Многоблоковые АЭС и вопрос их безопасности

       Не отвергая все другие возможные причины аварий на АЭС, следует обратить внимание на один вероятный механизм, который возможно еще не достаточно рассматривался. Не смотря на отсутствие строгих доказательств, необходимо его обсудить, вследствие, чрезвычайно тяжелых последствий подобных аварий! Речь идет о мощном нейтринном излучении реакторов, которое можно рассматривать, как наличие нейтринного поля вокруг каждого блока. Изначально нейтринное излучение постулировалось как чрезвычайно высоко проникающее, практически не реагирующее с веществом. Однако сечения захвата нейтрино, хотя и действительно имеют очень низкие значения, оцениваются по крайне приблизительным критериям. Ситуация здесь чем-то похожа, хотя еще более осложнена, на то что было с нейтроном. Действительно, нейтрон обладает тоже высокой проникающей способностью и зачастую тоже низкими сечениями захвата, но, тем не менее, для него хорошо изучены случаи резонансных процессов взаимодействия, которые имеют сечения на много порядков большие, чем обычно [9]. Под резонансными ядерными процессами понимаются процессы, для которых характерна резкая немонотонная зависимость эффективного сечения от энергии бомбардирующих частиц [9]. С самого начала открытия нейтрино был принят какой-то, если так можно сказать, «проникающий уклон» в описании его свойств. Исследователи просто соревновались в подсчете астрономических единиц бетона, чугуна или свинца, которые беспрепятственно пронизывает нейтрино. А вот о возможных резонансных взаимодействиях его с веществом и их поискам, что-то совсем не слышно. Совершенно понятно, что это не простая задача, но дело в том, что, похоже, серьезно она и не ставилась! Хотя резонансные взаимодействия широко распространены в микромире и физике элементарных частиц [9], и было бы крайне не осмотрительно не допустить их наличие и для нейтрино, пусть, даже и с очень малой вероятностью. Надо сказать, что для ультранизкоэнергетичных (реликтовых) нейтрино высокий уровень взаимодействия их с веществом уже широко обсуждается [10], но при этом с оговорками, что для ядерных нейтрино это все же, якобы, не характерно?! Да, конечно, для большей части энергетического спектра нейтрино, но не для резонансных!

    Атомная электростанция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом) [1].

     В 30 странах мира эксплуатируется 194 атомных электростанций с 435 энергоблоками общей электрической мощностью 370 049 МВт. 64 энергоблока находятся на стадии сооружения.

140 энергоблоков закрыты, ещё 5 не работают, однако решение об их окончательном закрытии пока не принято[2]. На одну АЭС в среднем приходится 2-3 блока. Но есть много как одноблочных (США), так и многоблочных до 7-8 - блоков (Канада, Индия, Япония). В 1979 году произошла серьёзная авария на АЭС Три-Майл-Айленд, а в 1986 году — масштабная катастрофа на Чернобыльской АЭС, которая, помимо непосредственных последствий, серьёзно отразилась на всей ядерной энергетике в целом. Она вынудила специалистов всего мира переоценить проблему безопасности АЭС и задуматься о необходимости международного сотрудничества в целях повышения безопасности АЭС [3]. Последняя крупная авария на АЭС произошла в марте 2011 года в Японии, в префектуре Фукусима.
       На АЭС «Три-Майл Айленд» использовались водо-водяные реакторы с двухконтурной системой охлаждения, эксплуатировались два энергоблока, мощностью 802 и 906 МВт, авария произошла на блоке номер два (TMI-2) 28 марта 1979 года.
       Ко времени аварии на ЧАЭС действовали четыре энергоблока на базе реакторов РБМК-1000 (реактор большой мощности кипящего типа) с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность — 3200 МВт) каждый. Ещё два энергоблока строились.

                        

       О других возможных процессах с нейтрино мы еще вообще очень мало знаем. Поэтому работа двух и более рядом находящихся реакторов вызывает крайнюю озабоченность. Тем более, явно обозначилась тенденция еще большего увеличения числа совместно работающих блоков (до 7-8), что увеличивает вероятность катастроф по нейтринному механизму! Господствующая в настоящее время концепция независимости в работе рядом расположенных энергоблоков может оказаться глубоко ошибочной. Наиболее опасная ситуация в Японии, Канаде и Индии (АЭС с 7-8 блоками), в Украине есть АЭС с 6-тью блоками (Запорожская), в России распространены станции с 4,5-тью блоками.

 

 

       Nuclear power plant (NPP) - is a thermal power station in which the heat source is one or more nuclear reactors.
       As of July 2, 2012 in 31 countries 435 nuclear power plant units (parts of the 194 nuclear power plants) with an installed electric net capacity of about 370 GW are in operation and 62 plants with an installed capacity of 59 GW are in 14 countries under construction. One nuclear power plant in average contains two – three nuclear power plant units (NPP units). But there are many as the NPPs with one unit (USA) so and the multi unit up to 7 – 8 ones (Canada, India, Japan).
       There was a serious accident at the Three Mile Island power plant in 1979 and the large-scale disaster in Chernobyl power plant in 1986, which, in addition to immediate consequences, seriously affected the nuclear power industry as a whole. It persuaded the specialists from all over the world to re-evaluate the problems of nuclear power plant safety and to think about necessity of international cooperation to increase the safety of NPP. The last big accident in NPP occurred in March 2011 in Japan, Fukushima Prefecture.
       At the Three Mile Island nuclear power plant, two NPPt units (the pressured water reactors) were used with capacity of 802 and 906 MW, and the accident occurred on the TMI-2 reactor unit 28 March 1979.
       By the time of the accident at Chernobyl nuclear power plant, the four NPP units (RBMK-1000, Reaktor Bolshoy Moshchnosty Kanalniy or High power Channel-Type Reactor with the electrical capacity of 1000 MW and thermal capacity of 3000 MW each) were operated. Two more power units had been under construction.
       Fukushima Daiichi nuclear disaster is the largest nuclear disaster since the Chernobyl disaster of 1986 (Japanese government’s nuclear safety agency rated it to the highest 7 level of International Nuclear Event Scale). It occurred March 11, 2011 and led to melting of reactor core at the power plant units 1, 2 and 3 during in the first days of accident (the total number of power plant units is 6).
       As it is known, as the most spread fuels in the modern nuclear reactor are used the isotopes 235U, 238U or 239Pu, which under neutron capture, occurring in a nuclear reaction, are undergone beta-decay with releasing the flux of antineutrino. The average nuclear fission releases about 200 MeV of energy, of which roughly 4.5% (or about 9 MeV) is radiated away as antineutrinos, thus, an average nuclear power plant may generate over 1020 antineutrinos per second.
       Not rejecting all other possible reasons of the accidents at the nuclear power plants, it should pay attention to one probable mechanism, which is not regarded detailed so far. Despite the absence of strict evidences, this mechanism must be discussed, because of extremely severe consequences of such accidents. It is a powerful neutrino flux, which can be regarded as an existence of neutrino field around each NPP units. Originally the neutrino radiation postulated as extremely high penetrations, which hardly interacts with matter.
       However, the capture cross sections of neutrinos, although do have very low values, are estimated at very approximate criteria. The situation here is somewhat similar, though more complicated, to the fact that was with neutron. Indeed, the neutron possesses the same highly penetrative ability and also often low capture cross section, but, nevertheless, it is well known the cases of resonant interactions to them, which have the capture cross sections on many orders of magnitude larger than usual [9]. The nuclear resonant processes are the processes that have abrupt no monotonic dependence of effective capture cross section on the energies of bombarding particles [9]. Since the very beginning of discovery of neutrino, a “penetrative bias” was accepted during the description its properties, if so can be said. Researchers just competed in the counting of astronomical units of concrete, cast iron or lead, which are easily penetrated by neutrino. But there is not any information at all about possible resonant interactions of neutrino with matter and search for them. It is definitely clear, that it is not a simple task, but it seems to be that it was not even seriously posed! Although, the resonant interactions are widely distributed in the microcosm and physics of elemental particles [9], it would be very negligent to exclude their existence, even, with a very small probability. It should be noted, that for ultra-low energetic (relict) neutrinos, the high level of their interactions with matter has been widely discussed [10], but with reservations, that for nuclear neutrino, this is not typical?! Yes of course, it is true for major part of energy spectrum of neutrino, but not for resonant neutrinos! But this is only one moment. But there is and another: namely, the interaction of neutrinos with matter relates to so called weak interaction and the resulting consequences. However, as was pointed out by famous specialist in neutrino physics, the Academician B.M.Pontekorvo in 1970 [5, 6, 8], and even earlier in 1964 was mentioned by Z.Βialуηiска-Βirula, the interaction between the particles themselves can proceed according to the mechanism of strong interaction!
       This cardinally changes the situation, an existence nearby of two of more neutrinos fields can lead to their strong interaction, probably, in accordance with synergetic mechanism and the consequences may be very catastrophic. Namely:

       1) Abrupt acceleration of inverse beta-decay [11], that leads to a lot of additional emissions of energy.

       2) An increase of proportion of excited nuclei of fissile material, which would result in decreasing of its critical mass and uncontrolled transition of the reactor’s regime to above critical state! This is due to the fact that nuclear fission is possible not only from the ground, but and from the excited state [9]. For example, for some nuclides with the atomic numbers from 92 to 97 (from uranium to berkelium), the excited states with a short half-life for spontaneous fission were discovered.

       About other possible processes with neutrino we still know very little at all. Therefore, the work of two or more nearby reactors causes the utmost concern. Moreover, it is clearly observed a trend of increasing of the number of nearby working power units (up to 7-8), that increases the likelihood of accidents with the neutrino mechanism! Dominant today concept of independence of nearby working energy units may be profoundly erroneous. The most dangerous situations are in Japan, Canada and India (NPPs with 7-8 NPP units), in Ukraine there are NPPs with 6 NPP units (Zaporozh’e), in Russia the most common are NPPs with 4 – 5 NPP units.


Литература:
       1. http://ru.wikipedia.org/wiki/АЭС
       2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Список_АЭС_мира
       3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Авария_на_АЭС_Три_Майл_Айленд
       4. http://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino
       5. Б.М. Понтекорво, Успехи физ. Наук,104,№1,10(1971).
       6. D. B a r d i n , S. B i l e n k y , В. P o n t e c o r v o , Phys. Lett. 32B, 121 (1970).
       7. Ζ. Β i a 1 у η i с к а - Β i r u 1 a, Nuovo Cim. 33, 1484 (1964).
       8. http://ufn.ru/ufn71/ufn71_5/Russian/r715a.pdf
       9. И.Н. Бекман, Радиохимия. Т.1, М., ОнтоПринт,2011,С.98,170
       10. http://www.nkj.ru/archive/articles/6834/
       11. http://pontecorvo.jinr.ru/work/pswork4.html

        Авария на АЭС Фукусима-1 — крупная радиационная авария (по заявлению японских официальных лиц — 7-го уровня по шкале INES), произошедшая 11 марта 2011 года и привела к расплавлению активной зоны реакторов на энергоблоках 1, 2 и 3 в первые дни развития аварии (общее число блоков 6).
       Как известно, в качестве наиболее распространённого топлива в современных ядерных реакторах используют изотопы 235U, 238U или 239Pu, которые при нейтронном захвате, происходящем в процессе ядерной реакции, подвергаются бета-распаду с выделением потока антинейтрино. Например, при средней энергии в 200 МэВ, выделяемой при ядерной реакции, около 9 МэВ (4,5%) энергии уноситься с потоком антинейтрино, а по некоторым оценкам, средняя атомная электростанция может испускать до 10 в 20 степени антинейтрино в секунду [4].

             Это один момент. Но есть и другой: а именно, взаимодействие нейтрино с веществом относится к, так называемому, слабому взаимодействию и вытекающим из него последствиям, однако как указывал крупнейший специалист по физике нейтрино академик Б.М. Понтекорво в 1970 г. [5, 6, 8], а еще ранее в 1964 г. это обсуждалось в работе Э. Беляницкой-Бируля [7], взаимодействие между самими частицами могут протекать по механизму сильного взаимодействия!
       Это в корне меняет ситуацию, наличие рядом двух и более нейтринных полей может приводить к их сильному взаимодействию, возможно, по синергическому механизму и последствия этого могут быть просто катастрофическими. А именно:

 С самого начала открытия нейтрино был принят какой-то, если так можно сказать, «проникающий уклон» в описании его свойств. Исследователи просто соревновались в подсчете астрономических единиц бетона, чугуна или свинца, которые беспрепятственно пронизывает нейтрино. А вот о возможных резонансных взаимодействиях его с веществом и их поискам, что-то совсем не слышно. Совершенно понятно, что это не простая задача, но дело в том, что, похоже, серьезно она и не ставилась! Хотя резонансные взаимодействия широко распространены в микромире и физике элементарных частиц [9], и было бы крайне не осмотрительно не допустить их наличие и для нейтрино, пусть, даже и с очень малой вероятностью. Надо сказать, что для ультранизкоэнергетичных (реликтовых) нейтрино высокий уровень взаимодействия их с веществом уже широко обсуждается [10], но при этом с оговорками, что для ядерных нейтрино это все же, якобы, не характерно?! Да, конечно, для большей части энергетического спектра нейтрино, но не для резонансных!

           

     1)  резкое ускорение обратного бета-процесса [11], что приведёт к большому дополнительному выбросу энергии;

 

 

        2) к увеличению доли возбужденных ядер делящегося материала, что приведет к уменьшению его критической массы и неконтролируемому переходу режима реактора в надкритическое состояние! Это связано с тем, что деление атомных ядер возможно не только из основного, но и из возбужденного состояния [9]. Так, для некоторых нуклидов с зарядовым числом от 92 до 97 (от урана до берклия) обнаружены возбужденные состояния с малым периодом полураспада по спонтанному делению.