и продолжает падать, следуя за падением ОТВ.
Сухая сборка глубоко подкритична [19] (в данной модели всегда Кэф < 0,5). При увлажнении
сборка становится надкритичной в диапазоне оптимального увлажнения между первым и вторым
значениями критичности. Подкритичность (Кэф < 1) переувлажненной сборки зависит от объема во-
ды, принятой сборкой за вторым значением критичности. Максимальная подкритичность опреде-
ляется доступной для воды частью полного объема сборки.
На рис. 4 приведены сравнения между собой зависимостей Кэф от объемного содержания воды
в объеме, заполненном ТСМ с высоким содержанием топлива в районе оптимального увлажнения,
для случаев небольших изменений геометрических параметров этого объема. Эти расчеты выполне-
ны для оценки на устойчивость получаемых результатов:
к величине радиуса цилиндра, заполненного ТСМ с высоким содержанием топлива (см. рис.
4, а);
к форме объема заполненного ТСМ с высоким содержанием топлива (см. рис. 4, б);
к положению на оси (Y) север-юг центра объема, заполненного ТСМ с высоким содержанием
топлива (см. рис. 4, в).
Видно, что наблюдается качественное и количественное подобие кривых при изменении по-
ложения оси цилиндра относительно системы координат строительных осей в пределах 1 м и при из-
В. Б. ШОСТАК, В. Н. ЩЕРБИН, Е. Е. ОЛЕЙНИК
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 104
менении радиуса цилиндра в диапазоне 200 – 300 см. То же наблюдается и при замене цилиндра на
усеченный шар или усеченный эллипсоид, имеющих тот же объем.
Анализ результатов расчетов
Из рис. 3 видно, что используемый набор параметров обеспечивает наличие двух значений
критичности в широком диапазоне величин ГКЯ (0,5 – 4,0 см) в процессе заполнения водой всех су-
ществующих в ТСМ пустот при %
Um = 52 %. В этом случае процесс деградации структуры ТСМ как в
сторону уменьшения размеров макропор, так и в сторону их увеличения не может привести к опас-
ному уменьшению уровня подкритичности, если осуществлено полное заполнение водой всех суще-
ствующих в ТСМ пустот.
На рис. 5 - 8 представлены результаты расчетов зависимостей величины Кэф от величины ГКЯ
решетки для объемов ТСМ с высоким содержанием топлива, имеющих различные геометрические и
массовые параметры при двух степенях заполнения водой этого объема ТСМ. Сплошные кривые со-
ответствуют заполнению объема водой, при котором достигаются наибольшие значения запаса реак-
тивности критической массы топлива (величины максимумов кривых на рис. 3). Штриховые кривые
соответствуют полному заполнению всех пустот этого объема (величины крайних правых точек кри-
вых на рис. 3). Параметры, использовавшиеся в процессе расчетов, представлены на соответ-
ствующих рисунках.
Рис. 5. Зависимости Кэф от величин ГКЯ; %
Um = 52 %. Рис. 6. Зависимости Кэф от величин ГКЯ; %
Um = 60 %.
На рис. 5 – 8 представлены результаты расчетов зависимостей величины Кэф от величины ГКЯ
решетки для объемов ТСМ с высоким содержанием топлива, имеющих различные геометрические и
массовые параметры при двух степенях заполнения водой этого объема ТСМ. Сплошные кривые со-
ответствуют заполнению объема водой, при котором достигаются наибольшие значения запаса реак-
тивности критической массы топлива (величины максимумов кривых на рис. 3). Штриховые кривые
соответствуют полному заполнению всех пустот этого объема (величины крайних правых точек кри-
вых на рис. 3). Параметры, использовавшиеся в процессе расчетов, представлены на соответствую-
щих рисунках.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 105
Расчеты выполнены и представлены для трех значений %
235m
:
0,89 %, 1,15 % и из формулы (4).
Для каждой из этих трех величин получены результаты при различных значениях долей пустот в
ТСМ, доступных для заполнения водой. Графики, соответствующие определенной величине %
235m ,
расположены на рисунках один над другим.
Исходя из консервативных соображений, во всех расчетах, результаты которых представлены
рис. 5 – 8, использовалась величина Rцилиндра = 200 см.
В случае необходимости увеличения влагонасыщенности ТСМ в процессе расчетов некото-
рые ячейки решетки освобождались от силикатного раствора таким образом, чтобы сохранить изме-
ненную среднюю плотность постоянной в пределах цилиндра, содержащего ТСМ (далее - средняя
плотность ТСМ) с высоким концентрацией топлива.
Как показывают результаты расчетов, приведенные на рис. 5 – 8, непрерывное увеличение
или уменьшение средней плотности ТСМ в основном приводит соответственно к непрерывному
подъему или опусканию обеих кривых - и сплошной, и пунктирной.
Рис. 7. Зависимости Кэф от величин ГКЯ; %
Um = 7 0 %. Рис. 8. Зависимости Кэф от величин ГКЯ; %
Um = 80 %.
Представленные на рис. 5 (д, е), 6 (ж, з, и), 7 (ж, з, и) и 8 (ж, з, и) результаты расчетов или
полностью, или в достаточной мере согласуются с рассматриваемой моделью. Т.е. сплошная кривая в
основном или полностью расположена выше Кэф = 1, пунктирная - полностью ниже. Это получено
путем плавного изменения средней плотности ТСМ. Можно, изменяя среднюю плотность ТСМ в
определенном диапазоне, опустить часть сплошной кривой до уровня Кэф = 1 или несколько ниже,
или поднять штриховую частично выше этого уровня и при этом во всем диапазоне изменений будет
наблюдаться согласие с рассматриваемой моделью. Допустимая степень пересечения кривыми уров-
ня Кэф = 1 определяется существующей формой спектра распределения размеров ячеек, заполняемых
водой, которая неизвестна в данный момент.
Если штриховая кривая частично выше уровня Кэф = 1, то в зависимости от реальной пористо-
сти смеси ТСМ процесс деградации структуры, как в сторону уменьшения макропор, так и в сторону
В. Б. ШОСТАК, В. Н. ЩЕРБИН, Е. Е. ОЛЕЙНИК
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 106
их увеличения, может привести к опасному уменьшению уровня подкритичности. Это будет справед-
ливо для всех случаев, когда часть штриховой кривой располагается при Кэф > 1.
Данные на всех остальных рисунках полностью не согласуются с рассматриваемой моделью.
Таким образом, полностью определены границы объема в многомерном пространстве физических
параметров, внутри которого рассматриваемая модель согласуется с тем, как протекала нейтронная
аномалия 1990 г.
Из рис. 5 (д, е), 6 (ж, з, и), 7 (ж, з, и) и 8 (ж, з, и) видно, что для каждого определенного набо-
ра значений параметров мерой величины этого объема есть разность расстояний между сплошной и
штриховой кривыми. Видно, что эта разность уменьшается при уменьшении величин %
Um и %
235m .
При %
235m = 0,89 % она почти отсутствует, если %
Um = 60 % и полностью отсутствует, если %
Um =
= 52 %. При %
Um = 49 % и менее разность практически исчезает полностью. В частности видно, что
величины процентного содержания пустот в объеме ТСМ на рис. 5 (д, е), 6 (ж, з, и), 7 (ж, з, и) и
8 (ж, з, и), с одной стороны, и на рис. 5 (д, е), 6 (ж, з, и), 7 (ж, з, и) и 8 (ж, з, и)), с другой, определя-
ют границы этого объема на шкале средней плотности ТСМ. Величины этих границ представлены в
таблице.
Диапазоны величин параметров, внутри которых обеспечивается наличие двух значений критичности
в процессе заполнения водой всех существующих пустот в цилиндре, содержащем скопление ТСМ
с большой массовой долей топлива
(радиус цилиндра 200 см, высота цилиндра 90 см, температура 40 ºС)
Массовая доля урана в ТСМ, % 52 60 70 80
Диапазоны пустот в объеме ТСМ, %
Диапазон плотностей ТСМ, г/см2 :
при содержании 235U = 0,89 %
_
46 ÷ 48
2,5 ÷ 2,4
60,4 ÷ 67,8
2,1 ÷ 17
70 ÷ 77,7
1,8 ÷ 1,3
при содержании 235U = 1,15 %
52 ÷ 56,3
2,0 ÷ 1,8
60 ÷ 69,4
1,9 ÷ 1,4
70 ÷ 79,1
1,6 ÷ 1,1
77,1 ÷ 84,3
1,4 ÷ 0,9
при содержании 235U =1,18 %
52,9 ÷ 58
2,0 ÷ 1,8
при содержании 235U = 1,23 %
64 ÷ 72,8
1,7 ÷ 1,3
при содержании 235U = 1,29 %
72,5 ÷ 80,9
1,4 ÷ 1,0
при содержании 235U = 1,35 %
79,3 ÷ 88,6
1,2 ÷ 0,7
Диапазоны величины ГКЯ: _
при содержании 235U = 0,89 %, см 1 - 3 0,5 ÷ более 5 0,2 ÷ более 5
при содержании 235U ≥ 1,15 %, см 1 ÷ 5 0 ÷ более 5 0 ÷ более 5 0 ÷ более 5
В таблице приведены максимальные величины диапазонов пустот и плотностей в объеме
ТСМ. Реальная их величина может быть существенно меньше. Это уменьшение определяется суще-
ствующей формой спектра распределения размеров ячеек, заполняемых водой, которая неизвестна в
данный момент.
Как видно из представленных результатов, изменение величин %
Um и %
235m
также приводит к
непрерывному подъему или опусканию кривых. Предварительные оценки показали, что изменение в
определенном диапазоне величины всех остальных значимых параметров приводит к аналогичному
результату. Отсюда следует, что если величины каких-либо параметров, использованных в про-
веденных расчетах и анализе, в действительности имеют несколько иные значения, то это будет лишь
означать, что предсказания модели реализовались при других несколько отличных величинах сред-
ней плотности ТСМ или %
Um и %
235m .
Расчетные кривые для различных возможных температур вблизи первого и второго значений
критичности на рис. 3 имеют малое различие между собой, а в рамках этого различия при более вы-
сокой температуре кривые расположены, как правило, ниже вблизи второго значения критичности.
Все это говорит о невысокой вероятности самопроизвольного возникновения СЦР по мере остывания
всего объема КМЗ. Однако если подкритичность уменьшится до опасного уровня из-за сокращения
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 107
объемов воды в скоплении или из-за деградации структуры макропор ТСМ, то начинающийся при
этом рост температур будет способствовать нарастанию реактивности и возникновению более тяже-
лого ядерного инцидента.
Выводы
1. Показано, что существует вероятность реализуемости используемой в работе модели, ко-
торая описывает динамику развития и самогашения нейтронной аномалии, зарегистрированной в
1990 г. в рамках описанной модели пространственного расположения объемов, заполненных бетоном,
металлом и ТСМ с низким и высоким содержанием топлива в зоне проплавления ФП шахты реактора
в юго-восточной части подреакторного помещения 305/2 и в областях, непосредственно примы-
кающих к зоне проплавления, массовые и геометрические параметры которых отвечают реальным
условиям существования скрытого скопления.
2. Определены границы объема в многомерном пространстве физических параметров, внутри
которого рассматриваемая модель согласуется с тем, как протекала нейтронная аномалия 1990 г.
3. Показано, что в рамках представленных моделей обезвоживание и деградация размно-
жающей среды, а в некоторых случаях и изменения температуры скопления ТСМ, могут привести к
возвратной критичности и возникновению СЦР с достаточно быстрой кинетикой. Полученные ре-
зультаты позволяют прогнозировать процессы и события, которые приведут к такому результату.
4. Полученные результаты позволят определять численные значения полей нейтронов и гам-
ма-квантов, источником которых является скопление ТСМ с высоким содержанием топлива с помо-
щью расчетов. Решение обратной задачи позволит сузить рассчитанные диапазоны величин парамет-
ров, используя численные значения измерений этих полей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Заключение экспертной комиссии о причинах аномального события в пом. 304/3 объекта «Укрытие» в
июле 1990 г. / ИБРАЭ РАН. – М., 1992. – 67 с.
2. Фролов В.В. Аномальный инцидент 27 - 30 июня 1990 г. в объекте «Укрытие» Чернобыльской АЭС //
Атомная энергия. – 1996. - Т. 80, вып. 3.
3. Высотский Е.Д., Ключников А.А., Щербин В.Н., Шостак В.Б. Нейтронно-физические характеристики
ядерно-опасных скоплений топливосодержащих материалов // Проблеми безпеки атомних електростанцій
і Чорнобиля. – 2009. - Вип. 12. – С. 93 – 102.
4. Высотский Е.Д., Ключников А.А., Лагуненко А.С.и др. Ядерно-опасные скопления топливосодержащих
материалов в разрушенном четвертом блоке Чернобыльской АЭС // Радохимия. – 2011. – Т. 53, № 2. –
С. 178 – 183.
5. Верцімаха О.Я., Павлович В.М., Щербін В.М. Про можливості виникнення та розвитку самопідтримуючої
ланцюгової реакції в ПММ 4-го блока ЧАЕС // Сб. доп. наук.-практ. конф. «Наука. Чорнобиль-97» - К.,
1998. – С. 163 - 167.
6. Высотский Е.Д., Довыдьков А.И., Довыдьков В.А. и др. Анализ путей доступа к топливосодержащим мате-
риалам в помещении 305/2. объекта "Укрытие". Часть 1. Исследовательские скважины в помещении 305/2
- Чернобыль, 2011. – 28 с. - (Препр. / НАН Украины. ИПБ АЭС; 11-1).
7. Высотский Е.Д., Михайлов А. В. Температурные аномалии в зонах критмассового риска // Проблеми без-
пеки атомних електростанцій і Чорнобиля. – 2011. - Вип. 16. – С. 101 – 109.
8. Высотский Е.Д., Довыдьков А.И., Довыдьков В.А. и др. Анализ путей доступа к топливосодержащим мате-
риалам в помещении 305/2 объекта "Укрытие". Часть 1. Исследовательские скважины в подреакторной
плите - Чернобыль, 2011. – 36 с. - (Препр. / НАН Украины. ИПБ АЭС; 11-2).
9. Высотский Е.Д., Ключников А.А., Краснов В.А. Локализация ядерно-опасных скоплений топливосодер-
жащих материалов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. - 2007. – Вип.7. – С. 66 - 75.
10. Пазухин Э.М. Лавообразные топливосодержащие массы 4-го блока Чернобыльской АЭС: топография, фи-
зико-химические свойства, сценарий образования, влияние на окружающую среду: дис. … д-ра техн. наук.
- Чернобыль, 1999. – 293 с.
11. Лагуненко А.С. Поиск и исследование скрытых скоплений топливосодержащих материалов разрушенного
4-го блока Чернобыльской АЭС: дис. … канд. техн. наук / ІПБ АЕС НАН України. - К., 2008. – 148 с.
12. Высотский Е.Д., Краснов В.А., Лагуненко А.С., Пазухин Э.М. Топливо в помещении 305/2 4-го блока
ЧАЭС. Критмассовые зоны. Уточнение сценария образования лавообразных топливосодержащих матери-
алов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. - 2007. – Вип.8. – С. 77—85.
13. Ананич П.И., Герасько В.Н., Гульник С.И. и др. Расчетно-экспериментальные исследования некоторых ха-
рактеристик нейтронных полей в местах скоплений лавообразных топливосодержащих материалов в
подреакторном помещении 304/3 объекта "Укрытие" - Чернобыль, 1998. – 11 с. - (Препр. / НАН Украины.
МНТЦ "Укрытие"; 98-3).
В. Б. ШОСТАК, В. Н. ЩЕРБИН, Е. Е. ОЛЕЙНИК
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 108
14. Ананич П.И., Герасько В.Н., Гульник С.И. и др. Расчетные исследования по обоснованию ядерной безопас-
ности при работе системы пылеподавления в помещениях объекта "Укрытие". - Чернобыль, 1997. - 23 с. -
(Препр. / НАН Украины. МНТЦ "Укрытие"; 97-3).
15. Анализ текущей безопасности объекта “Укрытие” и прогнозные оценки развития ситуации: (Отчет о НИР)
/ МНТЦ "Укрытие" НАН Украины. - Арх. № 3836. – Чернобыль, 2001.
16. Гончар В.В., Двоеглазов А.М. Жидков А.В. и др. Исследование некоторых физических характеристик
ЛТСМ объекта "Укрытие" // Объект "Укрытие" – 10 лет. Основные результаты научных исследований. -
Чернобыль, 1996. - C. 173 - 182.
17. Жидков А. В. Топливосодержащие материалы объекта “Укрытие” сегодня: актуальные физические свой-
ства и возможности прогнозирования их состояния // Проблеми Чорнобиля. - 2001. - Вип. 7. - С. 23 – 40.
18. Бабенко В.А., Верцимаха О.Я., Енковский Л.Л. и др. Исследование размножающих свойств топливо-
содержащих масс 4-го блока ЧАЭС – Киев, 1997. - 30 с. - (Препр. / НАН Украины. Ин-т ядерных исследо-
ваний; КИЯИ-97-1).
19. Павлович В.Н., Бабенко В.А., Высотский Е. Д. и др. Модель распределения плотности потока нейтронов в
объеме топливосодержащих материалов помещения 305/2 объекта “Укрытие” // Проблеми безпеки атом-
них електростанцій і Чорнобиля - 2005. - Вип. 2. - С. 55 - 60.
В. Б. Шостак, В. М. Щербiн, Є. Є. Олiйник
Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, вул. Кірова, 36а, Чорнобиль, 07270, Україна
ВИЗНАЧЕННЯ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРІВ МОДЕЛІ, ЩО ОПИСУЄ ЯДЕРНО-НЕБЕЗПЕЧНЕ
СКУПЧЕННЯ ПАЛИВОВМІСНИХ МАТЕРІАЛІВ В ОБ’ЄКТІ «УКРИТТЯ»
Представлено результати розрахунків нейтронно-фізичних характеристик моделі просторового розта-
шування об'ємів, заповнених бетоном, металом і паливовмісними матеріаломі (ПВМ) з низьким і високим вміс-
том палива в зоні проплавлення фундаментної плити шахти реактора в південно-східній частині приміщення
305/2 об'єкта «Укриття» і в областях, що безпосередньо примикають до зони проплавлення, масові і геометрич-
ні параметри яких відповідають реальним умовам існування прихованого скупчення. Аналізується можливість
опису динаміки розвитку і самопогашування нейтронної аномалії, зареєстрованої в 1990 р., залежно від можли-
вих величин параметрів гетерогенності суміші ПВМ з високим вмістом палива.
Kлючовi слова: паливовмісні матеріали, нейтронна аномалія, критичність.
V. B. Shostak, V. M. Scherbin, Ye. Ye. Oliynyk
Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants NAS of Ukraine, Kirova str., 36a, Chornobyl, 07270, Ukraine
DETERMINATION OF SIZES OF PARAMETERS OF MODEL OF DE SCRIBING NUCLEAR-DENGEROUS
ACCUMULATION OF FUEL CONTAINED MATERIALS IN OBJECT «UKRYTTYA»
Results of calculation of neutron-physical characteristics of model of spatial location of volumes of filled: by a
concrete, metal and fuel contained materials with low and high fuel in fusion penetration area of fundamental flag of
reactor shaft in south-east part of apartment 305/2 and in the areas of directly joining to the area fusion penetration, the
mass and geometrical parameters of which answer the real terms of existence of the hidden accumulation are given.
Possibility of description of dynamics of development and independent extinguishing of neutron anomaly, which was
registered in 1990 is analyzed, depending on the possible sizes of parameters of heterogeneity of mixture of fuel con-
tained materials with contains a lot of fuel.
Keywords: fuel contained materials, neutron anomaly, criticality.
REFERENCES
1. Conclusion of expert commission about reasons of anomalous event in pom. 304/3 object «Shelter» in July 1990 /
IBRAE RAN. - Moskva, 1992. – P. 67. (Rus)
2. Frolov V.V. the Anomalous incident of June, 27 - 30, 1990 in an object «Shelter» Chernobyl'skoy AES of //
Atomnaya energiya. – 1996. - Vol. 80. - Iss. 3. (Rus)
3. Vysotskiy E.D., Kliuchnykov O.O., Shcherbin V.M., Shostak V.B. Neutron and physical characteristics of nuclear-
dengerous accumulation of fuel containing materials // Problemy bezpeky atomnyh electrostantsiy i Chornobylya
(Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). – 2009. - Iss. 12. – P. 93 – 102. (Ukr)
4. Vysotskiy E.D., Kliuchnykov A.A., Lagunenko A.S. et. al. The nuclear-dengerous accumulations of fuel-containg
materials in the blasted fourth block of Chernobyl'skoy AES // Radiokhimiya. - 2011. - Vol. 53, № 2. - P. 178 -
183. (Rus)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИН ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2014 ВИП. 22 109
5. Vercimakha O.Ya., Pavlovich V.M., Scherbin V.M. About possibilities of origin and development of supporting
chain reaction in PMM of 4th block of ChAES // Sbirnyk dopovidei naukovo-praktichnoi conferentsii «Science.
Chornobil-97». - Kyiv, 1998 - P. 163 - 167. (Ukr)
6. Vysotskiy E.D., Dovyd'kov A.I., Dovyd'kov S.A. et. al. Analysis of access paths to fuel-containing materials in
room 305/2 object "Shelter". Part 1. Research wells at 305/2. - Chornobyl, 2011. - 28 p. - (Prepr. / NАS of
Ukraine. IPB AES; 11-1). (Rus)
7. Vysotskiy E.D., Mikhaylov O.V. Temperature anomales in zones critical mass risk // Problemy bezpeky atomnyh
electrostantsiy i Chornobylya (Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). - 2011. - Iss. 16. -
P. 101 - 109. (Ukr)
8. Vysotskiy E.D., Dovyd'kov A.I., Dovyd'kov S.A. et. al. Analysis of access paths to fuel-containing materials in
room 305/2 object "Shelter". Part 1. Research wells at under-reactor plate. - Chornobyl, 2011. - 36 p. - (Prepr./
NАS of Ukraine. IPB AES; 11-2). (Rus)
9. Vysotskiy E.D., Kliuchnykov O.O., Krasnov V.O. Localization of nuclear-dengerous accumulations of fuel con-
taining materials // Problemy bezpeky atomnyh electrostantsiy i Chornobylya (Problems of Nuclear Power Plants'
Safety and of Chornobyl). - 2007. - Iss.7. - P. 66 - 75. (Ukr)
10. Pazukhin E.M. Lava-like fuel containing mass of the 4 Unit of the Chernobyl NPP: topography, physical and
chemical properties, scenario of formation, influence on environment: dis. d-ra tekhn. nauk. - Chornobyl, 1999. –
293 p. (Rus)
11. Lagunenko O.S. Search and study of the hidden accumulations of fuel containing materials of the destroyed
Chornobyl NPP Unit 4: dis. kand. tekhn. nauk / IPB AES NAS of Ukrainy. - Kyiv, 2008. - 148 p. (Ukr)
12. Vysotskiy E.D., Krasnov V.O., Lagunenko O.S., Pazukhin E.M. Fuel in room 305/2 of Chernobyl Nuclear Powar
Station Unit 4. Zonrs critical mass risk. Clarification of the scenario of lava-like of fuel containing materials //
Problemy bezpeky atomnyh electrostantsiy i Chornobylya (Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of
Chornobyl). - 2007. – Iss. 8. – P. 77 - 85. (Ukr)
13. Ananich P.I., Geras'ko V.N., Gul'nik S.I. et. al. Calculation-experimental researches of some descriptions of the
neutron fields in the lava-like of fuel contaning materials concentrations in the underreactor room 304/3 object
"Shelter". – Chornobyl, 1998. - 11 p. - (Prepr. / NАS of Ukraine. ISTC "Shelter"; 98-3). (Rus)
14. Ananich P.I., Geras'ko V.N., Gul'nik S.I. et. al. Calculation researches on the ground of nuclear safety with the
work of dusterpression system in the room of object "Shelter". – Chornobyl, 1997. - 23 p. - (Prepr. / NАS of
Ukraine. ISTC "Shelter"; 97-3). (Rus)
15. Analysis of current safety of object “Shelter” and prognosis estimations of development of situation (Report) /
NAS of Ukraine. ISTC "Shelter". - Chornobyl, 2001. - Arkh. № 3836. (Rus)
16. Gonchar V.V., Dvoeglazov A.M. Zhidkov A. et. al. Research of some physical descriptions of LTSM of object
"Shelter" // Object "Shelter" - 10 years. Basic results of scientific researches. - Chornobyl, 1996. - P. 173 - 182.
(Rus)
17. Zhidkov A. V. Fuel containing materials of object “Shelter” today: Importance physical properties and possibilities
of prognostication of their state of // Problemy Chornobylya. - 2001. - Iss. 7. - P. 23 - 40. (Rus)
18. Babenko V.A., Vercimakha O.Ya., Enkovskiy L.L. et. al. Investigation of multiplying properties of fuel containing
the masses in 4-th unit of Chernobyl NPP. - Kiev, 1997. - 30 p. - (Prepr. / NAS of Ukraine. Institute of nuclear re-
searches; KIYAI-97-1). (Rus)
19. Pavlovich V.N., Babenko V.A., Vysotskiy E.D. et. al. Model of neutron flow density distribution in fuel-
containing materials of room 305/2 object of “Ukryttya” // Problemy bezpeky atomnyh electrostantsiy i Chorno-
bylya (Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). - 2005. - Iss. 2. - P. 55 - 60. (Rus)
Надійшла 08.01.2014
Received 08.01.2014
|