Tjernobyls elefantfod er en giftig masse af corium
Otte måneder efter atomulykken i april 1986 ved atomkraftværket Tjernobyl i Ukraine opdagede arbejdere, der gik ind i en korridor under den beskadigede reaktor nr. 4, et opsigtsvækkende fænomen:sort lava, der var strømmet fra reaktorkernen, som om det havde været noget en slags menneskeskabt vulkan. En af de hærdede masser var særligt opsigtsvækkende, og besætningen gav den tilnavnet Elefantfoden, fordi den lignede foden på det massive pattedyr.
Sensorer fortalte arbejderne, at lavaformationen var så højradioaktiv, at det ville tage fem minutter for en person at få en dødelig mængde eksponering, som Kyle Hill beskrev i denne artikel fra 2013 til videnskabsmagasinet Nautilus.
Et årti senere opnåede det amerikanske energiministeriums internationale nuklearsikkerhedsprojekt, som indsamlede hundredvis af billeder af Tjernobyl, adskillige billeder af Elephant's Foot, som blev anslået til at veje 2,2 tons (2 metriske tons).
Siden da har Elephant's Foot, som er kendt som et lava-lignende brændstofholdigt materiale (LFCM), forblevet et makabert fascinationsobjekt. Men hvad er det egentlig?
Indhold
- Hvad er Tjernobyl-elefantens fod?
- Hvad er Corium?
- Hvor farlig er elefantfod?
- At studere Corium
Hvad er Tjernobyl-elefantens fod?
Fordi Elephant's Foot var så radioaktiv, brugte videnskabsmænd på det tidspunkt et kamera på et hjul til at fotografere den. Nogle få forskere kom tæt nok på til at tage prøver til analyse. Hvad de fandt var, at Elephant's Foot ikke var resterne af atombrændstoffet.
I stedet forklarer atomeksperter, at elefantfoden er sammensat af et sjældent stof kaldet corium, som produceres i en atomulykke, når nukleart brændsel og dele af reaktorkernens strukturer overophedes og smelter, og danner en blanding. Corium er kun dannet naturligt fem gange i historien - én gang under Three Mile Island-ulykken i Pennsylvania i 1979, én gang ved Tjernobyl og tre gange ved Fukushima Daiichi-fabrikkatastrofen i Japan i 2011.
"Hvis en kernesmelte ikke kan afsluttes, så vil den smeltede masse til sidst strømme nedad til bunden af reaktorbeholderen og smelte igennem (med et bidrag af yderligere smeltede materialer) og falde til gulvet i indeslutningen," Edwin Lyman, direktør af atomkraftsikkerhed for Union of Concerned Scientists, forklarer i en e-mail.
"Den varme smeltede masse vil derefter reagere med betongulvet i indeslutningen (hvis der er et), og igen ændre sammensætningen af smelten," fortsætter Lyman. "Afhængigt af typen af reaktor kan smelten spredes og smelte gennem indeslutningsvæggene eller fortsætte med at smelte gennem gulvet og til sidst infiltrere grundvandet (det er, hvad der skete ved Fukushima). Når smelten afkøles tilstrækkeligt, vil den hærde til en hård , stenlignende mineral."
Mitchell T. Farmer, en veteran nuklear ingeniør og programleder ved Argonne National Laboratory siger via e-mail, at corium ligner "meget lava, et sort-oxidmateriale, der bliver meget tyktflydende, når det køler ned, flyder som klæbrigt smeltet glas. Det er, hvad der skete i Tjernobyl med elefantfoden."
Hvad er Corium?
Den nøjagtige sammensætning af et bestemt corium-flow som det, der udgør Tjernobyls elefantfod, kan variere. Farmer, hvis hold har simuleret atomkernesmelteulykker i forskningen, siger, at den brunlige nuance af Elefantfoden ligner corium "hvor smelten er eroderet til beton, der indeholder en høj grad af silica (SiO2), som i bund og grund er glas. Betoner, at indeholder en masse silica kaldes kiselholdig, og det er den type beton, der bruges til at bygge Tjernobyl-værkerne."
Det giver mening, for i første omgang efter kernen smelter, vil corium bestå af de materialer, som kernen normalt er lavet af. En del af det er også uranoxidbrændstof. Andre ingredienser omfatter brændstoffets belægning - typisk en legering af zirconium kaldet Zircaloy - og strukturelle materialer, som for det meste er rustfrit stål sammensat af jern, forklarer Farmer.
"Afhængigt af, hvornår vand gentilføres for at afkøle coriumet, kan coriumsammensætningen udvikle sig med tiden," siger Farmer. "Når dampen koger af, kan dampen reagere med metaller i coriumet (zirconium og stål) for at producere brintgas, som man så påvirkningerne af under reaktorulykkerne ved Fukushima Daiichi. De oxiderede metaller i coriumet omdannes til oxider. hvilket får sammensætningen til at ændre sig."
Hvis corium ikke afkøles, vil det bevæge sig ned gennem reaktorbeholderen og smelte mere strukturelt stål undervejs, hvilket forårsager endnu flere ændringer i dets sammensætning, siger Farmer. "Hvis den stadig er underafkølet, kan corium til sidst smelte gennem stålreaktorbeholderen og falde ned på betongulvet i indeslutningen," forklarer han. "Dette skete ved alle tre reaktorer i Fukushima Daiichi." Betonen, der kommer i kontakt med corium, vil til sidst varme op og begynde at smelte.
Når betonen smelter, indføres betonoxider (typisk kendt som 'slagge') i smelten, hvilket får sammensætningen til at udvikle sig yderligere, forklarer Farmer. Den smeltende beton frigiver også damp og kuldioxid, som fortsætter med at reagere med metaller i smelten for at producere brint (og kulilte), hvilket forårsager endnu flere ændringer i coriums sammensætning.
Hvor farlig er elefantfod?
Det resulterende rod, der skabte Elephant's Foot, er ekstremt farligt. Generelt siger Lyman, at corium er meget mere farligt end ubeskadiget brugt brændsel, fordi det er i en potentielt ustabil tilstand, der er sværere at håndtere, pakke og opbevare.
"I det omfang corium tilbageholder højradioaktive fissionsprodukter, plutonium og kernematerialer, der er blevet radioaktive, vil corium have en høj dosishastighed og forblive ekstremt farligt mange årtier eller endda århundreder fremover," forklarer Lyman.
Meget hårdt størknet corium, ligesom det fra elefantfoden, skulle brydes op for at fjerne det fra beskadigede reaktorer. "[Det] vil generere radioaktivt støv og øge faren for arbejdere og muligvis miljøet," siger Lyman.
Men hvad der er endnu mere bekymrende er, at forskere ikke ved, hvordan corium kan opføre sig på lang sigt, som når det opbevares i et atomaffaldsdepot. Hvad de ved er, at elefantfodens corium sandsynligvis ikke er så aktiv, som den var, og at den køler ned af sig selv - og vil fortsætte med at afkøle. Men det smelter stadig ned og forbliver meget radioaktivt.
I 2016 blev New Safe Confinement (NSC) skubbet over Tjernobyl for at forhindre yderligere strålingslækager fra atomkraftværket. En anden stålkonstruktion blev bygget inden for indeslutningsskjoldet for at understøtte den rådnende betonsarkofag i Tjernobyls reaktor nr. 4. NSC ville - ideelt set - hjælpe med at forhindre en massiv sky af uranstøv i at sprede sig i luften i tilfælde af en eksplosion i rum 305/ 2. Rum 305/2 var direkte under reaktorkernen nr. 4 og har vist tegn på øget neutronemission siden 2016. Det er totalt utilgængeligt for mennesker på grund af de dødelige strålingsniveauer.
Studerer Corium
Ingen ønsker at se en anden Elephant's Foot. Farmer har brugt det meste af sin karriere på at studere nukleare ulykker og arbejde med corium i et forsøg på at udvikle måder, hvorpå anlægsoperatører kan standse en ulykke - hvor meget vand der skal injiceres, og hvor det skal sprøjtes ind, og hvor hurtigt vand kan afkøle coriumet og stabilisere det .
"Vi laver store eksperimenter, hvor vi producerer 'corium' med de rigtige materialer, men vi bruger elektrisk opvarmning til at simulere henfaldsvarme i stedet for henfaldsvarme selv," siger Farmer og forklarer, at simuleringen gør eksperimenterne nemmere at udføre.
"Vi har fokuseret det meste af vores arbejde på at undersøge effektiviteten af vandtilsætning ved bratkøling og afkøling af corium til forskellige coriumsammensætninger. Derfor forsker vi i afbødning af ulykker. Den anden ende af det er ulykkesforebyggelse, og det er et hovedfokus område for den nukleare industri."
Nu er det skræmmendeForskere ved Argonne National Laboratory skabte denne video, som viser en smeltet pulje af uranoxid ved 3.600 grader Fahrenheit (2.000 grader Celsius). Deres eksperimenter har simuleret, hvordan en sådan lavastrøm ville erodere betongulvet i en atomreaktor indeslutningsbygning.
Varme artikler
-
Skøjteløbsdråber bevæger sig i banerSpiralformede baner af de to dråber. De ligner planeter:To dråber bevæger sig i kredsløb på en iskold væskeoverflade. De tiltrækker hinanden, og ved næsten friktionsfri bevægelse på deres egen dam -
Ny teknik foreslået for at gøre objekter usynligeInteraktion af lys med en hul kugle af silicium (A) og med den samme kugle fyldt med en potion sammensat af tre forskellige lag (B). Kredit:UEx I de seneste år, usynlighed er blevet et område med -
Forskere går ind på uudforsket territorium i superledningssøgningFermi overfladen, eller den højeste besatte tilstand i den elektroniske struktur, tillader direkte bestemmelse af dopingniveauet. Dette billede viser Fermi-overfladen af den stærkt overdopede, ikke- -
Interkontinentale kvantekommunikationer i virkeligheden aktiveret af Micius-satellittenIllustration af de tre samarbejdende jordstationer (Graz, Nanshan, og Xinglong). Opført er alle stier, der bruges til nøglegenerering og den tilsvarende endelige nøglelængde Kredit:University of Scien
- Japan afslører planer om at sætte en mand på månen inden 2030
- CO2-dip kan have hjulpet dinosaurerne med at gå fra Sydamerika til Grønland
- Dynamisk tjekliste udviklet til webdesignere til at arbejde mere effektivt, kreativt
- Sådan forklares forhold
- En ny tilgang til at forbedre batteriets ydeevne
- Årti med forskning viser ringe forbedringer i adgangskodevejledning til websteder