Четвертый энергоблок Чернобыльской АЭС, взорвавшийся более 35 лет назад, сегодня укрыт уже двумя саркофагами: объектом «Укрытие», строившимся первыми ликвидаторами, и Новым безопасным конфайнментом (НБК), достроенным три года назад. О состоянии остатков ядерного топлива в руинах реактора можно судить только по данным с радиационных датчиков.
В начале мая журнал Science сообщил, что в четвертом реакторном зале ЧАЭС вновь активизировались реакции распада. Спустя неделю Институт проблем безопасности атомных электростанций НАН Украины подтвердил, что в одном из подреакторных помещений наблюдается рост плотности потока нейтронов, который, однако, не превышает установленных пределов безопасности. Что происходит?
По словам сотрудников Института, Анатолия Дорошенко и Максима Савельева, поток нейтронов в остатках реактора медленно растет, что подчеркивает «риск инцидентов». Эти данные частично совпадают с выводами публикации в журнале Вопросы атомной науки и техники 2020 года, одним из авторов которой является Дорошенко. С 2016 по 2019 год несколько измерительных приборов системы контроля ядерной безопасности в «Укрытии» показали увеличение плотности нейтронного потока на 60%.
Откуда же взялись нейтроны в этом «остывшем» месте катастрофы? Нейтроны способны вызывать деление ядер урана-235 и плутония-239, что может привести к возникновению самоподдерживающейся цепной реакции — явлению крайне опасному. В ходе аварии на 4 блоке ЧАЭС, менее половины загруженного в реактор топлива осталось в здании в виде лаваподобных топливосодержащих материалов (ЛТСМ). Уран, плутоний, америций и нептуний в этой застывшей массе продолжают распадаться, производя нейтроны.
В конце 90-х годов количество нейтронов в «Укрытии» оценивалось в 10 штук в секунду — в триллион раз меньше, чем в работающем реакторе. Ожидалось, что распад радиоактивных веществ приведет к снижению нейтронного потока, однако недавние данные показывают обратное. Измерительные приборы, установленные в скважинах, пробуренных в завалах, показывают рост плотности нейтронов.
Однако, как отмечают исследователи, точность данных о росте нейтронного потока может быть низкой из-за экранирования и влияния других источников нейтронов.
Что происходит в ЛТСМ? Атомный реактор — это устройство для размножения нейтронов, использующихся для извлечения ядерной энергии. Для самоподдерживающейся цепной реакции необходимо организовать определенную геометрию материалов. Для ЛТСМ в «Укрытии» расчеты показывают, что нужно уменьшить поглощение нейтронов как минимум в 2,5 раза. Однако такие изменения в самой керамике происходить не могут.
На ситуацию влияет накопление воды, которая продолжает поступать в руины. После сооружения «Укрытия» дождевых и талых вод стало меньше, а изменения нейтронной активности стали сезонными: сухие периоды сопровождались ростом плотности потока нейтронов, а влажные — наоборот. С этим изменением следует учитывать, что вода одновременно является и замедлителем, и поглотителем нейтронов.
С середины 2010-х, когда был построен НБК, поступление воды в остатки энергоблока резко сократилось. При этом существует «оптимальная точка увлажнения», где нарастание количества нейтронов достигает максимума, что объясняет недавний прирост.
Вода, поглощая нейтроны, может влиять на вероятность деления. При изменениях в условиях, возможно, существуют риски возникновения самопроизвольной цепной реакции. История работы с делящимися материалами знает такие случаи — примеры аварий можно найти в разное время и в разных местах.
Что будет, если цепная реакция действительно запустится? В случае возникновения такой реакции нейтронный поток начнет экспоненциально расти, что может привести к быстрому прогреву топливного материала. Весь процесс займет не более секунды, но будет заметен только приборам наблюдения. Затем «очнувшийся» материал остынет, и цикл может повториться, пока вода не станет недостаточной для замедления нейтронов.
В случае с ЛТСМ в объеме НБК теоретически должна была вырасти концентрация радиоактивных аэрозолей, однако прямые данные по этому поводу отсутствуют. Важно отметить, что сценарий с развитием цепной реакции остается лишь гипотетическим.
Исследователи, судя по всему, хорошо осведомлены об угрозах, связанных с остатками четвертого энергоблока, и о барьерах, сохраняющих безопасность. Рост нейтронного потока предсказан расчетами и не указывает на увеличенную опасность, скорее подтверждая правильность научных моделей.