Les scientifiques suédois sont arrivés à la conclusion qu'une faible explosion nucléaire s'est produite lors de l'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl. Les experts ont analysé l'évolution la plus probable des réactions nucléaires dans le réacteur et simulé les conditions météorologiques de propagation des produits de fission. "Lenta.ru" raconte un article de chercheurs publié dans la revue Nuclear Technology.
L'accident de la centrale nucléaire de Tchernobyl s'est produit le 26 avril 1986. La catastrophe a menacé le développement de l'énergie nucléaire dans le monde. Une zone d'exclusion de 30 kilomètres a été créée autour de la gare. Les retombées radioactives sont même tombées dans la région de Leningrad, et des isotopes de césium ont été trouvés à des concentrations accrues dans la viande de lichen et de cerf dans les régions arctiques de la Russie.
Il existe différentes versions des causes de la catastrophe. Le plus souvent, ils indiquent les mauvaises actions du personnel de la centrale nucléaire de Tchernobyl, qui ont conduit à l'inflammation de l'hydrogène et à la destruction du réacteur. Cependant, certains scientifiques pensent qu'il y a eu une véritable explosion nucléaire.
Enfer bouillant
Une réaction nucléaire en chaîne est maintenue dans un réacteur atomique. Le noyau d'un atome lourd, par exemple l'uranium, entre en collision avec un neutron, devient instable et se désintègre en deux noyaux plus petits - des produits de désintégration. Au cours du processus de fission, de l'énergie et deux ou trois neutrons libres rapides sont libérés, qui à leur tour provoquent la désintégration d'autres noyaux d'uranium dans le combustible nucléaire. Le nombre de désintégrations augmente donc de façon exponentielle, mais la réaction en chaîne à l'intérieur du réacteur est contrôlée pour éviter une explosion nucléaire.
Dans les réacteurs nucléaires thermiques, les neutrons rapides ne conviennent pas pour exciter des atomes lourds, leur énergie cinétique est donc réduite à l'aide d'un modérateur. Les neutrons lents, appelés neutrons thermiques, sont plus susceptibles de provoquer la désintégration des atomes d'uranium 235 utilisés comme combustible. Dans de tels cas, on parle d'une section efficace élevée pour l'interaction des noyaux d'uranium avec les neutrons. Les neutrons thermiques eux-mêmes sont appelés ainsi parce qu'ils sont en équilibre thermodynamique avec l'environnement.
Le cœur de la centrale nucléaire de Tchernobyl était le réacteur RBMK-1000 (un réacteur à canal de grande puissance d'une capacité de 1000 mégawatts). En gros, c'est un cylindre en graphite avec de nombreux trous (canaux). Le graphite joue le rôle de modérateur et le combustible nucléaire est chargé dans les éléments combustibles (barres de combustible) par les canaux technologiques. Les barres de combustible sont en zirconium, un métal avec une très petite section efficace de capture de neutrons. Ils laissent passer les neutrons et la chaleur, ce qui chauffe le liquide de refroidissement, évitant ainsi les fuites de produits de désintégration. Les crayons combustibles peuvent être combinés en assemblages combustibles (FA). Les éléments combustibles sont caractéristiques des réacteurs nucléaires hétérogènes dans lesquels le modérateur est séparé du combustible.
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RBMK est un réacteur à boucle unique. L'eau est utilisée comme caloporteur, qui se transforme partiellement en vapeur. Le mélange vapeur-eau entre dans les séparateurs, où la vapeur est séparée de l'eau et envoyée aux turbogénérateurs. La vapeur usée est condensée et rentre dans le réacteur.
Couvercle du réacteur RBMK
Il y avait une faille dans la conception du RBMK, qui a joué un rôle fatal dans la catastrophe de la centrale nucléaire de Tchernobyl. Le fait est que la distance entre les canaux était trop grande et que trop de neutrons rapides étaient inhibés par le graphite, se transformant en neutrons thermiques. Ils sont bien absorbés par l'eau, mais des bulles de vapeur s'y forment constamment, ce qui réduit les caractéristiques d'absorption du caloporteur. En conséquence, la réactivité augmente, l'eau se réchauffe encore plus. Autrement dit, RBMK se distingue par un coefficient de réactivité à la vapeur suffisamment élevé, ce qui complique le contrôle au cours d'une réaction nucléaire. Le réacteur doit être équipé de systèmes de sûreté supplémentaires; seul un personnel hautement qualifié doit y travailler.
Bois de chauffage cassé
Le 25 avril 1986, un arrêt de la quatrième unité de puissance était prévu à la centrale nucléaire de Tchernobyl pour des réparations programmées et une expérience. Des experts de l'Institut de recherche Hydroproject ont proposé une méthode d'alimentation de secours des pompes de la station utilisant l'énergie cinétique d'un turbogénérateur tournant par inertie. Cela permettrait, même en cas de panne de courant, de maintenir la circulation du liquide de refroidissement dans le circuit jusqu'à la mise sous tension de l'alimentation de secours.
Selon le plan, l'expérience devait commencer lorsque la puissance thermique du réacteur est tombée à 700 mégawatts. La puissance a été réduite de 50 pour cent (1600 mégawatts) et le processus d'arrêt du réacteur a été reporté d'environ neuf heures à la demande de Kiev. Dès que la baisse de puissance a repris, elle est tombée de manière inattendue à presque zéro en raison d'actions erronées du personnel de la centrale nucléaire et de l'empoisonnement au xénon du réacteur - l'accumulation de l'isotope xénon-135, qui réduit la réactivité. Pour faire face à ce problème soudain, les barres d'absorption de neutrons de secours ont été retirées du RBMK, mais la puissance n'a pas dépassé 200 mégawatts. Malgré le fonctionnement instable du réacteur, l'expérience a commencé à 01:23:04.
Schéma du réacteur ChNPP
L'introduction de pompes supplémentaires a augmenté la charge sur le turbogénérateur, ce qui a réduit le volume d'eau entrant dans le cœur du réacteur. Associé à la réactivité élevée de la vapeur, cela a rapidement augmenté la puissance du réacteur. La tentative d'introduire des tiges absorbantes en raison de leur mauvaise conception n'a fait qu'empirer la situation. À peine 43 secondes après le début de l'expérience, le réacteur s'est effondré à la suite d'une ou deux explosions puissantes.
Se termine dans l'eau
Des témoins oculaires affirment que la quatrième unité de puissance de la centrale nucléaire a été détruite par deux explosions: la seconde, la plus puissante, s'est produite quelques secondes après la première. On pense que l'urgence est survenue à la suite d'un éclatement de tuyaux dans le système de refroidissement causé par l'évaporation rapide de l'eau. L'eau ou la vapeur ont réagi avec le zirconium dans les piles à combustible, provoquant la formation et l'explosion de grandes quantités d'hydrogène.
Les scientifiques suédois pensent que deux mécanismes différents ont conduit aux explosions, dont l'un était nucléaire. Premièrement, le coefficient de réactivité à la vapeur élevé a augmenté le volume de vapeur surchauffée à l'intérieur du réacteur. En conséquence, le réacteur a éclaté et son couvercle supérieur de 2000 tonnes a volé sur plusieurs dizaines de mètres. Comme les éléments combustibles y étaient attachés, il y avait une fuite primaire de combustible nucléaire.
La 4ème unité d'alimentation détruite du ChNPP
Deuxièmement, l'abaissement d'urgence des tiges d'absorbeur a conduit à ce qu'on appelle «l'effet final». Sur le Tchernobyl RBMK-1000, les tiges se composaient de deux parties - un absorbeur de neutrons et un déplaceur d'eau en graphite. Lorsque la tige est introduite dans le cœur du réacteur, le graphite remplace l'eau absorbant les neutrons dans la partie inférieure des canaux, ce qui ne fait qu'augmenter le coefficient de réactivité de la vapeur. Le nombre de neutrons thermiques augmente et la réaction en chaîne devient incontrôlable. Une petite explosion nucléaire se produit. Les flux de produits de fission, avant même la destruction du réacteur, ont pénétré dans le hall, puis - à travers le toit mince de la centrale électrique - sont entrés dans l'atmosphère.
Pour la première fois, des experts ont commencé à parler de la nature nucléaire de l'explosion en 1986. Ensuite, des scientifiques du Khlopin Radium Institute ont analysé les fractions de gaz nobles obtenues à l'usine Cherepovets, où de l'azote liquide et de l'oxygène étaient produits. Cherepovets est situé à mille kilomètres au nord de Tchernobyl, et un nuage radioactif est passé au-dessus de la ville le 29 avril. Des chercheurs soviétiques ont découvert que le rapport des activités des isotopes 133Xe et 133mXe était de 44,5 ± 5,5. Ces isotopes sont des produits de fission à vie courte, indiquant une faible explosion nucléaire.
Des scientifiques suédois ont calculé la quantité de xénon formée dans le réacteur avant l'explosion, pendant l'explosion, et comment les ratios d'isotopes radioactifs ont évolué jusqu'à leurs retombées dans Cherepovets. Il s'est avéré que le ratio de réactivités observé à la centrale pouvait survenir en cas d'explosion nucléaire d'une capacité de 75 tonnes en équivalent TNT. Selon l'analyse des conditions météorologiques pour la période du 25 avril au 5 mai 1986, les isotopes du xénon ont atteint une hauteur allant jusqu'à trois kilomètres, ce qui a empêché son mélange avec le xénon qui s'était formé dans le réacteur avant l'accident.