asyan.org
добавить свой файл
1




ЧОРНОБИЛЬСЬКИЙ УРОК

Урок-ділова гра

ЧорнобилЬ— чорний біль

Душевний і тілесний.

Лиш чую звідусіль:

«Чи ми колись воскреснем?»

Лиш чую звідусіль:

«Чорнобиль — чорний біль,

Його не забілити.

Він мов на рану сіль,

Мов щем несамовитий.»

Мета. На основі аналізу причин аварії на Чорнобильській АЕС увести по­няття про ядерний реактор на теплових нейтронах (про принцип дії і будову); дати порівняльну характеристику реакторів на теплових і швидких нейтро­нах; ознайомити учнів зі станом ядерної енергетики України; розкрити роль людського фактора на виробництві.

^ Тип уроку. Урок засвоєння нових знань.

Обладнання. Плакати та діафільм про ядерні реактори, стенд «Чи знаєте ви, що...» (див. додаток).

Методичні поради. Урок проводиться у формі відкритого засідання з пи­тань розслідування причин аварії на Чорнобильській АЕС. Комісія з питань розслідування складається з трьох чоловік (учитель — голова комісії, два уч­ні — члени комісії). Один учень виконує роль кореспондента — представни­ка преси. Варто заздалегідь підготувати стенд, плакати тощо.
^

Хід уроку


Голова комісії. Сьогоднішнє відкрите засідання комісії з питань розсліду­вання причин аварії на ЧАЕС допоможе нам з'ясувати будову канального ядерного реактора великої потужності на теплових нейтронах, принцип його роботи та стан енергетики в Україні.

Свої висновки ми побудували виключно на основі показів приладів, які відображали роботу всіх систем четвертого енергоблоку ЧАЕС та на аналізу дій персоналу ядерників, що обслуговували цей енергоблок. Хронометраж показів вимірювальних приладів був записаний системою реєстрації під на­звою «чорний ящик». Отож, розпочинаємо.

Перший член комісії. Будівництво Чорнобильської АЕС розпочалось у березні 1970 року. Було заплановано збудувати 6 блоків урано-графітового типу з електричною потужністю 1000 МВт кожний. Перші чотири блоки бу­ли введені в дію протягом 1977-1983 років. Ще два блоки планувались... Але згадаймо про те, що сталося 26 квітня 1986 року.

На третій секунді після натискання кнопки «Стоп», за допомогою якої ав­томатично заглушується реактор, відбувся різкий зріст його потужності (фі­зично це був розгон реактора на швидких нейтронах) а на дев'ятій — почали руйнуватися паливні канали і піднялася 1000-тонна залізобетонна плита, що закривала реактор, потягнувши за собою 211 стержнів — поглиначів нейтро­нів. Система керування і захисту була зруйнована. Стався вибух.

Другий член комісії. Так, але вибухів фактично було два. Перший — о 1 год 23 хв 44 с, коли внаслідок зросту потужності ланцюгової реакції розжа­рилися твели (тепловиділяючі елементи), частинки ядерного палива зруйну­вали цирконієві оболонки, розлетілися та застрягли в графіті. Теплоносій — вода перетворилася в пару, тиск якої заблокував подальший доступ води зни­зу для відбору тепла. Реактор перестав бути керованою системою. Коли пара під великим тиском зруйнувала частину паропроводів, потік води та пари ви­кликав хімічні реакції з розігрітим графітом та цирконієм, унаслідок чого утворилися горючі гази, тиск яких був достатнім для підняття кришки реак­тора.

О 1 год 23 хв 46 с повітря увірвалося в активну зону і, після утворення суміші кисню з воднем та оксидом Карбону, відбувся новий вибух, що зруй­нував перекриття реакторного залу, викинувши біля чверті графіту та части­ну ядерного палива назовні.

Кореспондент. Як класифікувати ті вибухи, що відбулися на ЧАЕС?

Голова комісії. Перший вибух розпочався як тепловий: система охоло­дження не впоралася із відведенням тепла. Але слід пам'ятати, що вода ще й добрий сповільнювач нейтронів, тобто зросла кількість нейтронів для ланцюгового процесу поділу ядер урану. Реактор почав працювати в критичному режимі. Це означає, що процеси в ньому за своєю фізичною суттю мало чим відрізнялися від процесів в атомній бомбі. Але в атомній бомбі радіоактивні осколки народжуються під час вибуху, а в ЧАЕС розсіялись радіонукліди, накопичені за багато місяців роботи реактора. І хоча енергія механічного руйнування не склала і стотисячної долі хіросімських руйнувань, щодо за­бруднення довго живучими радіонуклідами чорнобильська аварія еквівален­тна вибуху близько 300 бомб, аналогічних тій, що була скинута на Хіросіму. Чорнобильський вибух продовжувався як ядерний, хоч ударної хвилі та світ­лового випромінювання майже не було. А другий — найпотужніший та руй­нівний вибух — хімічний.

У результаті вибуху на Чорнобильській АЕС непридатними до викорис­тання стали 42 тис. кв. км території України; щонайменше 400 тис. мешкан­ців були вимушені залишити свої домівки, більш як 10 млн людей зараз проживають на радіаційно забруднених територіях.

Кореспондент. Ці вибухи... З якої причини вони відбулися? Відомо, що на станції мав проводитися експеримент. Чи це якимось чином пов'язано з причинами аварії?

Голова комісії. Так. Але були й інші причини. Є поняття проектно-аварійних ситуацій, коли прогнозується як їхнє виникнення, так і шляхи за­хисту від них. В атомній енергетиці їх дві: розрив трубопроводу, коли у реак­тор не поступає вода, та відключення реактора від споживачів електроенергії. Ось друга ситуація і «прокручувалась».

25 квітня 1986 року передбачалось відключити четвертий блок для плано­вого ремонту. Було вирішено, використавши це, випробувати один із двох турбогенераторів у режимі вибігу (обертання ротора турбіни за інерцією піс­ля припинення подачі пари, за рахунок чого генератор деякий час продовжує виробляти електроенергію) та перевірити роботу спеціального регулятора магнітного поля генератора. Експеримент вважали суто електротехнічним, а тому режим роботи атомного реактора не брався до уваги. Під час проведен­ня експерименту були такі порушення режиму експлуатації:

а) зниження теплової потужності нижче від допустимого значення (наслі­док: реактор став важкокерованим);

б) відключення від реактора частини циркуляційних насосів (наслідок:
температура теплоносія стала вищою від критичної);

в) блокування захисту реактора за сигналом зупинки двох турбогенерато­
рів (наслідок: втрата можливості автоматичної зупинки реактора);

г) блокування захисту за рівнем води та тиском пари у барабані-
сепараторі (наслідок: захист реактора за тепловими параметрами повністю
відключений);

д) відключення системи аварійного охолодження реактора (наслідок: втрата можливості зниження масштабів аварії).

Крім того, мали місце і конструктивні вади.

Що це за система аварійного захисту, яку можна в довільний момент від­ключити?

Система аварійного захисту повинна спрацювати через 2-3 с, а насправді стержні-поглиначі занурювалися на семиметрову глибину більше ніж 20 с.

Стержні-поглиначі повинні заходити в реактор знизу, а вони кріпилися разом із механізмом їхнього керування до «кришки» реактора, яку може зру­шити з місця пара навіть за незначного збільшення її тиску.

Крім того, стержні-поглиначі були коротшими за 7 метрів, унаслідок того нижні шари палива неможливо було «заглушити».

А звідси висновок — конструкція реактора не була досконалою і це призвело до жахливої трагедії, наслідок якої зачепить не одне покоління людства.

Перший член комісії. Невдовзі після Чорнобильської аварії в 27 реакто­рах типу РБМК-1000 відбулися певні зміни: час введення системи аварійного захисту спочатку був скорочений до 12 с, а з 1989 року впроваджено швид­кий аварійний захист (ШАЗ), що забезпечує введення в активну зону стерж­нів — поглиначів нейтронів за 2-2,5 с.

Удосконалена діагностика стану реактора, покращені інші характеристики реактора та систем відведення тепла.

Кореспондент. Чи не могли б Ви розповісти про будову ядерних реакто­рів докладніше? Які процеси там відбуваються? Яких видів є реактори, які їхні характеристики.

Голова комісії. Будь ласка. Реактором називається установка, в якій здій­снюється керована ланцюгова реакція ділення ядер урану. В Україні в основ­ному працюють реактори на теплових нейтронах: реактор РБМК-1000, який і був установлений на четвертому блоці ЧАЕС, та водо-водяний реактор (ВВЕР).

Перспективними є реактори на швидких нейтронах.

Реактор має активну зону, у якій розміщується ядерне паливо, пристрій для регулювання ходу ланцюгової реакції, теплоносій. У реакторах на тепло­вих нейтронах в активну зону входить ще і сповільнювач нейтронів. Навколо активної зони розміщується біозахист, призначений для захисту персоналу від радіації, а також відбивач нейтронів.

У реакторах типу РБМК сповільнювачем є графіт, а теплоносієм — зви­чайна вода. Теплоносій в активній зоні рухається по окремих каналах, що прокладені в середині циліндра заввишки 7 м та діаметром до 12 м, виготов­леного з графітових блоків загальною масою 1850 т.

У РБМК-1000 тепловиділяючими елементами є «пігулки» з діоксиду ура­ну, які по 200 штук містяться в 36 твелах, які становлять касету. Загальна ма­са урану в реакторі — 192 т. В інших каналах — 211 стержнів-поглиначів. Вода подається в канали знизу циркуляційними насосами під тиском 70 ат­мосфер. У каналах вона закипає і суміш із 14% пари і 86% води через верхню частину каналу потрапляє у 4 горизонтальні барабани-сепаратори, де вода під дією сили тяжіння стікає вниз, а пара за температури 280°С через паропрово­ди подається у дві турбіни, після проходження яких охолоджується і конден­сується у воду з температурою 165°С. Електрична потужність реактора 1000 МВт, а теплова 3200 МВт. ККД — 31%.

Реактори ВВЕР відрізняються від реакторів РМБК якісним складом збага­ченого урану (ВВЕР — 4% И-235, РМБК— 1,8-2,4% 11-235). У ВВЕР тепло­носієм та сповільнювачем нейтронів є звичайна вода, причому активна зона не ділиться на канали, а тиск теплоносія стримується всім корпусом реакто­ра. Вода віддає тепло парогенераторам і знову повертається в реактор. Таким чином, напрацьована у ВВЕР радіоактивність тільки в малих дозах потрапляє в зовнішнє середовище, а в РМБК пара безпосередньо з активної зони йде на турбіну. ККД реакторів ВВЕР теж 30%.

Активна зона реактора на швидких нейтронах складається з урану, збага­ченого до 12% ізотопами Ц-235, 11-233 чи плутонієм. Цю частину реактора виготовляють у вигляді суцільної чи порожнистої кулі або циліндра, які об­кладають з одного або двох боків пластинами з природного урану або торію. Ці речовини становлять зону відтворення ядерного палива. Для відведення тепла використовують легкоплавкі метали — натрій, свинець та інші. Регу­люючі стержні зроблені з урану-238, кадмій і бор для цього непридатні. За­стосування реакторів на швидких нейтронах є засобом більш раціонального використання запасів природного урану.

Кореспондент. Навіщо сповільнюють нейтрони в реакторах на теплових нейтронах і чому не слід цього робити в реакторах на швидких нейтронах?

Голова комісії. Для того, щоб збільшити ймовірність захоплення більшої кількості теплових нейтронів ядрами урану 11-235 за невеликого відсотку зба­гачення руди.

При поглинанні швидких нейтронів поділ урану 11-238 відбувається всього в 5 випадках зі 100; 95 випадків — це утворення 11-239. Крім того, значно зменшу­ється імовірність захоплення швидких нейтронів і подальшого поділу 11-235.

Кореспондент. Що можна сказати про стан атомної енергетики в Україні?

Перший член комісії. Сьогодні більше 40% електроенергії в Україні ви­робляють атомні електростанції. Решту — теплові та гідроелектростанції. З кожним роком частина електроенергії, виробленої атомними електростанція­ми, зростаєОскільки запаси органічного палива в Україні обмежені, то є необхідність використовувати ядерне пальне. Але аварія на ЧАЕС довела, що атомний ре­актор потребує бездоганної виробничої дисципліни, у зв'язку з чим зростає роль так званого людського фактора — зростає роль відповідальності робіт­ника за доручену справу.

Генератори Чорнобильської АЕС припинили свою роботу 15 грудня 2000 року, над четвертим блоком зроблене суцільне укриття — «саркофаг».

Голова комісії. Але радіоактивне відлуння Чорнобиля нагадуватиме про себе ще не одну сотню років.

Кореспондент.

Чорнобильський вітер по душах мете. Чорнобильський пил на роки опадає. Годинник життя безупинно іде.

...Лиш пам'ять, лиш розум усе пам'ятає.

Голова комісії. Ми закінчили наше розслідування причин аварії на ЧАЕС. Чи є у вас якісь запитання? {Звертається до учнів класу.) Якщо немає, то у мене є запитання до вас.
^

Закріплення вивченого


Який має вигляд і як працює ядерний реактор на теплових нейтронах?

Навіщо сповільнюють нейтрони в реакторах на теплових нейтронах?

Як здійснюється керування ланцюговою реакцією в ядерному реакторі на теплових нейтронах?

Як здійснюється керування ланцюговою реакцією в реакторах на швидких нейтронах?

У чому полягає особливість будови реакторів на швидких нейтронах?

Чому в реакторі на швидких нейтронах не використовують воду, кадмій та бор?
^

Домашнє завдання


Додаток

На стенді доцільно розмістити таку інформацію «Чи знаєте Ви, що...»

  • Першими, хто повідомив про чорнобильську трагедію, були шведські
    вчені.

  • Радянське керівництво повідомило про трагедію лише 28 квітня, але й пі­сля 28 квітня компартійне керівництво України продовжувало обдурюва­ти світ і людей України про масштаби трагедії: у Києві 1 травня відбулася демонстрація, а 6 травня Київ приймав учасників велогонки світу.

  • Унаслідок радіації найнебезпечніщим елементом є Радій. Найпотужніший ядерний реактор — канального типу на 1,5 млн кВт на Ігналінській АЕС у Литві, працює з 1984 р.

  • Найпотужніша ядерна електростанція — Фукусуме в Японії, де 10 реак­торів мають загальну потужність 9 096 МВт.

  • Природа також створила «свій» справжній урановий реактор близько
    1,7 млрд років тому, коли частка 1І-235 становила 3-3,3% (в урані на Чорнобильській АЕС — менша майже удвічі). У руслі африканської річки на
    території нинішнього Габону утворилися локальні концентрації руд урану
    з 30-відсотковим вмістом (!), вода була сповільнювачем. Реактор працю­вав імпульсами, бо від перегрівання зменшувалася кількість води в актив­ній зоні, і він самозупинявся (у Чорнобилі — все навпаки). Доведено, щоцей реактор біля сучасного містечка Окло працював не менше 0,25 млн років і використав понад 6 т И-235 (60% початкової кількості). Вважають,що такі реактори могли бути в інших місцях Землі, наприклад, реактор у Колорадо в США, рештки якого розмила вода.