Еще одной неприятной, а по существу, и наиболее опасной ситуацией на ядерном реакторе является авария, связанная с потерей охлаждения активной зоны даже остановленного реактора. В облучённом топливе ядерного реактора длительное время происходит выделение энергии за счет радиоактивного распада нестабильных изотопов, получившихся в результате деления тяжелых ядер. Это выделение энергии принято называть остаточным энерговыделением. Оно относительно небольшое и впервые часы после останова реактора быстро уменьшается, но спустя, примерно, сутки достигает величины около 1% мощности реактора и медленно спадает со скоростью, пропорциональной t^0.2. А это означает, что, например, для реактора ВВЭР его мощность через сутки будет примерно 30 МВт тепловых (это 30 000 киловаттных кипятильников). В случае, если произошла авария (разрушение системы теплоотвода), и тепло не отводится, то дела плохи.
С помощью теплопроводности можно отвести лишь незначительную часть этого тепла, а все остальное приведет к расплавлению оболочек твэлов, начнет плавиться топливо и так будет продолжаться очень долго, если не предпринимать каких-то нестандартных мер для отвода тепла от радиоактивного топлива.
Конечно, предлагаются разные конструкции, которые позволили бы сохранить теплоотвод от активной зоны реактора при такой аварии, но все это не очень убедительно. Чаше всего предлагают организовать тракты естественной циркуляции теплоносителя, и за счет этого отводить тепло. Но не имея представления о механизме и разрушениях, которые будут способствовать возникновению такой аварии, трудно гарантировать сохранения трактов естественной циркуляции. Ведь это очень тонкий механизм, основанный на изменении плотности теплоносителя в зависимости от температуры. Хоть остаточное энерговыделение и небольшое, оно способно разогреть все вокруг до очень высоких температур.
Например, у Солнца энерговыделение около 0.3 Вт/куб. м, т.е., примерно, в 10 млн. раз меньше, чем остаточное тепло в реакторе. Но за счет огромных размеров и плохого теплообмена с окружающим миром оно разогрето до миллионов градусов.
Конечно, размеры реактора существенно меньше, но и его остаточное тепло может разогреть до десятков тысяч градусов. Облученное топливо ядерного реактора можно с успехом использовать в качестве теплогенератора, но опасность радиоактивности и неуправляемость процесса сильно тормозят возможность использования остаточного тепла в мирных целях. Сейчас считается, что наиболее эффективным противоборством такой аварии является создание реакторов с пониженной плотностью энерговыделения, например, высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР), в которых остаточное тепло отводится через корпус реактора за счет механизма теплопроводности. Другой путь – уменьшение мощности реактора, а, следовательно, и его объема, тогда в ряде ситуаций тоже удается отвести остаточное тепло через поверхность корпуса. Для реакторов большой мощности концепция безопасности в случае аварии, связанной с потерей теплоносителя, заключается в разработке мер, для как можно более длительного сохранения герметичности топлива и восстановления отвода тепла за выигранное время.