Первый взрыв на Чернобыльской АЭС оказался ядерным
Для этого они проанализировали концентрации изотопов 133Xe и 133mXe в образцах череповецкой фабрики по сжижению воздуха, а также смоделировали погодные условия после катастрофы, используя недавно опубликованные подробные данные за 1986 год. Статья опубликована в Nuclear Technology.
Авария на Чернобыльской атомной электростанции произошла ночью 26 апреля 1986 года. В результате производственного эксперимента персонал станции потерял контроль над реакцией, аварийная защита не сработала, и мощность реактора резко возросла с 0,2 до 320 гигаватт (тепловых). Большинство свидетелей указывают на два мощных взрыва, хотя некоторые говорят о большем количестве.
Согласно общепринятой версии, первый из двух взрывов объясняется тем, что заполнявшая системы охлаждения вода мгновенно испарилась, давление в трубах резко возросло и разорвало их. Затем разогретый пар начал взаимодействовать с циркониевой оболочкой топливных элементов, что привело к активному образованию водорода (полициркониевая реакция), который сгорел взрывным образом в кислороде воздуха. В данной работе ученые ставят под сомнение природу первого взрыва и заявляют, что в действительности он был небольшим ядерным взрывом.
В пользу этой гипотезы авторы статьи приводят два основных аргумента. Во-первых, через несколько дней после катастрофы ученые из радиевого института им. Хлопина зарегистрировали активность изотопов 133Xe/133mXe в жидком ксеноне, полученном на череповецкой фабрике по сжижению воздуха. Вообще говоря, фабрика в основном производила жидкий азот и кислород для обеспечения нужд череповецкого металлургического комбината, однако побочным результатом ее работы являлось также выделение благородных газов из воздуха. Радиоактивные изотопы ученые искали с помощью гамма-спектроскопии высокого разрешения. В результате приведенное к часу дня 29 апреля (примерно 83 часа после аварии) отношение активностей изотопов 133Xe/133mXe составило около 44,5 ± 5,5.
Изменение отношения активностей изотопов ксенона с течением времени для трех различных сценариев их образования. Короткая вертикальная черта отвечает данным с череповецкой фабрики. Lars-Erik De Geer et. al. / Nuclear Technology
Чтобы объяснить это отношение, физики смоделировали происходящие в реакторе процессы с помощью разработанной ими ранее программы Xebate. Она учитывала, что помимо стандартной цепочки образования изотопов ксенона в результате изменения мощности реактора при подготовке к эксперименту (так называемое ксеноновое отравление) изотопы также производились в результате последовавшего ядерного взрыва мощностью около 75 тонн в тротиловом эквиваленте. В нулевой момент соотношение активностей ядер 133Xe/133mXe, образовавшихся по этим двум сценариям, составляло 34,6 и 0,17 соответственно. Затем из-за разности периодов полураспада элементов это соотношение менялось, так что к моменту их регистрации равнялось отношению активностей в образцах с череповецкой фабрики. Ученые отмечают, что из-за неопределенности в этом отношении мощность взрыва можно определить лишь приближенно, и на самом деле она лежит в интервале от 25 до 160 тонн с вероятностью 68 процентов (то есть в доверительном интервале 1σ).
Во-вторых, ученые смоделировали метеорологические условия над европейской частью СССР после аварии, используя недавно опубликованные подробные трехмерные погодные данныеи современные алгоритмы расчета движения воздушных фронтов. Моделирование распространения изотопов ксенона ученые провели для семнадцати возможных высот его выброса в атмосферу, лежавших в интервале от нуля до восьми тысяч метров. В результате ученые выяснили, что наблюдаемые активности изотопов ксенона в образцах с череповецкой фабрики (которая, кстати, находится в тысяче километров от ЧАЭС) можно объяснить только при предположении, что выброшенные во время взрыва изотопы поднялись на высоту около трех километров — при других высотах они попали бы в окрестности Череповца либо раньше, либо позже. Нужную высоту как раз мог обеспечить предложенный 75-тонный ядерный взрыв.
Результаты моделирования распространения изотопов ксенона над европейской частью СССР на момент 9:00 UTC 29 апреля. Черным кружком отмечен Чернобыль, белым — Череповец. Lars-Erik De Geer et. al. / Nuclear Technology
Кроме того, физики приводят еще три косвенных свидетельства в пользу своей гипотезы. Во-первых, после взрыва было обнаружено, что в юго-восточном квадранте ядра реактора исчезла двухметровая серпентиновая плита, заключенная в железную оболочку толщиной около четырех сантиметров. Дальнейшие наблюдения показали, что ее расплавили тонкие направленные потоки высокотемпературной плазмы, которые как раз могли образоваться в результате ядерного взрыва. Во-вторых, сразу после аварии сейсмологи зарегистрировалидва сигнала с амплитудами, соответствующим двум взрывам мощности около двухсот килотон и разделенных двухсекундным интервалом. При этом второй из взрывов можно объяснить выбросом водорода, а общепринятая теория первого взрыва дает гораздо меньшую оценку для мощности (тогда как гипотеза ядерного взрыва как будто бы укладывается в эти рамки). В-третьих, несколько очевидцев заявляли, что они видели яркую голубую вспышку над реактором. С другой стороны, известно, что при неконтролируемых ядерных реакциях из-за возбуждения молекул кислорода и азота в воздухе возникает голубоватое свечение.
Тем не менее, профессор Рафаэль Арутюнян, заместитель директора Института безопасного развития атомной энергетики РАН, скептически относится к результатам, полученным шведскими учеными. По его словам, с одной стороны, сам факт разгона неуправляемой цепной реакции в момент первого взрыва в реакторе уже давно известен специалистам, с другой стороны оценка мощности этого ядерного взрыва сильно завышена.
«В этом нет ничего особенно нового, все соответствует общепринятой версии, что там был разгон, общеизвестно. Но оценка в 75 тонн вызывает большие сомнения, потому что данные, из которых они ее получают, слишком косвенные, слишком много факторов могли на них повлиять. Большинство оценок примерно на порядок меньше — специалисты говорят о 2-3 тоннах тротилового эквивалента. Кроме того, 75 тонн можно исключить из тривиальных соображений: осталось бы что-то от реактора, если бы в него заложили 75 тонн тротила? При этом напрямую просчитать этот взрыв практически невозможно — одно дело считать процессы в целом реакторе, а другое — в таком разваливающемся устройстве. Там одновременно за миллионные доли секунды идут тысячи процессов, со всем этим не справится ни один суперкомпьютер. Эту задачу можно решить с привлечением разного рода упрощений и эмпирических методов, но ресурс, который в это нужно вложить, слишком велик. Неясно, в чем практический смысл такой работы, причины Чернобыльской аварии уже исследованы, изменения в конструкции реакторов внесены, знание точной механики взрыва в это ничего не добавит».