Валерий Легасов: Высвечено Чернобылем

Зависимость коэффициента размножения водо-графитового реактора типа РБМК от шага решетки. Левее значения шага, при котором кривые зависимости для состояний «с водой» и «без воды» пересекаются, область устойчивых состояний: переход к состоянию «без воды» сопровождается уменьшением коэффициента размножения (I). Правее – область неустойчивых состояний: переход к состоянию «без воды» сопровождается увеличением коэффициента размножения (II). Реальное значение шага сетки – 25 см – находилось в области неустойчивых состояний

Увеличение коэффициента размножения произошло в результате добавления в систему дополнительного замедляющего вещества – воды. Если теперь эту воду удалить, то коэффициент размножения уменьшится. Добавление воды улучшает размножающие свойства системы, удаление воды – ухудшает.

Важной величиной для дальнейших рассуждений является разность коэффициентов размножения для состояний с водой и без воды. Для рассматриваемого минимально возможного шага эта разность оказывается ≈ 0.98.

Эта величина – изменение коэффициента размножения при переходе из состояния «без воды» к состоянию с «водой» – в данном случае оказалась величиной положительной, а именно +0.98. Такой переход, когда начальным состоянием является состояние «без воды», а конечным – состояние «с водой» (а не наоборот), мы выбрали для рассмотрения только потому, что рассматривали переход от физически более простого состояния к более сложному.

В практике принято рассматривать обратный переход: от «с водой» к «без воды», т. е. процесс не заполнения, а опорожнения, обезвоживания. Состояние «с водой» принято считать исходным состоянием, а состояние «без воды» – конечным. Тогда величина изменения коэффициента размножения просто меняет знак – при заполнении системы водой было +0.98, при опорожнении –0.98. Что дает такой подход? Он соответствует изменениям, происходящим при реальном технологическом процессе.

С точки зрения технологии естественным исходным состоянием является нулевая мощность реактора и нулевое содержание пара, а это и есть состояние «с водой». Конечным состоянием является состояние с высоким содержанием пара и, соответственно, с малым содержанием воды. Т. е. конечным состоянием является состояние, близкое к состоянию «без воды». С точки зрения технологии все переходные процессы, все изменения состояния реактора органично и естественно описывать и оценивать применительно к изменению количества пара.

Следующее характерное значение шага решетки – 10 см. Без воды коэффициент размножения по-прежнему меньше единицы, ≈ 0.13, с водой он уже превышает единицу, ≈ 1.001. Состояние, при котором коэффициент размножения превышает единицу, называют надкритическим, или надкритичным. Итак, с добавлением воды при шаге решетки 10 см реактор становится надкритичным; здесь цепная реакция возможна, реактор может быть запущен. Т. е. при размере графитового блока 10 см реактор запускается наполнением водой. Если теперь воду удалить, то реактор станет подкритическим и заглушится.

Разность коэффициентов стала 1.001 – 0.13 ≈ 0.87. Обратим внимание: эта разность уменьшилась – была 0.98, стала 0.87.

Следующие характерное значение шага решетки – 18.5 см. В этом случае графита становится достаточно, чтобы реактор стал надкритическим и запустился уже без воды. Вода в качестве замедлителя в этом случае не создает критичность, а только увеличивает ее, «помогает» графиту. Разница коэффициентов размножения для состояний «с водой» и «без воды» стала ≈ 0.064.

Заметим, что разность коэффициентов размножения «с водой» и «без воды» для каждого очередного значения шага решетки становится меньше. При увеличении шага в последовательности 8.8 см → 10 см → 18.5 см, разность коэффициентов размножения «с водой» и «без воды» убывающую последовательность: 0.98 → 0.87 → 0.064. По мере увеличения шага решетки положительное влияние воды как замедлителя снижается.

Наконец, шаг решетки становится таким, что положительное влияние воды на критичность прекращается. Вода как дополнительный замедлитель работать перестает. Это выражается в том, что коэффициент размножения для состояния «с водой» оказывается равным коэффициенту размножения для состояния «без воды». В нашем случае эти одинаковые значения коэффициентов размножения ≈ 1.0625. Если две величины равны друг другу, то их разность равна нулю. Шаг решетки, при котором разница коэффициентов обнуляется, тут оказывается ≈ 21.5 см. Графически равенство коэффициентов размножения и обнуление их разности выражается в том, что соответствующие графики пересекаются.

Другими словами, шаг решетки, при котором графики пересекаются, соответствует количеству графита, при котором вода перестает быть дополнительным замедлителем.