Анотація до роботи:

Лагуненко А.С. Пошук та дослідження прихованих скупчень паливовмісних матеріалів зруйнованого 4-го блока Чорнобильської АЕС. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 21. 06. 01 – Екологічна безпека. Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України, м. Київ, 2008.

Дисертація присвячена дослідженню характеристик прихованих скупчень паливовмісних матеріалів (ПВМ), чинників і подій, що визначали процеси утворення цих скупчень під час активної стадії аварії.

У дисертації проведено аналіз даних про ПВМ зруйнованого 4-го блока ЧАЕС, проаналізована інформація про умови і чинники, що визначали утворення і розтікання лавоподібних ПВМ (ЛПВМ).

Показано, що поліхромні ЛПВМ не є однорідними і залежно від кольору включень мають різний хімічний і радіохімічний склади, вміст урану коливається від 5 % (синій колір) до 8 % (коричневий колір), збіднення по цезію в синьому типі включень приблизно в 2 рази менше, ніж у коричневому і жовтому, що вказує на те, що у формуванні потоку поліхромної лави брали участь, як мінімум, два незалежні осередки утворення лав.

Розроблена фізична модель і виконаний тепловий розрахунок процесу утворення ЛПВМ на верхніх відмітках зруйнованого 4-го блока ЧАЕС. Виконані розрахунки показали, що для здійснення процесу лавоутворення в умовах протікання активної стадії Чорнобильської аварії було необхідно не менш як 16 збірок або близько 1 т відпрацьованого ядерного палива. Це дає підставу стверджувати, що на цей час на верхніх відмітках зруйнованого 4-го блока знаходиться не менш як 15 т ЛПВМ.

Запропоновано сценарій утворення зон з високим вмістом урану в приміщенні 305/2. Проведено оцінку динамічної в'язкості ЛПВМ в діапазоні температур 1000 – 1500 С. Показано, що в той момент, коли лава проникала через пролом в прим. 304/3, її температура була 1500 – 1600 С, а верхня межа можливих значень в'язкості лави знаходилася в діапазоні 10^-2 - 10^-1 Па с.

Обґрунтована можливість утворення глибоких порожнин в масиві підреакторної плити, заповнених ПВМ з високим вмістом урану. Розроблена модель зони з високим вмістом урану в південній частині південно-східного квадранта приміщення 305/2. Розраховані масові параметри цієї зони. Результати розрахунків розподілу густини потоків нейтронів по межах зони з високим вмістом урану в приміщенні 305/2 чисельно і по характеру змін задовільно збігаються з результатами прямих вимірювань. Показано, що в масиві підреакторної плити в квадранті 46/47, И/К присутні скупчення ПВМ з вірогідною максимальною концентрацією урану 30 % і більш.

Виходячи з аналізу одержаних даних, можна сформулювати наступні висновки:

1. В результаті проведеного пошуку вперше показано, що на верхніх відмітках зруйнованого 4-го блока ЧАЕС існує дві ділянки, розташованих в безпосередній близькості від схеми «Е», де можуть знаходитися приховані скупчення ЛПВМ. Координати цих ділянок: відмітка +29.200, осі 45 – 47, ряди М – Н; відмітка +30.900,
   осі 45 – 46, ряди Н – П.

Крім того, цей пошук дозволив визначити межі розповсюдження ЛПВМ в приміщенні 305/2, і встановити, що цей масив ЛПВМ містить непереплавлені компоненти, зокрема елементи будівельних конструкцій і фрагменти активної зони реактора.

2. Показано, що поліхромні ЛПВМ не є однорідними і залежно від кольору включень мають різний хімічний і радіохімічний склади. Вміст урану в поліхромних ЛПВМ коливається від 5 % (синій колір) до 8 % (коричневий колір). Збіднення по цезію в синьому типі включень приблизно в 2 рази менше, ніж у коричневому і жовтому. Вигоряння ВЯП у всіх типах включень складає (12,7 ± 0,6) МВт доба/кг урану.

3. На основі одержаних даних по складу поліхромних ЛПВМ проведено математичне моделювання процесу їх утворення. Виконані розрахунки показали, що для здійснення процесу утворення поліхромних ЛПВМ в умовах протікання активної стадії Чорнобильської аварії було необхідно близько 1 т ВЯП.

Проведені розрахунки дають підставу стверджувати, що на цей час на верхніх відмітках зруйнованого 4-го блока знаходиться не менш як 15 т ЛПВМ. Цей факт необхідно обов'язково враховувати при розробці технології вилучення ВЯП з ЦЗ, а також при зведенні НБК і перетворенні ОУ на екологічно безпечну систему.

4. Реконструйовано послідовність подій, що відбувалися в приміщенні 305/2 і в самій шахті реактора на активній стадії аварії. На основі цих даних, результатів аналізу проб, відібраних з підреакторних приміщень, результатів бурових робіт і свердловинних вимірювань побудовано сценарій утворення зон з високим вмістом палива в приміщенні 305/2.

Показано, що процес розтікання чорнобильських лав зробив істотний вплив на формування масиву ПВМ, що знаходяться в приміщенні 305/2. Проведено оцінку динамічної в'язкості ЛПВМ в діапазоні температур 1000 – 1500 С. Установлено, що в той момент, коли лава проникала через пролом в приміщення 304/3, її температура була 1500 – 1600 С. Показано, що при цих температурах верхня межа можливих значень в'язкості лави знаходилася в діапазоні 10^-2 - 10^-1 Па с.

Показано можливість існування декількох осередків утворення чорнобильських лав, кожний з яких мав свої температури і утворював характерні для цього осередки лави з певним складом. У окремих осередках лавоутворення могли реалізуватися умови, при яких взаємодія фрагментів активної зони з конструкційними матеріалами відбувалася при температурі, що перевищує температуру плавлення UO₂.

5. Розроблено модель зони з високим вмістом урану в південній частині південно-східного квадранта приміщення 305/2. Розраховано масові параметри цієї зони. Результати розрахунків розподілу густини потоків нейтронів по межах зони з високим вмістом палива в приміщенні 305/2 по характеру змін задовільно збігаються з результатами прямих вимірювань.

6. Представлені в дисертації дані про характеристики прихованих скупчень ПВМ дають змогу здійснити вибір шляхів доступу до цих скупчень, а також врахувати можливі ризики ядерної і радіаційної небезпеки при поточній експлуатації ОУ, зведенні НБК, переведенні ОУ на екологічно безпечний стан.

Публікації автора:

1. Боровой А.А., Лагуненко А.С., Пазухин Э.М. Оценка количества топлива в подаппаратном помещении 305/2 4-го энергоблока Чернобыльской АЭС // Атомная энергия. - Т. 84, вып. 4. - Москва. - 1998. - С. 356 - 361.

2. Боровой А.А., Лагуненко А.С., Пазухин Э.М. Радиохимические и некоторые физико-химические характеристики образцов лавы и бетона из подреакторного помещения 304/3 4-го блока ЧАЭС. Их связь со сценарием аварии. // Радиохимия. - 1999. - Т.41, № 2. - С. 187 - 192.

3. Пазухин Э.М., Боровой А.А., Ключников А.А., Краснов В.А., Лагуненко А.С., Гаврилов С.Л. Бассейн-барботер и парораспределительный коридор 4-го блока Чернобыльской АЭС. Новые данные // Радиохимия, 2003, т. 45, № 2, С. 184 - 190.

4. Пазухин Э.М., Лагуненко А.С., Краснов В.А., Билько В.В. Топливо на верхних отметках разрушенного 4-го блока ЧАЭС. Уточнение сценария образования полихромной керамики // Радиохимия, т. 48, № 6, 2006. - С. 470 - 480.

5. Боровой А.А., Лагуненко А.С., Пазухин Э.М. Новые оценки количества ядерного топлива, находящегося на нижних отметках объекта "Укрытие". // Проблеми Чорнобиля / НАНУ, МНТЦ "Укриття". - Вип. 6, Чорнобиль, 2000. - С. 13 - 16.

6. Боровой А.А., Ключников А.А., Краснов В.А., Лагуненко А.С., Пазухин Э.М., Гаврилов С.Л. Лавообразные топливосодержащие материалы в бассейне-барботере и парораспределительном коридоре 4-го блока Чернобыльской АЭС // Проблеми Чорнобиля / НАНУ, МНТЦ "Укриття". - Вип. 7, Чорнобиль, 2001. С. 181 - 193.

7. Высотский Е.Д., Краснов В.А., Лагуненко А.C., Пазухин Э.М. Топливо в помещении 305/2 4-го блока ЧАЭС. Критмассовые зоны. Уточнение сценария образования лавообразных топливосодержащих материалов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. – 2007. - Вып. 8. - С. 77 - 86.

8. Бабенко В.А., Высотский Е.Д., Ключников А.А., Лагуненко А.С., Павлович В.Н., Пазухин Э.М. Моделирование массовых и геометрических параметров скопления топливосодержащих материалов в юго-восточной части помещения 305/2 разрушенного 4-го блока ЧАЭС // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. – 2008. – Вып. 9. - С. 36 – 42.

9. Боровой А.А., Лагуненко А.С., Пазухин Э.М. Чернобыльские лавы – нерешенные проблемы и вопросы // Тези IV міжнародної науково-практичної конференції «Об'єкт «Укриття» 15 років: минуле, сьогодення, майбутнє» 27 – 30 листопада 2001 р., Славутич, 2001. - С. 116.

10. Ключников А.А, Краснов В.А., Лагуненко А.С., Пазухин Э.М., Рудя К.Г. Новые данные о расположении и механизме образования ЛТСМ на верхних отметках разрушенного 4-го блока ЧАЭС // Тези XVI міжнародної конференції з фізики радіаційних явищ і радіаційного матеріалознавства, 6 - 11 вересня 2004 р., Алушта. – 2004. – С. 207