Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС
Приводится определение ядерной безопасности как гарантии отсутствия или исключения возможности возникновения критичности. Показано, что источником ядерной опасности на объекте "Укрытие" является скопление топливосодержащих материалов с критической переувлажненной композицией, гарантия сохр...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
|---|---|
| Datum: | 2017 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
2017
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127797 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС / Е.Д. Высотский, Р.Л. Годун, А.А. Дорошенко, В.А. Краснов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2017. — Вип. 28. — С. 60-67. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127797 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Высотский, Е.Д. Годун, Р.Л. Дорошенко, А.А. Краснов, В.А. 2017-12-28T08:19:28Z 2017-12-28T08:19:28Z 2017 Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС / Е.Д. Высотский, Р.Л. Годун, А.А. Дорошенко, В.А. Краснов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2017. — Вип. 28. — С. 60-67. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 1813-3584 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127797 621.039 Приводится определение ядерной безопасности как гарантии отсутствия или исключения возможности возникновения критичности. Показано, что источником ядерной опасности на объекте "Укрытие" является скопление топливосодержащих материалов с критической переувлажненной композицией, гарантия сохранения подкритичности которой в процессе обезвоживания штатными системами объекта не обеспечивается. Предложены первоочередные меры минимизации рисков возникновения самоподдерживающей цепной реакции в ядерно-опасном скоплении при потере воды в условиях нового безопасного конфайнмента. Наводиться визначення ядерної безпеки як гарантії відсутності або виключення можливості виникнення критичності. Показано, що джерелом ядерної небезпеки на об'єкті "Укриття" є скупчення паливовмісних матеріалів із можливо критичною перезволоженою композицією, гарантія збереження підкритичності якої у процесі зневоднення штатними системами об'єкта не забезпечується. Запропоновано першочергові заходи мінімізації ризиків виникнення самопідтримуючої ланцюгової реакції в ядерно-небезпечному скупченні при втраті води в умовах нового безпечного конфайнмента. We present the definition of nuclear security as a guarantee of the absence or exclusion of the possibility of criticality. It is shown that the source of nuclear danger in the object "Ukrytiya" (UO) is the cluster of fuel-containing materials with the opportunity of critically overmoistened composition. The preservation guarantee of subcriticality during dehydration by UO systems is not ensured. We propose priority measures to minimize the risks of self-sustained chain reaction in the dangerous nuclear cluster during the loss of water in the conditions of the New Safe Confinement. ru Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля Проблеми Чорнобиля Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС Ядерна безпека при ліквідації наслідків важкої аварії на ЧАЕС Nuclear safety during the elimination of the severe consequences of the Сhernobyl accident Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС |
| spellingShingle |
Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС Высотский, Е.Д. Годун, Р.Л. Дорошенко, А.А. Краснов, В.А. Проблеми Чорнобиля |
| title_short |
Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС |
| title_full |
Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС |
| title_fullStr |
Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС |
| title_full_unstemmed |
Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС |
| title_sort |
ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на чаэс |
| author |
Высотский, Е.Д. Годун, Р.Л. Дорошенко, А.А. Краснов, В.А. |
| author_facet |
Высотский, Е.Д. Годун, Р.Л. Дорошенко, А.А. Краснов, В.А. |
| topic |
Проблеми Чорнобиля |
| topic_facet |
Проблеми Чорнобиля |
| publishDate |
2017 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| publisher |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Ядерна безпека при ліквідації наслідків важкої аварії на ЧАЕС Nuclear safety during the elimination of the severe consequences of the Сhernobyl accident |
| description |
Приводится определение ядерной безопасности как гарантии отсутствия или исключения возможности возникновения критичности. Показано, что источником ядерной опасности на объекте "Укрытие" является скопление топливосодержащих материалов с критической переувлажненной композицией, гарантия сохранения подкритичности которой в процессе обезвоживания штатными системами объекта не обеспечивается. Предложены первоочередные меры минимизации рисков возникновения самоподдерживающей цепной реакции в ядерно-опасном скоплении при потере воды в условиях нового безопасного конфайнмента.
Наводиться визначення ядерної безпеки як гарантії відсутності або виключення можливості виникнення критичності. Показано, що джерелом ядерної небезпеки на об'єкті "Укриття" є скупчення паливовмісних матеріалів із можливо критичною перезволоженою композицією, гарантія збереження підкритичності якої у процесі зневоднення штатними системами об'єкта не забезпечується. Запропоновано першочергові заходи мінімізації ризиків виникнення самопідтримуючої ланцюгової реакції в ядерно-небезпечному скупченні при втраті води в умовах нового безпечного конфайнмента.
We present the definition of nuclear security as a guarantee of the absence or exclusion of the possibility of criticality. It is shown that the source of nuclear danger in the object "Ukrytiya" (UO) is the cluster of fuel-containing materials with the opportunity of critically overmoistened composition. The preservation guarantee of subcriticality during dehydration by UO systems is not ensured. We propose priority measures to minimize the risks of self-sustained chain reaction in the dangerous nuclear cluster during the loss of water in the conditions of the New Safe Confinement.
|
| issn |
1813-3584 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127797 |
| citation_txt |
Ядерная безопасность при ликвидации последствий тяжелой аварии на ЧАЭС / Е.Д. Высотский, Р.Л. Годун, А.А. Дорошенко, В.А. Краснов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2017. — Вип. 28. — С. 60-67. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT vysotskiied âdernaâbezopasnostʹprilikvidaciiposledstviitâželoiavariinačaés AT godunrl âdernaâbezopasnostʹprilikvidaciiposledstviitâželoiavariinačaés AT dorošenkoaa âdernaâbezopasnostʹprilikvidaciiposledstviitâželoiavariinačaés AT krasnovva âdernaâbezopasnostʹprilikvidaciiposledstviitâželoiavariinačaés AT vysotskiied âdernabezpekaprilíkvídacíínaslídkívvažkoíavaríínačaes AT godunrl âdernabezpekaprilíkvídacíínaslídkívvažkoíavaríínačaes AT dorošenkoaa âdernabezpekaprilíkvídacíínaslídkívvažkoíavaríínačaes AT krasnovva âdernabezpekaprilíkvídacíínaslídkívvažkoíavaríínačaes AT vysotskiied nuclearsafetyduringtheeliminationofthesevereconsequencesoftheshernobylaccident AT godunrl nuclearsafetyduringtheeliminationofthesevereconsequencesoftheshernobylaccident AT dorošenkoaa nuclearsafetyduringtheeliminationofthesevereconsequencesoftheshernobylaccident AT krasnovva nuclearsafetyduringtheeliminationofthesevereconsequencesoftheshernobylaccident |
| first_indexed |
2025-11-25T22:54:37Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:54:37Z |
| _version_ |
1850575911550713856 |
| fulltext |
60 ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2017 ВИП. 28
УДК 621.039
Е. Д. Высотский, Р. Л. Годун, А. А. Дорошенко, В. А. Краснов
Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины, ул. Кирова, 36а, Чернобыль, 07270, Украина
ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ
ТЯЖЕЛОЙ АВАРИИ НА ЧАЭС
Приводится определение ядерной безопасности как гарантии отсутствия или исключения возможности
возникновения критичности. Показано, что источником ядерной опасности на объекте "Укрытие" является
скопление топливосодержащих материалов с критической переувлажненной композицией, гарантия сохранения
подкритичности которой в процессе обезвоживания штатными системами объекта не обеспечивается. Предло-
жены первоочередные меры минимизации рисков возникновения самоподдерживающей цепной реакции в яде-
рно-опасном скоплении при потере воды в условиях нового безопасного конфайнмента.
Ключевые слова: ядерная безопасность, топливосодержащие материалы, критичность.
Ядерная безопасность
Согласно нормативно правовым актам и научно-техническим документам текущее состояние
объекта "Укрытие" квалифицируется как «разрушенный запроектной аварией 4-й блок ЧАЭС, кото-
рый утратил все функциональные свойства энергоблока и на котором выполнены первоочередные
мероприятия по уменьшению последствий аварии, а также продолжаются работы по обеспечению его
ядерной и радиационной безопасности» [1].
Создание нового безопасного конфайнмента (НБК) является основным этапом подготовки к
превращению объекта "Укрытие" в экологически безопасную систему. Сооружение НБК должно обе-
спечить:
защиту персонала, населения и окружающей среды от влияния источников ядерной и радиа-
ционной опасности, связанных с существованием объекта "Укрытие";
создание условий для осуществления практической деятельности по превращению объекта
"Укрытие" в экологически безопасную систему, в частности для извлечения остатков ядерного топ-
лива и топливосодержащих материалов (ТСМ), выполнения работ по демонтажу/усилению нестаби-
льных конструкций объекта "Укрытие" и обращения с радиоактивными отходами [2].
При этом решение проблемных задач, связанных с введением в эксплуатацию НБК, не регла-
ментированы действующими нормативными и другими документами. Одной из наиболее важных
является задача обеспечения ядерной безопасности на всех этапах преобразования НБК в экологичес-
ки безопасную систему, так как более 180 т делящихся материалов в виде скоплений с неоднозначной
композицией и геометрией находятся во внутренних помещениях 4-го блока ЧАЭС.
Закон Украины «Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку» дает следующее
определение ядерной безопасности: «ядерна безпека – дотримання норм, правил, стандартів та умов
використання ядерних матеріалів, що забезпечують радіаційну безпеку; радіаційна безпека – дотри-
мання допустимих меж радіаційного впливу на персонал, населення та навколишнє природне середо-
вище, встановлених нормами, правилами та стандартами з безпеки» [3]. В соответствии с [4]: «ядер-
ная безопасность – достижение надлежащих условий эксплуатации, предотвращение аварий или
смягчение последствий аварии, благодаря чему обеспечивается защита работников, населения и
окружающей среды от чрезмерной радиационной опасности; ядерная безопасность – система орга-
низационно-технических мероприятий на потенциально ядерно-опасных объектах в целях максима-
льного снижения и/или исключения возможностей по возникновению опасных и вредных воздейст-
вий на людей и окружающую среду [5]; ядерная безопасность – свойство объектов, содержащих ис-
точники ядерной опасности, не допускать их проявления с требуемой вероятностью в течение задан-
ного времени» [5]. Использование вероятностного подхода не применимо к скоплениям ТСМ на объ-
екте "Укрытие", потому что для определения вероятности конечного «нежелательного события»,
нарушающего ядерную безопасность, необходимо знать вероятности исходного и промежуточных
событий, которые не определяются, так как ТСМ на объекте "Укрытие" являются уникальными. При
этом учитывая, что фактически отсутствуют эффективные барьеры по предотвращению выхода про-
дуктов деления при потенциально возможной ядерной аварии, ядерная безопасность каждого скоп-
ления ТСМ на объекте "Укрытие" определяется только доказанной гарантией отсутствия условий для
возникновения самоподдерживающейся цепной реакции (СЦР) или наличием эффективных средств
© Е. Д. Высотский, Р. Л. Годун, А. А. Дорошенко, В. А. Краснов, 2017
ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2017 ВИП. 28 61
превентивного подавления параметров критичности ядерно-опасных скоплений (ЯОС, т.е. скоплений
ТСМ, вероятность возникновения СЦР в которых не может быть гарантировано исключена).
Последний официальный документ ГСП ЧАЭС [6] с анализом ядерной безопасности объекта
"Укрытие", принятый в 2009 г., содержал следующие выводы:
1. «Объект «Укрытие» в настоящее время не может считаться полностью ядерно-безопасным
объектом, поскольку абсолютный уровень ядерной безопасности не гарантирован…».
2. Организационно-технические мероприятия при текущей эксплуатации объекта «Укрытие»
обеспечивают поддержание систем с ТСМ в подкритическом состоянии.
3. Для обеспечения ядерной безопасности во всех потенциальных состояниях ТСМ при раз-
решенной деятельности на объекте «Укрытие» необходимо проведение дополнительных исследова-
тельских работ с целью получения полной и достоверной информации по диагностике и прогнозиро-
ванию состояния ТСМ.
ГНТЦ ЯРБ в своем «Экспертном заключении» согласился с выводом отчета [7] о том, что су-
ществующие скопления ТСМ подкритичны, но указал, что «уровень настоящих знаний о ТСМ недо-
статочен, чтобы обосновано исключить возможность возникновения СЦР».
В то же время в работах ИПБ АЭС НАН Украины (далее - ИПБ АЭС) на основании анализа
многолетних наблюдений за динамикой нейтронной активности и градиентами температурных полей
было показано наличие в юго-восточном квадранте помещения 305/2 скопления ТСМ с большой мас-
сой (~ 20 т) и массовой долей (> 40 %) топлива [8 - 10], а также принята версия СЦР как единствен-
ной причины возникновения и гашения мощной нейтронной аномалии, зарегистрированной в июне
1990 г. на периферии этого скопления [11, 12].
Ядерно-опасные скопления
Необходимым и достаточным условием для возникновения СЦР в размножающей системе с
низкообогащенным ураном является наличие: критической композиции (массы и массовой доли топ-
лива в ТСМ); внутреннего источника нейтронов; замедлителя в диапазоне оптимального водо-
уранового отношения.
Расчеты нейтронно-физических параметров силикатной топливной смеси при увлажнении по-
зволили получить консервативные оценки соотношений между реальным выгоранием (11,5 –
12,5 мВт/сут · кг U), массовой долей (45 - 55 %) и массой (15 - 20 т) топлива в скоплениях ТСМ, в
пределах которых возможно существование критической композиции и, как следствие, возникнове-
ние СЦР в процессе поступления воды [13]. На основании этих оценок, в рамках анализа безопаснос-
ти объекта "Укрытие", была проведена классификация помещений по степени ядерной опасности
находящихся в них скоплений лавообразных ТСМ (ЛТСМ). Все помещения, кроме центрального зала
(ЦЗ) и подреакторного помещения 305/2, были признаны ядерно-безопасными, так как массовая доля
топлива в обнаруженных скоплениях ТСМ составляла 5 - 10 %. В практически недоступных ЦЗ и
помещении 305/2 допускалось «существование композиций, в которых возникновение СЦР принци-
пиально возможно» [14].
Что касается ЦЗ, то потенциальную ядерную опасность здесь могли бы представлять гипоте-
тические критические композиции (уран-графитовый кластер 3×5 м в штатной структуре активной
зоны и/или компактное образование из тепловыделяющих сборок со свежим топливом), скрытые под
многометровым слоем материалов вертолетной засыпки. Существование таких композиций не подт-
верждалось результатами визуальных наблюдений, а наличие в материалах засыпки 40 т карбида
бора и соединений гадолиния, периодически распыляемых над развалом, могут быть гарантией ядер-
ной безопасности [14]. За 25 лет на периферии ЦЗ нейтронной активности не наблюдалось, доступ
под завалы материалов засыпки отсутствует.
Помещение 305/2 в юго-восточной части является местом образования и исхода потоков
ЛТСМ. Эта часть помещения оказалась практически недоступной из-за отсутствия технологии «горя-
чего» бурения. При этом здесь было отмечено следующее: разошлись результаты теплометрических
(~ 75 т) и концентрационных (~ 35 т) измерений количества топлива; зарегистрированы холодный
критический инцидент 1990 г. и нейтронная аномалия 2000 г.; с 1990 г. постоянно наблюдаются вы-
сокий уровень нейтронной активности и температуры; фиксируется постоянное присутствие воды
[15].
Результаты расчетно-экспериментальных исследований, проведенные ИПБ АЭС в 2006 –
2016 гг. [16, 17], дают основания допустить, что в связи с надвижкой НБК и изменением температур-
но-влажностного режима объекта "Укрытие", реальная ядерная опасность комплекса НБК + объект
Е. Д. ВЫСОТСКИЙ, Р. Л. ГОДУН, А. А. ДОРОШЕНКО, В. А. КРАСНОВ
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2017 ВИП. 28 62
"Укрытие" определяется фактом существования в юго-восточной части помещения 305/2 ЯОС, скры-
того под слоем «свежего» бетона в зоне проплавления опорной плиты шахты реактора.
Скопление образовалось на заключительной стадии аварии в результате длительного высоко-
температурного процесса взаимодействия кориума с силикатными материалами (бетоном, материа-
лами засыпки межкомпенсаторного и монтажного зазоров) и растворения фрагментов технологичес-
ких каналов в силикатном расплаве [18, 19].
Скопления с критической композицией ТСМ, содержащей до 20 т урана, и фактически посто-
янным внутренним источником нейтронов спонтанного деления и (α, n)-реакции на легких ядрах
примеси рассматривается как гетерогенная водо-урановая система, в объеме однородной топливной
среды которой равномерно распределены делящиеся материалы, примеси и внутренние источники
нейтронов [20, 21]. Гетерогенная структура скопления определяется наличием широкого спектра ма-
кропор, доступных для воды через бесконечный кластер микротрещин и поровых каналов. Для таких
систем с низкообогащенным топливом характерным является наличие надкритичности в диапазоне
оптимального водо-уранового отношения, т.е. два значения критичности и подкритичность при недо-
статке или избытке воды [16].
ЯОС находится постоянно в воде, наиболее вероятно за вторым значением критичности, ко-
торое было достигнуто при холодном критическом инциденте июня 1990 г. СЦР (повторная критич-
ность) возникла в процессе поступления воды в объемы остывающей (< 100 °С) пористой размножа-
ющей среды и удерживалась в течение 34 ч в режиме осцилляций. Гашение СЦР произошло в резуль-
тате переувлажнения [16]. Текущая подкритичность ЯОС определилась доступной для воды пористо-
стью среды. Стабильность подкритичности, которая может находиться за пределами аварийных зна-
чений (Кэф > 0,98), обеспечивается поступлениями в объект "Укрытие" атмосферной, конденсацион-
ной и технической воды. Стоки подогретой воды периодически наблюдаются из скважин, забои ко-
торых находятся в зоне проплавления бетона опорной плиты [17].
Эффекты возвратной критичности
Расчеты зависимости нейтронно-физических характеристик при вариации массовых и геомет-
рических параметров материальной модели ЯОС проводились с помощью MNCP-4A – программного
комплекса решения задач переноса нейтронов методом Монте-Карло в трехмерных материальных
системах. Материальная модель ЯОС была представлена критической сборкой с геометрией, вписы-
вающейся в зону проплавления опорной плиты. При этом принималось, что при повторной критич-
ности 1990 г. механизмом гашения СЦР могло быть только переувлажнение размножающейся среды.
Основной целью расчетов являлось уточнение массовых и геометрических параметров моде-
ли ЯОС, обеспечивающих наличие двух значений критичности в процессе поступления воды в разм-
ножающую среду. При оценке количества топлива в критической сборке были использованы резуль-
таты сведения материально-энергетического баланса доменной версии сценария аварийных процес-
сов [17].
Химический состав черных ЛТСМ и ТСМ ЯОС
Химический
состав
Массовая доля, % Плотность,
г/см
3
ЛТСМ ТСМ
U3O8 (U) 5,50 (4,7) 62,5 (53) 8,4
SiO2 62,00 22,7 2,50
CaO 7,50 2,2 3,80
TiO2 0,18 0,06 3,80
ZrO2 4,20 6,4 5,70
Na2O 5,50 2,0 3,50
BaO 0,13 0,04 6,00
Al2O3 8,80 2,3 3,97
MnO 0,40 0,13 5,87
Fe2O3 0,97 0,13 5,87
FeO 0,87 0,12 5,87
MgO 3,90 1,2 3,97
CrO 0,23 0,07 5,21
NiO 0,17 0,06 5,87
Парциальная
плотность ТСМ 6,3
ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2017 ВИП. 28 63
За основу смеси, использованной в модели, был принят химический состав черных ЛТСМ,
образовавших большой горизонтальный поток из района скопления (см. таблицу). При этом предпо-
лагалось, что в смеси доля топлива образована микровключениями, а доступная для воды пористость
составляет не менее 50 % объема сборки.
Материальная модель была представлена трехслойной композицией, размещенной в бетоне
опорной плиты между отметками 8.000 и 9.700 и прикрытой слоем «свежего» бетона до отметки
10.500. Верхний слой (между отметками 9.100 и 9.700) – черные ЛТСМ, сформировавшие большой
горизонтальный поток. Нижний слой (между отметками 8.000 и 8.200) – металл, промежуточный
слой – ТСМ с массовой долей топлива от 50 % и геометрией, вписывающейся в границы реальной
зоны проплавления подреакторной плиты (между отметками 8.200 и 9.100).
Гетерогенная структура размножающей среды моделировалась в виде регулярной пространс-
твенной решетки с ячейками кубической формы. В этой решетке ячейки в шахматном порядке были
заполнены гомогенной смесью силикатного раствора топлива. Объемная доля воды в пустых ячейках
одновременно и равномерно варьировалась от нуля до полного заполнения всей пористости.
Для версий материальной модели были выполнены расчеты величины Кэф при вариации: гео-
метрии сборки, массовой доли топлива, объемного содержания воды, шага решетки, температуры
размножающей среды [22].
На рисунке приведены результаты расчета Кэф для версии критической сборки в геометрии
плоского цилиндра (R = 2,0 м, h = 0,9 м) с объемом пористости, доступной для воды, до 52 % и мас-
совой долей топлива в ТСМ (52 %) при обогащении 1,15 %
235
U.
Зависимость Кэф в модели от уровня объемного содержания воды, шага (0,5; 2,0; 4,0 см)
моделирующей решетки и температуры размножающей среды (27 °С, 80 °С).
Температурный коэффициент среды (α) оценивался по модельной зависимости и составил
0,5÷1,0 · 10
-4
0
С
-1
(см. рисунок). Таким образом, если повторная критичность возникла при темпера-
туре остывающего ≤ 100
0
С скопления, то при «возвратной» критичности увеличение текущего запаса
реактивности (при текущей температуре среды ЯОС 50
о
С) составит 5,0 · 10
-3
. Зависимость Кэф от
гетерогенности среды модели показывает, что два значения критичности при пористости до 50 %
объема могут реализоваться в границах диапазона шага решетки от 0,5 до 5 см. Выход в критичность,
в зависимости от текущего состояния структуры среды, может происходить как при уменьшении, так
и при увеличении гетерогенности.
В условиях объекта "Укрытие", при сохранении текущего состояния с доступом воды в зону
локализации ЯОС, эффектами, приводящими к «возвратной» критичности, могут быть деградация
структуры при изменении спектра пористости и/или рост температуры размножающей среды за счет
изменений условий теплосема. При прекращении поступления воды в условиях НБК+ объект "Укры-
тие", вероятность «возвратной» критичности будет определяться естественным механизмом обезво-
живания переувлажненной среды критической композиции.
Консервативные модельные оценки характеристик СЦР на запаздывающих нейтронах при
«возвратной» критичности показали, что мощность нейтронной вспышки (плотность потока нейтро-
Е. Д. ВЫСОТСКИЙ, Р. Л. ГОДУН, А. А. ДОРОШЕНКО, В. А. КРАСНОВ
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2017 ВИП. 28 64
нов, ППН >10
12
н/см
2
∙с) будет определяться запасом реактивности, скоростью потери воды, а также
временем удержания до разрушения фактически запечатанной в бетон размножающей системы [23].
Обеспечение ядерной безопасности
В соответствии с определением ядерной безопасности, гарантированное исключение вероят-
ности возникновения СЦР в условиях НБК+ объект "Укрытие", может быть обеспечено наличием
эффективных средств мониторинга (нейтронной активности и температуры) и средств оперативного
подавления параметров критичности ЯОС. В настоящее время штатные системы (СКЯБ, СПРГ и
СПП) не позволяют обеспечить ядерную безопасность объекта по следующим причинам:
при обсадке скважин в опорной плите, выходящих в юго-восточную часть помещения 305/2,
из-за непроходимости, в зоне локализации ЯОС были утрачены основные информационные точки
мониторинга;
отсутствует функция мониторинга температурного и водного режимов ЯОС;
подача растворов системами подавления, осуществляемая с верхних отметок в шахту реакто-
ра, неэффективна из-за фильтрации раствора в слоях бетона и ЛТСМ, прикрывающих зону локализа-
ции ЯОС (концентрация гадолиния падает более чем на 3 порядка) [17].
Поэтому, когда невозможно гарантировать ядерную безопасность и существуют источники
ядерной опасности, вероятность проявления которых неопределенна, в обязательном порядке следует
предпринимать меры по минимизации риска возникновения СЦР. На этапе ввода в эксплуатацию
комплекса НБК+ объект "Укрытие" такими мерами, приемлемыми с точки зрения эффективности и
экономической целесообразности, являются:
оценка эффективности штатных систем при выполнении функций обнаружения и подавления
аварийных значений подкритичности ЯОС, а также разработка мер по повышению эффективности
этих систем;
создание экспертной системы локального мониторинга нейтронной активности и температу-
ры, а также средств подачи воды или водных растворов нейтронных поглотителей непосредственно
на доступную периферию зоны локализации ЯОС;
разработка процедур экспертной идентификации опасных подкритических аномалий нейт-
ронной активности и температуры, при обнаружении которых в процессе естественного обезвожива-
ния временной мерой будет сохранение и поддержание водного режима путем оперативной принуди-
тельной подачи воды в зону локализации;
рассмотрение возможности реализации процедуры принудительного управляемого обезвожи-
вания, которая должна обеспечивать поэтапное сокращение массовых параметров критической ком-
позиции при условии обязательного контроля нейтронной активности;
проведение расчетно-экспериментальных исследований с целью снижения неопределенностей
связанных с риском возвратной критичности и в том числе: корректировка материальной модели
ЯОС на основании доменной версии сценария образования критической композиции на последней
стадии аварии; оценки характеристик и последствий СЦР при возвратной критичности для откоррек-
тированной материальной модели ЯОС; оценка прочностных характеристик и времени удержания
системы размножающей системы до разрушения; анализ возможных механизмов гашения СЦР - де-
градация структуры среды, радиолиз воды и обезвоживание; моделирование тепло-гидравлических
процессов при уменьшении массовой доли воды и выходу системы в надкритичность.
Выводы
1. Если допускается версия, что при повторной критичности 1990 г. механизмом гашения СЦР
явилось переувлажнение размножающей среды ЯОС, то в непредсказуемом процессе обезвоживания
существует вероятность возвратной критичности, при которой СЦР будет иметь положительные тем-
пературные коэффициенты реактивности, ускоряющие разгон.
2. Для обеспечения ядерной безопасности в процессе обезвоживания ЯОС на этапе ввода
комплекса НБК+ объект "Укрытие" в эксплуатацию наименее затратной временной мерой будет реа-
лизация эффективных средств слежения, обнаружения и подавления параметров критичности путем
восстановления водного режима.
3. До этапа извлечения делящихся материалов в любом случае будет необходимо решить про-
блему доступа непосредственно к среде скопления, находящимся в помещении 305/2 и ЦЗ, так как
эффективной и гарантированной мерой обеспечения ядерной безопасности может быть только введе-
ние в зону локализации ЯОС твердых нейтронных поглотителей!
ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2017 ВИП. 28 65
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Техническая оценка применения для объекта «Укрытия» перечня нормативно-правовых актов и нормати-
вно-технических документов по ядерной и радиационной безопасности. Реферат № 023611-КНК, ГКЯРУ,
2001, 13 с.
2. Про загальні засади подальшої експлуатації і зняття з експлуатації Чорнобильської АЕС та перетворення
зруйнованого четвертого енергоблока цієї АЕС на екологічно безпечну систему / Закон України. № 309-
XIV від 11.12.1998 р // Відом. Верховної Ради України. – Офіц. вид. від 29.01.1999 р., № 4, ст. 33.
3. Про використання ядерної енергії та радіаційну безпеку / Закон України № 39/95-ВР від 08.02.1995 р. //
Відом. Верховної Ради України. – Офіц. вид. від 21.03.1995 р., № 12, ст. 81.
4. Глоссарий МАГАТЭ по вопросам безопасности. Терминология, используемая в области ядерной безопа-
сности и радиационной защиты. - Вена: МАГАТЭ, 2007. - 295 с.
5. Гражданская защита. Понятийно-терминологический словарь; под общ. ред. Ю. Л. Воробьева. - М.:
Флайст. Информ.-изд. центр «Геополитика», 2001.
6. Обеспечение ядерной безопасности объекта «Укрытие» // Отчет ПО ЧАЭС, арх. № 216 - ОУ. – Славутич,
2009.
7. Экспертное заключение на отчет «Анализ текущей безопасности объекта «Укрытие» и прогнозные оцен-
ки развития ситуации. - К.: ГНТЦ ЯРБ, 1996. - 40 с. (Объект «Укрытие», арх. № 1188 от 03.02.97.)
8. Бабенко В.А., Высотский Е.Д., Ключников А.А. и др. Модель распределения плотности потока нейтронов
в объеме топливосодержащих материалов помещения 305/2 объекта «Укрытие» // Проблеми безпеки
атомних електростанцій і Чорнобиля. – 2005. – Вип. 2. - С. 55 - 60.
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. 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.
11. Заключение экспертной комиссии о причинах аномального события помещения 304/3 объекта «Укрытие»
в июле 1990 г. / ИБРАЭ РАН. – М., 1992. - 67 с.
12. Фролов В. В. Аномальный инцидент 27 - 30 июня 1990 г. в объекте «Укрытие» Чернобыльской АЭС //
Атомная энергия. – 1996. - Т. 80, вып. 3. - С. 216 - 219.
13. Техническое обоснование ядерной безопасности объекта "Укрытие" (ТОЯБ) / ИАЭ им. И. В. Курчатова. –
Москва, 1990. – 130 с. – (Архив МНТЦ «Укрытие», № 1605).
14. Анализ текущей безопасности объекта «Укрытие» и прогнозные оценки развития ситуации: (Заключит.
отчет о НИР) / МНТЦ «Укрытие» НАН Украины; отв. исполн. А. А. Боровой – Арх. № 3836. - Чернобыль,
2001. – 337 с.
15. Модельные и экспериментальные исследования эффективности нейтронного контроля топливо-содержа-
щих материалов в зонах критмассового риска: (Заключит. отчет о НИР) / ИПБ АЭС НАН Украины. –
Инв. № 3950. - Чернобыль, 2006.
16. Исследование ядерно-физических параметров и разработка методов и способов контроля и управления
подкритичностью в зонах критмассового риска: (Заключ. отчет о НИР) / ИПБ АЭС НАН Украины. - Инв.
№ 3998. - Чернобыль, 2010. - 127 с.
17. Исследование нейтронно-физических и физико-химических характеристик ядерно-опасных скоплений и
разработка способов подавления их параметров критичности: (Заключ. отчет о НИР) / ИПБ АЭС НАН
Украины. - Инв. № 4021. - Чернобыль, 2015. - 127 с.
18. Высотский Е. Д., Михайлов А. В. Концептуальная модель «дóменной» версии образования ядерно-
опасных скоплений на 4-м блоке ЧАЭС // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. –
2013. - Вип. 21. – С. 99 - 106.
19. Дорошенко А. А., Михайлов А. В. О результатах восстановления динамики температуры ядерного топлива
4-го блока ЧАЭС на активной стадии аварии // Ядерна фізика та енергетика. – 2015. - Т. 16, № 4. – С. 352
- 361.
20. Ядерно-опасные скопления топливосодержащих материалов в объекте «Укрытие» / Е. Д. Высотский,
А. А. Ключников, А. В. Михайлов и др. // Висновки і рекомендації. Матеріали Міжнар. научн.-практ.
конф. «Двадцять п’ять років Чорнобильської катастрофи. Безпека майбутнього» (Київ, 20 - 21 квітня
2011 р.). – К.: КІМ, 2011. - Ч. 2. – С. 33 - 37.
21. Высотский Е.Д., Годун Р.Л. Нейтронная активность скоплений лавообразных топливосодержащих мате-
риалов на 4-м блоке ЧАЭС // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. - 2015. - Вип. 25. -
С. 108 – 114.
Е. Д. ВЫСОТСКИЙ, Р. Л. ГОДУН, А. А. ДОРОШЕНКО, В. А. КРАСНОВ
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2017 ВИП. 28 66
22. Шостак В. Б., Щербин В. Н., Олейник Е. Е. Определение величин параметров модели, описывающей
ядерноопасное скопление топливосодержащих материалов в объекте «Укрытие» // Проблеми безпеки
атомних електростанцій і Чорнобиля. – 2014. – Вип. 22. – С. 98 - 110.
23. Бабенко В. О., Павлович В. М. Изучение возможности возникновения, развития и свойств самоподдержи-
вающейся цепной ядерной реакции в топливосодержащих массах объекта «Укрытие» // Щоріч. наук.
конф. Ін-ту ядерних дослідж. НАН України, 1 - 5 лютого 2016 р., Київ, ІЯД НАН України.
Є. Д. Висотський, Р. Л. Годун, А. О. Дорошенко, В. О. Краснов
Інститут проблем безпеки АЕС НАН України, вул. Кірова, 36а, Чорнобиль, 07270, Україна
ЯДЕРНА БЕЗПЕКА ПРИ ЛІКВІДАЦІЇ НАСЛІДКІВ ВАЖКОЇ АВАРІЇ НА ЧАЕС
Наводиться визначення ядерної безпеки як гарантії відсутності або виключення можливості виникнен-
ня критичності. Показано, що джерелом ядерної небезпеки на об'єкті "Укриття" є скупчення паливовмісних
матеріалів із можливо критичною перезволоженою композицією, гарантія збереження підкритичності якої у
процесі зневоднення штатними системами об'єкта не забезпечується. Запропоновано першочергові заходи міні-
мізації ризиків виникнення самопідтримуючої ланцюгової реакції в ядерно-небезпечному скупченні при втраті
води в умовах нового безпечного конфайнмента.
Ключові слова: ядерна безпека, паливовмісні матеріали, критичність.
Ye. D. Vysotskij, R. L. Godun, A. A. Doroshenko, V. A. Krasnov
Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants NAS of Ukraine, Kirova str., 36a, Chornobyl, 07270, Ukraine
NUCLEAR SAFETY DURING THE ELIMINATION OF THE SEVERE CONSEQUENCES
OF THE CHERNOBYL ACCIDENT
We present the definition of nuclear security as a guarantee of the absence or exclusion of the possibility of
criticality. It is shown that the source of nuclear danger in the object "Ukrytiya" (UO) is the cluster of fuel-containing
materials with the opportunity of critically overmoistened composition. The preservation guarantee of subcriticality
during dehydration by UO systems is not ensured. We propose priority measures to minimize the risks of self-sustained
chain reaction in the dangerous nuclear cluster during the loss of water in the conditions of the New Safe Confinement.
Keywords: nuclear safety, fuel-containing materials, criticality.
REFERENCES
1. Technical evaluation of use the list of regulatory acts and technological normative documents on nuclear and
radiation safety for the ―Ukrytie‖ object. Essay No. 023611-KNK, GKYaRU, 2001, 13 p. (Rus)
2. On general principles of further operation and decommissioning the Chornobyl NPP and transformation of the
removed Unit4 of this NPP into the ecologically safe system / Law of Ukraine. No 309-XIV dated 11.12.1998. //
Vіdomosti Verkhovnoі Radу Ukrainу. – 1999. - № 4. - P. 33. (Ukr)
3. On Nuclear Energy and Radiation Safety / Law of Ukraine № 39/95-VR dated 08.02.1995 // Vіdomosti
Verkhovnoі Radу Ukrainу. - 1995. - № 12. – P. 81. (Ukr)
4. IAEA Safety Glossary.Terminology Used in Nuclear Safety and Radiation Protection. - Vena: IAEA, 2007. - 295
p. (Rus)
5. Civil protection. Terminological dictionary; ed. Yu. L. Vorob'eva. - Moskva: Flajst. Inform.-izd. centr «Geo-
politika», 2001. (Rus)
6. Nuclear safety ensure of the «Ukrytie» object // Report ChNPP, arh. No 216 - OU. - Slavutich, 2009. (Rus)
7. Expert opinion for report «Analysis for technical safety of «Ukrytie» object and predictive assessments of the
situation. Kiev: SSTC NRS, 1996. - 40 p. - (OU arh. No. 1188 dated 03.02.97). (Rus)
8. Babenko V.A., Vysotskij E.D., Klyuchnikov A.A. et al. Model of neuron flux density distribution in the volume of
fuel-containing materials in premise 305/2 of «Ukrytie» object // Problemy bezpeky atomnykh electrostantsiy i
Chornobylya (Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). - 2005. - Iss. 2. - P. 55 - 60. (Rus)
9. Vysotskij E.D., Klyuchnikov A.A., Krasnov V.A. Localization of nuclear-hazardous fuel-containing materials //
Problemy bezpeky atomnykh electrostantsiy i Chornobylya (Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of
Chornobyl). - 2007. - Iss. 7. - P. 66 - 75. (Rus)
10. Vysotskij E.D., Klyuchnikov A.A., Scherbin V.N., Shostak V.B. Neutron-physical characteristics of nuclear-
hazardous clusters in fuel-containing materials // Problemy bezpeky atomnykh electrostantsiy i Chornobylya
(Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). - 2009. - Iss. 12. - P. 93 - 102. (Rus)
ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ
____________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2017 ВИП. 28 67
11. Opinion of the expert commission on the causes of the anomalous event in premise 304/3 of «Ukrytie» object in
July 1990 / NSI RAS. - Moskva, 1992. - 67 p. (Rus)
12. Frolov V.V. Anomalous incident 27 – 30, June 1990 in the «Ukrytie» object at Chernobyl NPP // Atomnaya
energiya. - 1996. - T. 80. - Iss. 3. - P. 216 - 219. (Rus)
13. Technical justification for nuclear safety of «Ukrytie» object (TJNS) / Kurchatov Institute of Atomic Energy. -
Moskva, 1990. - 130 p. - (Arh. ISTC «Ukrytie», No. 1605). (Rus)
14. Analysis for technical safety of «Ukrytie» object and predictive assessments of the situation: Research Report
(final) / ISTC «Ukrytie» NAS of Ukraine; respons. executor A. A. Borovoj - Arh. No. 3836. - Chеrnobyl, 2001. -
337 p. (Rus)
15. Simulation study and pilot researches of neutron control efficiency of the fuel-containing materials at areas with
critical mass risk // Research Report (final) / ISP NPP NAS of Ukraine. - Inv. № 3950. – Chеrnobyl, 2006. (Rus)
16. Study of nuclear physical parameters and development of approaches and methods of control and management the
subcriticality at areas with critical mass risk // Research Report (final) / ISP NPP NAS of Ukraine. - Inv. No.
3998. - Chernobyl, 2010. - 127 p. (Rus)
17. Study of neutron-physical and physicochemical parameters of nuclear dangerous accumulations and development
of techniques of suppression of their criticality parameters // Research Report (final) / ISP NPP NAS of Ukraine. -
Inv. No. 4021. - Chernobyl, 2015. - 127 p. (Rus)
18. Vysotskij E.D., Mihajlov A.V. Conceptual model of «blast-furnace» version of the nuclear dangerous accumula-
tions’ generation in the Unit 4 of ChNPP // Problemy bezpeky atomnykh electrostantsiy i Chornobylya (Problems
of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). - 2013. - Iss. 21. - P. 99 - 106. (Rus)
19. Doroshenko A.A., Mihajlov A.V. On the results of restoring the dynamics of the temperature of nuclear fuel of the
Unit 4 ChNPP in the active phase of the accident // Yaderna fіzika ta energetika. – 2015. - Vol. 16, № 4. - P. 352 -
361. (Rus)
20. Nuclear dangerous accumulations of fuel-containing materials in the «Ukrytie» object / E. D. Vysotskij, A. A.
Klyuchnikov, A. V. Mihajlov et al. // Resumes and recommendations. Materials of International theoretical and
practical conference «Twenty five years of Chornobyl catastrophe. Safety of future» (Kyіv, 20 - 21 April, 2011). -
Kyiv: KІM, 2011. - Part 2. - P. 33 - 37. (Rus)
21. Vysotskij E.D., Godun R.L. Neutron activity of lava-like accumulations of fuel-containing materials in the Unit 4
ChNPP // Problemy bezpeky atomnykh electrostantsiy i Chornobylya (Problems of Nuclear Power Plants' Safety
and of Chornobyl). - 2015. - Iss. 25. - P. 108 - 114. (Rus)
22. Shostak V.B., Scherbin V.N., Olejnik Eu.Eu. Determination of values parameters of the model describing the nu-
clear-dangerous accumulation of fuel-containing materials in the «Ukrytie» object // Problemy bezpeky atomnykh
electrostantsiy i Chornobylya (Problems of Nuclear Power Plants' Safety and of Chornobyl). - 2014. - Iss. 22. -
P. 98 - 110. (Rus)
23. Babenko V.O., Pavlovich V.M. Study the possibility of the emergence, development and properties of a self-
sustaining chain reaction in fuel-containing mass of the «Ukryttya» object // Annual scientific conference of Insti-
tute for Nuclear Research NAS of Ukraine, 1 - 5 Feb. 2016, Kyіv, INR NAS of Ukraine. (Ukr)
Надійшла 20.02.2017
Received 20.02.2017
|