ГЛАВА 2
АНАЛИЗ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОГЕННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ УРАНА СЛОЖНОЙ ФОРМЫ НА ПРИМЕРЕ РАЗРУШЕННОГО ЭНЕРГОБЛОКА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
2.1. Анализ минералогических форм распространения диоксида урана в техногенном месторождении аварийного энергоблока
Исследования ядерного топлива объекта "Укрытие" начали проводиться сразу же после аварии с 1986 г. До аварии ядерное топливо размещалось в четырех местах реакторного отделения 4-го энергоблока ЧАЭС - в активной зоне реактора, в бассейне выдержки кассет с отработанным топливом; на узле подготовки топливных кассет в центральном зале, в помещении подготовки нового топлива. На момент аварии в активной зоне (АЗ) реактора находилось 1659 тепловыделяющих сборок (ТВС), большая часть которых представляла собой ТВС первой загрузки с выгоранием 11 - 15 МВт?сут/кг урана (среднее выгорание по зоне составляло 10,9 МВт?сут/кг урана). Масса урана в одной ТВС ~ 114,7кг. Таким образом, на момент аварии в активной зоне реактора находилось примерно: 114,7•1659 = 190287,3 кг урана. Ядерное топливо в твэлах состоит из таблеток диоксида урана (UO2). Масса UO2 в одном твэле 3,6145 кг. Топливная кассета состоит из двух сборок, по 18 твэлов в каждой. Таким образом, ядерного топлива в виде UO2 в АЗ реактора на момент аварии находилось примерно: 3,6145•18•2•1659 = 215872.14 кг, которое размещалось в четырех местах этого отделения: активной зоне ядерного реактора РМБК - 1000, в бассейне выдержки кассет с отработавшим ядерным топливом, на узле подготовки топливных кассет в центральном зале, в помещении подготовки свежего топлива. Приблизительное количественное распределение ядерного топлива перед аварией приведено в табл. 2.1 [10].
На рис. 2.1. изображен схематический разрез реакторного отделения 4-го энергоблока ЧАЭС до аварии [10].
Таблица 2.1
Расположение и количество ядерного топлива в помещениях реакторного отделения блока № 4 перед аварией
Помещение Технологическое назначение помещения Количество ядерного топлива по урану, т 504/2 Шахта реактора 190,3505/3 Южный бассейн выдержки кассет 14,8 914/2 Центральный зал 5,5 503/2 Помещение подготовки свежего топлива *4,1 Всего 214,7* - ядерное топливо из помещения подготовки (помещение 503/2) было вывезено в 1986 г. (после аварии) на склад свежего топлива ЧАЭС.
Точное количество ЯТ в активной зоне может быть восстановлено суммированием массы UO2 каждой ТВС по данным сертификатов хранящихся в ОЯРБ (отделение ядерной и радиационной безопасности Межотраслевого научно-технического центра "Укрытие").
За время прошедшее с момента аварии, на основании результатов исследований, которые осуществляются совместными усилиями специалистов РНЦ "Курчатовский институт" и начиная с 1991г. Межотраслевого научно-технического центра "Укрытие" при НАНУ (МНТЦ "Укрытие"), удалось установить приблизительную количественную и качественную характеристики размещения топливо содержащих масс (ТСМ), оставшихся в объекте "Укрытие".
Исследования, проводимые на объекте "Укрытие" достаточно условно можно разделить на два типа. К первому типу относят постоянный мониторинг, цель которого контролировать динамику процессов и осуществлять регламентные работы - контролировать плотность нейтронных потоков, мощность экспозиционной дозы облучения, колебания температурного поля от найденных нагромождений ТСМ внутри объекта.
Рис. 2.1. Схематический разрез реакторного отделения 4-го блока:
1 - реактор; 2 - тракты технологических каналов; 3 - пароводяные коммуникации; 4 - барабан-сепаратор; 5 - паровые коллекторы; 6 - опускные трубопроводы; 7 - главные циркуляционные насосы; 8 - раздаточные групповые коллекторы; 9 - водяные коммуникации; 10 - система КГО ТВЭЛ; 11 - верхняя биологическая защита; 12 - боковая биологическая защита; 13 - нижняя биологическая защита; 14 - бассейн выдержки; 15 - разгрузочно-загрузочная машина; 16 - мостовой кран.
Ко второму типу исследований относят работы, которые выполняются согласно специальных программ направленных на дальнейшее, более глубокое, изучение объекта "Укрытие" и его возможную трансформацию в экологически безопасную зону.
Среди главных направлений регламентных исследований МНТЦ "Укрытие" выделяют исследования по ТСМ, воде, находящейся внутри объекта, распространению радиоактивных аэрозолей из объекта "Укрытие" в окружающую среду, загрязнению воздуха и грунтовых вод на площадке объекта. Основные результаты многолетних регламентных исследований отражены в работах [10-17, 19-31, 34, 36, 37], а также в статьях электронного ресурса размещенного в Интернете на сайте [18].По состоянию на данный момент ТСМ в объекте "Укрытие" определены в виде следующих форм:
1. Фрагменты активной зоны - топливо в виде таблеток диоксида урана UO2, большая часть которых, как предполагается, выброшена при взрыве на верхние этажи блока, в частности в центральный зал.
2. Мелкодисперсное топливо (пыль) - горячие топливные частички. Размеры частичек изменяются от долей микрона до сотен микронов, обнаруженные во всех помещениях объекта "Укрытие" и в образцах грунта ближней и дальней зон.
3. Застывшие лавообразные топливо содержащие массы (ЛТСМ), образовавшиеся во время активной стадии аварии(26.04.86 г.- 06.05.86 г.) при высокотемпературном взаимодействии топлива с конструкционными материалами энергоблока и частично материалами засыпки, попавшими в очаг аварии при ее ликвидации.
4. Растворенные в воде формы урана, плутония, америция, находящиеся в нижних помещениях объекта "Укрытие", образовавшиеся в результате разрушения разных модификаций топлива под действием многих факторов, главным из которых является вода, проникающая в объект "Укрытие".
По самым осторожным оценкам специалистов общее количество топлива разрушенного реактора, оставшегося в объекте "Укрытие", составляет более 125т по урану, другая оценка ~ 150 т. На площадке под слоем гравия, песка, бетона, находится ~ 0,75 т топлива. Значительное количество еще не