Николай Карпан - Чернобыль. Месть мирного атома

Глава 8

МОДЕЛИРОВАНИЕ АВАРИЙНОГО ПРОЦЕССА

В целом результаты моделирования на полномасштабном тренажере совпадают с описанной выше картиной. Моделирование велось вплоть до виртуального разрушения твэл. которое наступает в определенный момент аварийного процесса. В качестве критерия наступления этого момента выбиралось достижение одного из двух пределов: температуры 3000 °К в одном из наиболее напряженных твэлов, или мощность энерговыделения равная 100 номинальным значениям [28].

Процесс неконтролируемого разгона реактора

Как следует из предыдущего рассмотрения, процесс разгона реактора для состояния с ОЗР менее 15 стержней РР (как это было во время испытаний 26.04.86) можно разбить на две стадии: сравнительно медленную, обусловленную движением стержней СУЗ и очень быструю, целиком определяемую паровым эффектом реактивности. Весь процесс, вплоть до взрыва и разрушения реактора, на реальном блоке проходил за

8-9 секунд, поэтому понять картину быстрой части разгона мощности только по данным регистрации текущих параметров реактора штатными измерительными системами довольно трудно. Иное дело моделирование, дающее возможность рассмотреть все процессы с любой скоростью.

В результате моделирования были получены избыточные данные по всем основным характеристикам аварийного процесса. Ниже приведены главные из них.

Реактивность. С началом движения стержней СУЗ (со скоростью 40 см/сек), на первой секунде вводится отрицательная реактивность, которая достигает значения минус 0,5 В эфф (1В эфф =Ю ст. РР). Затем, на 2-й секунде, суммарная реактивность (стержни СУЗ дают отрицательную составляющую, а эффект вытеснителей - положительную составляющую) становится положительной из-за смещения вниз аксиального нейтронного поля, и достигает на 3-й секунде максимума в +0,8 В эфф.После этого реактивность падает (из-за Доплер - эффекта) до величины +0,2 В эффна 7-й секунде процесса. Внесенная реактивность повышает энерговыделение в каналах, вызывает интенсивное вскипание теплоносителя и запаривание активной зоны. Далее подключается паровой эффект и реактивность опять резко возрастает на величину большую чем В эфф. Начинается быстрый, взрывной разгон мощности реактора на мгновенных нейтронах.

Мощность. Мощность реактора экспоненциально возрастает и расчет прекращается, так как реперные параметры достигают своих критических пределов, выбранных при моделировании (см. рис. 11).

Моделирование процесса неконтролируемого разгона показало, что он начался и развивался в нижнем слое третьего квадранта реактора (рис. 12), в то время как верхняя часть реактора была уже переведена в подкритическое состояние погружающимися стержнями СУЗ, успевшими за 7 секунд дойти примерно до половины высоты активной зоны.

Мощность, выделяемая в твэл (нейтронная)

На 2-й сек. после нажатия кнопки АЗ общая мощность (по расчету) вначале падает от исходного значения (230 мвт) на 30%, а затем растет, достигая максимума в 1,3 Ы [|0, лна 7-й секунде (локально, в нижних двух слоях третьего квадранта активной зоны, удельная мощность превышает допустимое значение в несколько раз). На 8-й сек. средняя мощность снижается до 0,8 Ы И(П|. но далее неудержимо растет, превысив на 9-й секунде номинальную мощность реактора в 40 раз.

Рис. 11. Моделирование аварийного процесса по реальным исходным данным. Реактор взрывается.

Рис. 12. Энерговыделение в метровых слоях по высоте реактора. Отсчет начинается сверху (первый слой - 1). Мах энерговыделение отмечено в слоях № 6 и № 5.

Температура топлива

Резкий рост температуры топлива, вплоть до разрушения тепловыделяющих элементов в результате взрывного процесса нарастания мощности энерговыделения, происходит лишь на 7 и 8-й секундах аварийного процесса. До этого (с момента нажатия кнопки АЗ-5), температура топлива возрастает, в среднем, на 400 °С.

Тепловая мощность реактора

Рост тепловой мощности значительно отстает от изменения «нейтронной» мощности. На 3-й секунде тепловая мощность еще сохраняет исходное значение в 0,06 Ы [|0, л(200 МВт), но затем начинает расти, достигая к 7-й сек. 0,45 Ы [|0„ (1440 МВт). А к моменту взрыва (на

9-й сек.) она доходит до 1760 МВт.

Эта мощность, в основном, развивалась в нижней половине реактора, т.к. верхняя его часть в это время была уже переведена в подкритическое состояние погрузившимися на 3,5 м стержнями СУЗ.

Плотность теплоносителя

Средняя плотность теплоносителя в технологических каналах активной зоны начинает меняться только на 5-й секунде после АЗ-5 (исходное значение 0,75 г/см 3). К концу 6-й секунды она становится равной 0,58 г/см 3. Далее скорость ее изменения резко увеличивается (начинается массовое закипание воды в ТК по всей высоте каналов) и на 8-й секунде достигает значения 0,06 г/см 3.

Если анализировать состояние теплоносителя по параметру «паросодержание», то перед началом испытаний (мощность реактора 200 МВт, Ы э |ТГ-8 = 32,7 МВт; расход по КМГТЦ 56800 м 3/час, генерация пара на уровне 250 т /час) среднее паросодержание в ТК было близким к

0,5% весовых. А на 8-й секунде (после нажатия кнопки АЗ-5) практически вся вода в каналах превратилась в пар, поскольку среднее паросодержание в ТК превысило значение 90% весовых.

Моделирование ситуации с погружением УСП

На полномасштабном тренажере РБМК были дополнительно смоделированы следующие возможные варианты развития событий:

а) введение в реактор стержней УСП снизу, по сигналу срабатывания АЗ в 01ч 23м 39с (рис. 13).

В этом варианте реактор спокойно глушится без «разгона» мощности.

Рис. 13. Стержни УСП вводятся в реактор снизу по сигналу АЗ. Реактор не взрывается.

б) нажатие кнопки АЗ-5 в состоянии реактора на 01ч 23м 04с, но без проведения эксперимента (см. рис. 18). Расчет дает неконтролируемый разгон реактора, приводящий к взрыву.

Г лава 9

РАЗРУШЕНИЕ РЕАКТОРА И ЭНЕРГОБЛОКА Аварийный процесс в реакторе и на энергоблоке

Кратко повторим хронологию событий:

01.23.30 - стержни 1АР дошли вниз до НК, включился АР-2 для компенсации роста мощности реактора.

01.23.39 - АЗ-5, стержни шли в зону в течение 9 -10 сек. Внесение отрицательной реактивности величиной минус 5 ст. РР в течение 1-й секунды. Выдавливание максимума Кг вниз [3]. 01.23.40-41с - внесение положительной реактивности в размере +8 ст. РР движущимися вниз стержнями СУЗ в течение 2-й и 3-й сек. (концевой эффект вытеснителей).