§2 Авария на чаэс.

2.1. Устройство чаэс (краткая характеристика).

К апрелю 1986г. на ЧАЭС работали 4 блока. Каждый блок состоит из ядерного реактора РБМК-100 (реактор большой мощности канальный) и двух турбин с электрогенераторами по 500 МВт (т.е. каждый блок вырабатывает 1000 МВт электроэнергии). Мощность выделения тепла в реакторе 3200 МВт. Отсюда КПД блока -- 31%. РБМК-100 – реактор на тепловых нейтронах. Замедлитель – графит. Теплоноситель – H₂O.

Активная зона РБМК-цилиндр диаметром 11,8м и высотой 7м, заполненный графитовыми блоками объемом (25 х 25х 60) см³. В центре каждого блока-отверстие. Эти отверстия формируют цилиндрические каналы для теплоносителя и кассет с ядерным топливом. Общая масса графита в активной зоне 1850 тонн. Активная зона окружена отражателем толщиной около 1м (состоит из таких же графитовых блоков, но без отверстий). Графитовый слой окружен стальным баком с водой, который играет роль биологической защиты. Графит опирается на плиту из металлоконструкций, а сверху закрыт другой подобной плитой, на которую для защиты от излучения положили дополнительный настил.

В 1661 каналах с теплоносителем размещены кассеты с 36-ю ТВЭЛами (тепловыделяющими элементами), которые представляют собой пустотелые цилиндры из циркония с примесью 1% ниобия длиной около 3,5м и диаметром 1,36см. В ТВЭЛы помещают таблетки (200 шт.) спеченной двуокиси урана диаметром 1см и высотой 1,5см, которые и являются ядерным топливом. Содержание в таблетках~2% (выше в 3 раза естественного содержания его в урановой массе). Общая масса урана в реакторе – 190тонн. В других 211 каналах перемещаются стержни – поглотители нейтронов. Каналы со стержнями – поглотителями охлаждаются водой независимого контура.

Вода в системе охлаждения циркулирует под давлением 70 атмосфер (при таком давлении температура кипения воды ровна 284 ^оС). Воду подают главные циркуляционные насосы (ГЦН). Проходя через активную зону, Н₂О вскипает и смесь состоит на 14% из пара и 86% из воды. Эта смесь поступает в четыре барабана – сепаратора (горизонтальные цилиндры из стали длинной 30м и диаметром 2,6м). В них вода стекает вниз, а пар по паропроводам подается на две турбины. Остывая после прохождения через турбину, пар конденсируется в воду температурой 165^оС. Эта питательная вода подается насосами снова в барабаны–сепараторы, где смешивается с горячей водой из реактора, охлаждает ее до 270^оС и поступает вместе с ней на вход ГЦН. Таким образом, теплоноситель циркулирует по замкнутому контуру (изображено на рис.1).

В состав каждого энергоблока входят: система управления и защиты, регулирующая мощность цепной реакции, системы обеспечения безопасности (система аварийного охлаждения реактора – САОР, предотвращающая плавление оболочек ТВЭЛов и попадание радиоактивных частиц в воду и др.).

Рис.1. Циркуляция теплоносителя в РБМК-1000.

Т-турбина; Н-насос; ГЦН - главный циркуляционный насос; Б--С – барабан - сепаратор.

2.2 Физика ядерного реактора.

2.2.А Некоторые свойства частиц, из которых состоит атом и его ядро.

Рис 2.

Табл. 1

частица	заряд	спин, ħ	масса, (mc2), МэВ	Время жизни
p	+e	½	938,272	>1032лет
n	0	½	939,565	887±2 с
e	-e	½	0,511	> 4,2*1024 лет

Из двухпараметрического распределения плотности заряда в ядре следует, что радиус ядра (радиус полуплотности)R=(1,2A^1/3-0,5) Фм.

Для ядер с A>20R≈1,2A^1/3Фм. Параметр а связан с толщиной поверхностного слояtсоотношениемt=(4ln3)a≈4,4a. Опыт показывает, чтоtпримерно одна и та же для всех ядер:t≈2,4 Фм (а≈0,55 Фм).

Для протона ρ(r)=ρ(0)e^-r/a; где а=0,23 Фм;ρ(0)=3 е/Фм³.

Среднеквадратичный радиус протона, учитывая, что заряд, сосредоточенный в шаровом слое единичной толщины, равен 4πr²ρ(r):

Размер нейтрона примерно такой же. В нейтроне центральная область заряжена положительно, а область r>0,7 Фм – отрицательно (Рис. 4):

Рис.4.Распределение заряда в нуклонах

При этом суммарный по всему объёму нейтрона заряд равен нулю.

Зарядовая структура нейтрона и протона объясняется их кварковым составом. Протон состоит из двух u-кварков и одногоd-кварка, а нейтрон – из двухd-кварков и одногоu-кварка. Масса (mc²) в составе адронаm_{u-кварка}=m_{d-кварка}≈0,33ГэВ. Пленение («склеивание» глюонами) кварков в адроне (нуклоне) называют конфайнментом. Кварки вместе с лептонами (< 10^-16см) называют фундаментальными фермионами (у них полуцелый спин). В группу лептонов входит электрон, мюон со временем жизниt_ж~2,2*10^-6с [МэВ], таон [t_ж~2,9*10^-13с;МэВ], электронное нейтрино [эВ], мюонное нейтрино [МэВ и таонное нейтрино [МэВ]. Из них состоят все более крупные объекты: адроны, ядра, атомы, молекулы и т.д., т.е. наш мир можно свести к фундаментальным фермионам, взаимодействующим путём обмена фундаментальными бозонами (фотонами, глюонами,w- иz- бозонами). 12 фермионов подразделяются на 3 группы, которые называют поколениями. В каждом из поколений 2 кварка и 2 лептона (Табл 2).

Табл. 2

Поколения		1	2	3	заряд
кварки	верхние	u	c	T	+2/3e
	нижние	d	s	b	-1/3e
лептоны	нейтрино	νe	νμ	ντ	0
	заряженные	e	μ	τ	-e

Протоны (как и электроны, γ-кванты, нейтрино) – стабильные частицы. Нейтроны стабильны только в составе ядра. Свободные нейтроны относительно быстро распадаются (табл 1):n→p+e^-+ΰ_e, причём протон, электрон и электронное антинейтрино характеризуют распадd-кварков.

Исследования по глубоконеупругому рассеянию лептонов на нуклонах показали, что нуклоны состоят из трёх валентных кварков, виртуальных «морских» кварков/антикварков и глюонов (как из фотонов и w-, иz-бозонов, у нихs=1, а масса покоя, как и у фотонов, равна 0, но радиус взаимодействия ~10^-13см, тогда как у фотонов он стремится к бесконечности, а уw- иz-бозонов ~10^-16см,mW^±(mc²) =80,42ГэВ иmZ(mc²)=91,19ГэВ. Доли внутреннего импульса протона распределяются среди этих типов партонов (точечные объекты с диаметром<10^-16см, в которых сосредоточена вся масса или внутренняя энергия нуклона) следующим образом: доля импульса протона, приходящаяся наu-кварки и антикварки ε_u=0,36; доля наd-кварки (и антикварки) ε_d=0,18; а доля на глюоны ε_g=0,46. Т.о. ≈50% массы протона, приходится на глюоны. Для нейтронов, по-видимому, ε_d=0,36, ε_u=0,18, ε_g=0,46.