- Статьи
- Наука и техника
- Как из вулкана: данные о «лаве» Чернобыля помогут в устранении следов аварий на АЭС
Как из вулкана: данные о «лаве» Чернобыля помогут в устранении следов аварий на АЭС
Кристаллографы впервые проанализировали образец так называемой чернобыльской лавы — вещества, образовавшегося в подреакторном помещении разрушенного четвертого энергоблока АЭС, — и выявили его неустойчивость к внешним условиям и высокую реактивность. Полученные данные можно использовать для моделирования и прогнозирования поведения материалов, возникающих после техногенных аварий. Это важно как для анализа изменений в экосистеме Чернобыля, так и для планирования строительства АЭС, рассказали «Известиям» специалисты. С помощью таких данных также можно разрабатывать более эффективные методы консервации разрушенных реакторов и создавать устойчивые материалы для захоронения радиоактивных отходов.
Что такое «чернобыльская лава»
Научный коллектив, в который вошли представители Санкт-Петербургского университета, Минералогического музея им. А.Е. Ферсмана РАН, Радиевого института им. В.Г. Хлопина и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, провел анализ фазового состава микрообразца так называемой чернобыльской лавы — расплава, полученного из подреакторного помещения №305/2 Чернобыльской АЭС. Считается, что именно эта зона была главным источником высокорадиоактивного расплава после аварии на станции, которая произошла 26 апреля 1986 года.
Такая «лава» состоит из продуктов взаимодействия ядерного топлива (оксида урана) с циркониевыми оболочками тепловыделяющих элементов и силикатными материалами (серпентинитом и бетоном). Через паропроводы расплав протек в нижние подреакторные помещения, где и затвердел, превратившись в вещество, внешне напоминающее вулканическую лаву.
Такую «лаву» принято делить на два основных типа — черную и коричневую, пояснили ученые. Они различаются химическим составом, в том числе концентрацией урана, а также количеством содержащихся в них включений. До сих пор остается неясным, существовал ли единый расплавленный очаг, который впоследствии разделился на слои, или под реактором сформировались два независимых очага разного цвета, рассказали специалисты.
Кристаллографы СПбГУ вместе с коллегами также исследовали желтый налет, сформировавшийся на образце в процессе его хранения в Радиевом институте в период с 1990 по 2011 год. По словам ученых, плотные и прочные на вид образования начали разрушаться даже в лабораторных условиях, что свидетельствует об их химической нестабильности под влиянием окружающей среды.
— Образование вторичных минералов в виде налета связано с переходом урана из степени окисления 4+ в 6+. В природных условиях это происходит под воздействием грунтовых вод или атмосферных осадков, после чего соединения урана получают способность к миграции, что создает экологическую угрозу. В нашем случае даже не потребовалось присутствия грунтовых вод — хватило лишь атмосферной влаги. Это демонстрирует, насколько восприимчивы чернобыльские лавы к внешним воздействиям и насколько строгий контроль необходим за такими объектами для обеспечения экологической безопасности, — пояснил «Известиям» один из авторов исследования, профессор кафедры кристаллографии СПбГУ Владислав Гуржий.
Профессор кафедры кристаллографии СПбГУ Владислав Гуржий
Застывшие массы укрыты двумя защитными сооружениями, возведенными над реактором. Основные — «Укрытие» (первый саркофаг, построенный после катастрофы) и Новый безопасный конфайнмент (НБК, «Арка») — массивная арочная конструкция, накрывшая первоначальное укрытие. Эти объекты были созданы для изоляции разрушенного энергоблока, сокращения выбросов радиации и защиты персонала от ионизирующего излучения. Также на территории станции сегодня существуют другие сооружения для обращения с радиоактивными отходами и хранения отработавшего ядерного топлива.
Снижается ли опасность радионуклидов в Чернобыле
Как пояснили «Известиям» в СПбГУ, после аварии на Чернобыльской атомной электростанции пробы силикатных высокорадиоактивных расплавов были отобраны для их последующего изучения экспертами-ликвидаторами из Курчатовского и Радиевого институтов.
Со временем опасность части радионуклидов снижается вследствие естественного распада элементов, однако некоторые долгоживущие изотопы сохраняются, именно их попадание в окружающую среду может привести к негативным экологическим последствиям, рассказали ученые «Известиям».
— Чтобы делать выводы о свойствах и полезном применении материала, желательно, чтобы его состав оставался неизменным. Однако при плавлении ядерного топлива внутри чернобыльского реактора произошло смешение множества компонентов: тепловыделяющих сборок, направляющих каналов, графита, бетона конструкции, электроники и проводов. В результате химическое разнообразие внутри лавы может включать тысячи соединений. И, несмотря на образование более-менее однородной смеси, каждая проба, наверняка, включает вариации, — поделился мнением доцент кафедры физически проблемы материаловедения НИЯУ МИФИ Владимир Михальчик.
Поэтому, отметил он, чтобы прийти к точным заключениям, необходимо продолжать наращивать статистическую базу и углублять знания об этом явлении. Это будет способствовать созданию эффективных решений для ликвидации последствий подобных аварий.
Где применимы результаты исследования
Результаты этого исследования впервые раскрыли состав «прото-лавы» из эпицентра аварии на ЧАЭС, рассказал «Известиям» научный сотрудник лаборатории ядерных технологий Института наукоемких технологий и передовых материалов ДВФУ Олег Шичалин.
— Главный вывод — материал химически нестабилен. Всего за годы хранения в лаборатории на его поверхности образовался новый минерал — ворланит. Это доказывает, что лава обладает низкой устойчивостью к воздействию воздуха и влаги. На практике это означает серьезный долговременный риск. При контакте с водой уран и другие радионуклиды могут легко вымываться из лавы и мигрировать в окружающую среду, создавая угрозу вторичного загрязнения, — отметил специалист.
Эти данные критически важны для моделирования последствий тяжелых аварий на АЭС, например, на Фукусиме. Изучая поведение реальных расплавов топлива, можно точнее прогнозировать их эволюцию на сотни лет вперед, разрабатывать улучшенные методы консервации разрушенных реакторов и создавать более стойкие материалы для захоронения радиоактивных отходов.
— Чернобыльская лава служит уникальным природным экспериментом, чьи уроки помогают повысить ядерную безопасность во всём мире, — подчеркнул Олег Шичалин.
По словам исследователей СПбГУ, полученные результаты можно применять для моделирования и прогнозирования поведения высокоактивных материалов, образующихся после техногенных аварий. Это важно как для анализа будущих изменений в экосистеме Чернобыля, так и для корректировки планов строительства современных атомных электростанций.
Исследование проводилось с использованием инфраструктуры ресурсного центра «Рентгенодифракционные методы исследования» Научного парка СПбГУ.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в Journal of Nuclear Materials.
