Под двойным куполом из металла и бетона, который укрывает руины четвертого энергоблока, время течет иначе. Здесь, говоря романтично и образно, находится полноценная лаборатория экстремальных процессов, где физика немного выходит за рамки учебников.
Тридцать с лишним лет после аварии здание превратилось в гигантский, запечатанный контейнер, в котором продолжаются процессы, которым незнакомом угасание в рамках жизни одного поколения. Поэтому в начале 2020-х годов данные с датчиков, установленных в толще завалов, начали указывать на нечто странное: в глубине, где должна была царить только тлеющая тлеющая радиоактивность, медленно, но неуклонно растет поток нейтронов.
Это сигнал о том, что в застывших массах топливосодержащих материалов — своеобразной «ядерной лаве» — что-то меняется. И это изменение напрямую связано с исчезновением самого обыденного вещества: воды.
Лава, которая не остывает
После взрыва реактора значительная часть ядерного топлива — до 90 тонн — не испарилась, а расплавилась, смешалась с бетоном, сталью и керамикой, и стекла вниз, как настоящая лава. Эти образования, известные как ЛТСМ (лавоподобные топливосодержащие материалы), застыли в подреакторных помещениях, образовав сложные, непредсказуемые структуры. В их составе — уран-235, плутоний-239, америций, нептуний. Все они продолжают спонтанно делиться, испуская при этом нейтроны. Это естественный радиоактивный распад, который должен с каждым годом ослабевать.
Однако измерения, проведенные с 2016 по 2019 год, показали обратное: в некоторых точках, особенно в районе помещения 305/2 — одного из крупнейших скоплений ЛТСМ, — плотность нейтронного потока выросла на 60%. Это пока не катастрофа. Но при этом тренд, который нельзя игнорировать.
Вода как катализатор и тормоз
Ключ к пониманию — вода. Она проникала в руины годами: дождевая, талая, капиллярная. И играла двойственную роль. С одной стороны, вода — замедлитель. Нейтроны, рождённые в реакциях деления, имеют высокую энергию — они «быстрые». Уран-235 и плутоний-239 гораздо охотнее поглощают «тепловые» нейтроны — медленные, замедленные до уровня теплового движения атомов. Вода идеально справляется с этой задачей: сталкиваясь с протонами в молекулах H₂O, нейтроны теряют энергию, как шары в пинболе.
Но вода — и поглотитель. Чем больше ее, тем больше нейтронов «тонет», не успев вызвать деление. Получается баланс: при определенном уровне увлажнения вероятность деления максимальна. Это и есть «точка оптимального увлажнения».
Когда в середине 2010-х годов над старым саркофагом был возведен Новый безопасный конфайнмент (НБК), поступление воды резко сократилось. Крыша герметична, влага не проникает. И начался процесс «просушки».
Эффект просушки: физика в реальном времени
Представьте, что ЛТСМ — это губка, пропитанная водой и пронизанная микротрещинами. Пока она мокрая, нейтроны эффективно замедляются и активно поглощаются. По мере высыхания воды становится меньше. Сначала это ведет к снижению поглощения — нейтроны начинают «выживать» дольше. При этом замедление еще сохраняется, так как остатки влаги в порах продолжают работать как замедлитель. В результате — больше замедленных нейтронов, больше делений, рост потока.
Это и есть «эффект просушки»: по мере высыхания системы нейтронная активность может временно возрастать, достигая пика, после которого, при дальнейшем высыхании, начнет падать, когда замедление станет недостаточным.
Данные за 2014–2017 годы подтверждают сезонность: в сухие периоды нейтронный поток рос, во влажные — снижался. Теперь, под герметичным куполом, этот цикл прерван. Происходит длительное, однонаправленное высыхание. И, как следствие, наблюдаемый рост активности.
Моделирование дальнейшей судьбы 4-го энергоблока ЧАЭС
Если бы в какой-то части лавы скопление делящегося материала стало более компактным, а вода — оптимальной по количеству, теоретически возможен кратковременный всплеск мощности. Это не взрыв в классическом понимании, а так называемый «прыжок мощности»: за миллисекунды температура в локальной зоне может подскочить на тысячи градусов. Вода мгновенно испаряется, уран расширяется — и отрицательные обратные связи (эффект Доплера, выкипание замедлителя) резко гасят реакцию. Цикл может повторяться, если вода снова просочится.
Такие инциденты — «прыжки» — известны в истории ядерной энергетики. Например, в 1999 году на объекте Токаймура в Японии при нарушении технологии произошла критическая сборка, сопровождавшаяся яркой вспышкой («синее сияние») и резким выбросом нейтронов. В Чернобыле подобное было бы менее масштабным, но все равно зафиксировалось бы системами контроля.
Невидимое, но измеримое
Главная сложность — в диагностике. Помещение 305/2 недоступно. Датчики установлены в скважинах, пробуренных снаружи, и экранированы толстыми слоями бетона и обломков. То, что они регистрируют, — это «шум» от множества источников, а не чистый сигнал от самого крупного скопления ЛТСМ. Ученые понимают: рост есть, но насколько точно он отражает процессы в ядре лавы — большой вопрос.
Тем не менее, сам факт, что рост нейтронного потока был предсказан теоретически, говорит о высокой степени понимания процессов. Это не хаос, а управляемая деградация. Система реагирует на изменение условий — герметизацию — так, как и должна была бы, согласно физическим моделям.
Новый безопасный конфайнмент рассчитан на 100 лет. За это время ЛТСМ продолжит охлаждаться, радиоактивность будет снижаться, а процесс просушки — завершаться. В какой-то момент нейтронный поток достигнет максимума и начнет падать. Затем, через десятилетия, система вступит в новую фазу — почти полного затишья.
Самый тревожный сценарий — не взрыв, подобный 1986 году, а локализованная, но самоподдерживающаяся цепная реакция внутри одного из массивов ЛТСМ. Представьте: в глубине застывшей лавы, в условиях почти полной изоляции, скопление урана-235 и плутония-239, замедленное остаточной влагой, достигает критической конфигурации. Нейтроны, рождаясь в делении, эффективно замедляются в микропорах и начинают вызывать новые акты деления. Количество нейтронов растет лавинообразно — за доли секунды мощность в локальной зоне может достичь уровня в тысячи ватт.
Этот всплеск мгновенно нагревает топливный материал до тысяч градусов. Вода, оставшаяся в порах, мгновенно испаряется, создавая давление, способное разрушить хрупкую структуру ЛТСМ. Уран расширяется, нарушается геометрия, замедление падает — и цепная реакция самопроизвольно обрывается.
Могут ли всплески повредить обновлённый саркофаг? Если и да, то не до такого уровня, чтобы в одну секунду нарушить его целостность. Безопасны ли они? Даже в худшем раскладе - контролируемы.
Но что важно: 4-й энергоблок ЧАЭС, в каком-то смысле, по прежнему жив. И может подкинуть какие-то новые сюрпризы даже спустя свыше 30 лет после самой Чернобыльской аварии.
С уважением, Иван Вологдин.
Подписывайтесь на канал Забытые Страницы: тайны истории и науки, ставьте лайки и пишите комментарии – этим вы очень помогаете в продвижении проекта, над которым мы работаем каждый день.
Так же обратите внимание на ещё один мой канал «Танатология». Уверен, он вам очень понравится.