Оцінка можливості виникнення критичності у великому вертикальному потоці паливовмісних матеріалів на об’єкті «Укриття»

Анотація

Після встановлення аркової конструкції нового безпечного конфайнменту в проєктне положення над об’єктом «Укриття» наприкінці 2016 року припинився доступ атмосферних опадів до внутрішнього простору цієї споруди. Це суттєво змінило температурно-вологісний режим усередині об’єкта «Укриття», що, зі свого боку, вплинуло на умови зберігання паливовмісних матеріалів, які містяться в межах зруйнованого 4-го енергоблока Чорнобильської атомної електростанції.

Зокрема, одним із потенційно небезпечних скупчень паливовмісних матеріалів є великий вертикальний потік лавоподібних паливовмісних матеріалів, що розташований у межах 4-го пароскидного клапана реакторної установки. У 2019 році в цьому скупченні паливовмісних матеріалів спостерігалося 1,5-кратне зростання щільності потоку нейтронів, що викликало підвищений інтерес серед дослідників та дискусії щодо можливих ризиків критичності цього скупчення паливовмісних матеріалів. Враховуючи це, виникла необхідність у проведенні комплексного аналізу нейтронно-фізичних характеристик зазначеного скупчення паливовмісних матеріалів та оцінки ймовірності досягнення критичності в реальних умовах.

У цьому дослідженні було проведено моделювання скупчення паливовмісних матеріалів, що знаходиться у 4-му пароскидному клапані, з урахуванням сучасних даних про їх фізичний, хімічний та ізотопний склад. Особливу увагу було приділено визначенню мінімальної масової частки урану, необхідної для досягнення критичної маси коричневими лавоподібними паливовмісними матеріалами у межах 4-го пароскидного клапана.

Для цього було виконано аналіз динаміки щільності потоку нейтронів, зареєстрованої блоком детектування системи контролю ядерної безпеки. Цей детектор встановлений безпосередньо в середовищі розмноження нейтронів паливовмісних матеріалів, що знаходяться у межах 4-го парового скидного клапана.

Результати дослідження охоплюють як експериментальні спостереження, так і дані, отримані за допомогою математичного й фізичного моделювання. Було встановлено, що динаміка змін щільності потоку нейтронів значною мірою залежить від температурно-вологісного режиму всередині об’єкта «Укриття» після завершення встановлення та введення в експлуатацію нового безпечного конфайнменту.

На основі отриманих результатів було зроблено висновок, що за поточних умов імовірність досягнення критичності в межах 4-го парового скидного клапана є малоймовірною. Отримані дані можуть бути використані для подальшої розробки стратегій довгострокового контролю за станом паливовмісних матеріалів у межах об’єкта «Укриття» та оцінки можливих ризиків у майбутньому.