Korium

Błąd przy generowaniu miniatury Brak pliku

Błąd przy generowaniu miniatury Brak pliku

Przekrój zniszczonego reaktora czarnobylskiego odtworzony na podstawie ostatnich badań. Obraz przestrzennie rozłożonej zastygłej lawy zaznaczono intensywnym czerwonym kolorem, a czerwonawym - beton, który się dostał do zrujnowanego budynku reaktora podczas budowy sarkofagu.

Błąd przy generowaniu miniatury Brak pliku

Zastygła lawa w klapie na rurociągu parowym w korytarzu pod reaktorem. Fotografia wykonana przez Aleksandra Borowoja za pomocą peryskopu .

Błąd przy generowaniu miniatury Brak pliku

Zastygła lawa na fundamencie (tzw. „stopa słonia”). Fotografa wykonana przez Aleksandra Borowoja za pomocą peryskopu.

Korium - przypominająca wyglądem lawę zastygła mieszanina materiałów wchodzących w skład rdzenia reaktora jądrowego w wyniku jego stopienia. Zawiera paliwo jądrowe i produkty jego rozpadu oraz produkty reakcji z powietrzem, wodą i parą wodną, a także materiały z których zbudowana była konstrukcja rdzenia, pręty regulacyjne, pręty bezpieczeństwa, a w przypadku przepalenia obudowy rdzenia – również beton.

Powstawanie

W wyniku ciężkich pozaprojektowych awarii elektrowni jądrowych, zainicjowanych zdarzeniami, których – z powodu bardzo małego prawdopodobieństwa w projekcie się nie analizuje i nie przewiduje środków do ich opanowania. Dochodzi do topienia się paliwa które zazwyczaj jest skutkiem ustania chłodzenia reaktora. W następstwie takiego zdarzenia roztopione materiały rdzenia o temperaturze ponad 2000 °C i masie dochodzącej do setek ton spływają na dno zbiornika reaktora. W przypadku, gdy jest on przystosowany do zewnętrznego chłodzenia, utrzymują się w nim aż do całkowitego zestalenia się. W sytuacji, gdy takiego układu chłodzenia reaktor nie posiada – jego zbiornik zazwyczaj ulega przetopieniu. Jeśli reaktor jest wyposażony w specjalny zbiornik retencyjny do magazynowania i schładzania roztopionej masy, następuje przemieszczanie się korium do takiego urządzenia, zbudowanego na zewnątrz reaktora i wyposażonego w autonomiczny bierny układ chłodzenia. W ten sposób zapobiega się wylewaniu stopu na betonową płytę fundamentową

Przy chłodzeniu korium wodą występuje niebezpieczeństwo wybuchu pary wodnej i wodoru, mogące naruszyć obudowę bezpieczeństwa. Nie jest wykluczone również powstanie stanu krytycznego, któremu to przypadkowi może sprzyjać:

• Brak w korium substancji pochłaniającej neutrony.

• Niewłaściwy kształt geometryczny urządzenia do magazynowania, umożliwiający utworzenie się w odpowiedniej proporcji uranowo-wodnej kompozycji.

Korium z reaktora Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej

Podczas awarii czarnobylskiej elektrowni, pozbawione chłodzenia paliwo jądrowe, na skutek ciągle trwającej reakcji łańcuchowej, rozgrzało się tak bardzo, że uległo stopieniu. W ciągu kolejnych dni, zalegająca w zniszczonym reaktorze, wciąż aktywna i gorąca masa (ważąca ponad 250 ton, z czego 190 ton to stopiony uran z prętów paliwowych), będąca mieszaniną głównie uranu, cyrkonu z koszulek paliwowych, betonu konstrukcji, a także boru, piasku i dolomitu/serpentynitu którymi zasypywano płonący reaktor, przetopiła żelbetową podstawę reaktora i spłynęła w dół, niszcząc po drodze stropy trzech kolejnych poziomów pospiesznie opróżnionych kolektorów wody, gdzie stygnąc (taka zastygła masa nazywa się „korium”) tężała, zalegając tam do dzisiaj – co ważne, grunt pod dnem najniższego kolektora został wzmocniony i zabezpieczony, bowiem obawiano się, że masa przetopi się aż do gruntu, który zostałby poważnie skażony.

Rdzeń czwartego bloku Elektrowni Czarnobylskiej zawierający 190,2 tony uranu zaczął się topić w ciągu kilku sekund w wyniku gwałtownie rozwijającej się reakcji łańcuchowej, wywołanej awarią reaktywnościową. Akcja opróżniania zbiorników z wody była nie mniej ważna i dramatyczna od ugaszenia i zabezpieczenia szczątków reaktora, gdyż istniało realne niebezpieczeństwo kolejnej eksplozji – gorąca „lawa” w kontakcie z wodą mogłaby doprowadzić do termolizy pary i eksplozji mieszaniny wodoru i tlenu. Co ciekawe, w silnie radioaktywnym korium, na skutek gwałtownych reakcji, powstało kilka nietypowych, różnokolorowych, przypominających minerały form –  czarne i brązowe szkliwo, szaro-purpurowo-brązowe formy przypominające żużel, a także szarobrązowy, porowaty materiał przywodzący na myśl pumeks. Jednym z występujących w korium materiałów, jest „Czarnobylit” – opisany jako nowy „sztuczny minerał”, tworzący czarne struktury krystaliczne podobne do wykwitów kwarcu. Ów „minerał”, składa się z krzemianu cyrkonu i uranu – jest więc bardzo podobny do naturalnie występującego Cyrkonu. Najbardziej znany fragment korium, ze względu na charakterystyczny kształt i ciemną, pomarszczoną powierzchnię, nazwano „Stopą słonia”. Zdjęcia formacji zostały wykonane za pomocą luster, gdyż emitowane przez nią promieniowanie zniszczyłoby nieosłoniętą kliszę.

W procesie formowania się korium można wyróżnić trzy fazy:

1. Podczas pierwszej fazy, trwającej kilka sekund, w niektórych obszarach rdzenia temperatura przekraczała 2600 °C. Stopieniu uległo ok. 30% materiałów rdzenia, tworząc mieszaninę cyrkonu z dwutlenkiem uranu. Początkowa wartość ciepła po wyłączeniowego wynosiła 200 [kW/t].
2. Druga faza trwała sześć dni. W tym okresie zachodziła reakcja roztopionej masy rdzenia z silikatowymi materiałami: piaskiem (zrzucanym na rozżarzony rdzeń z helikoptera), betonem i serpentynem. Istniało niebezpieczeństwo, że w części nieuszkodzonych kaset paliwowych tkwiących w grafitowych blokach może powstać stan krytyczny. Z obliczeń wykonanych pod koniec maja 1986 r. wynikało, że w stopionym materiale pozbawianym wody i prętów sterowania, współczynnik powielania neutronów przy temperaturze 1000 °C mógł osiągnąć wartość k = 1,16.
3. Trzecia faza charakteryzowała się laminacją korium i roztapianiem przezeń trzech żelazobetonowych stropów.

Lawa spływała do dolnych kondygnacji i tam się zestalała. Zawierała ok. 95% pierwotnej masy paliwa, a nadto ok. 412 kg Pu - 239 i 185 kg Pu – 240. W tym okresie liczono się z niebezpieczeństwem powstania „chińskiego syndromu” tzn. z możliwością przeniknięcia lawy do wód gruntowych. Obliczenia wykonane w Instytucie im. I. Kurczatowa potwierdzały, iż taka sytuacja jest realna. W związku z tym 1 maja postanowiono napełnić szyb reaktora ciekłym azotem, który miałby spełnić dwie funkcje: obniżyć temperaturę w dolnych pomieszczeniach budynku reaktora i ograniczyć dopływ tlenu do palącego się grafitu. Jednakże te zabiegi. spodziewanego skutku nie dały. Wobec tego celem niedopuszczenia za wszelką cenę do skażenia wód gruntowych analizowano trzy metody obniżenia temperatury:

• ułożenie pod fundamentem reaktora chłodzących ciekłem azotem rur,
• wtłoczenie pod reaktor betonu o mniejszej przewodności cieplnej - z dodatkiem magnezytu
• zbudowanie pod fundamentem chłodzoną wodą płyty.

Do realizacji wybrano trzecią metodę. Wymiary płyty wynosiły: 30 x 30 m, grubość – 2,5 m. Chłodzenie odbywało się za pomocą ułożonych w środkowej części płyty rur o średnicy 100 mm. Pokryte zostały ochronną warstwą grafitu. Wewnątrz płyty umieszczono czujniki temperatury. Budowanie płyty przez wyspecjalizowane ekipy górników odbywało się całodobowo od 6 maja do 28 czerwca, a po paru tygodniach stwierdzono, że proces przetapiania betonowej struktury pod reaktorem rozwijał się albo zbyt wolno, albo się w ogóle zatrzymał, i płyta stała się zbędna. Ogromny wysiłek włożony w jej stworzenie dowodzi, jak wielkim niepokojem o powstanie „chińskiego syndromu” ogarnięte było wówczas kierownictwo awaryjnej akcji.

Zestalone korium w postaci tzw. „stopy słonia” wykryto w 1989 r. podczas penetrowania dolnych pomieszczeń budynku reaktora. Próbki do badań uzyskano za pomocą odstrzeliwania fragmentów stopionej lawy z karabinu. Badania wykazały, że składała się z dwutlenku krzemu (70%), resztek paliwa (10%) i metalicznych wtrąceń. Osobliwością była obecność uranowo-cyrkonowych kryształów sylikatu. Ten sztuczny materiał otrzymał nazwę „czarnobylit”.