Bir nükleer reaktör çekirdeği erime oluşan nükleer yakıt çubuklar bir nükleer reaktör içeren, uranyum ya kadar plütonyum sıra yüksek radyoaktif füzyon ürünleri , aşırı ısınmaya başlar ve daha sonra eriyik. Özellikle bir reaktör uygun şekilde soğutulmayı bıraktığında meydana gelir. Bölünebilir materyalin , çok sayıda radyoaktif radyoizotop emisyonu ile çevreyi kirletme olasılığı nedeniyle, ciddi bir nükleer kaza olarak kabul edilir.muhafaza muhafazası .
Çeşitli çekirdek Meltdowns zaten hem meydana gelmiştir sivil ve askeri nükleer reaktörlerde (bkz nükleer kazaların listesini ). Nükleer reaktöre çok ciddi hasar vermeleri ile karakterize edildi ve en ciddi vakalar (çevreye radyoaktif salınımlar) sivil halkın çevredeki alandan tahliye edilmesini gerektirdi. Çoğu durumda, reaktörün kesin olarak kapatılması ve ardından tamamen sökülmesi gerekliydi .
Bir nükleer yakıt çubuğu , sıcaklık erime noktasının üzerinde bir değere ulaştığında erir . Çernobil felaketi sırasında , bu sıcaklık artışı neredeyse anlık oldu; diğer durumlarda, özellikle Three Mile Island nükleer kazası sırasında birkaç saat sürebilir .
Çekirdek erimesi, nötron-fisyon zinciri reaksiyonu sona erdikten sonra, termal atalet , atık ısı (kısa ömürlü fisyon ürünlerinin bozulmasına bağlı olarak) veya yangından gelen ısı, reaktör kapandıktan çok sonra bile yakıtı ısıtmaya devam edebileceğinden meydana gelebilir. .
Olarak nükleer reaktörlerde , çekirdek içinde yakıt çubuğu aşağıdaki nedenlerle eritebilir:
Acil durum güç kaynağı sistemlerinin arızalanması da çekirdek erimesine neden olabilir. ABD Nükleer Güvenlik Kurumu'nun (NRC) bir raporu , çekirdek erime senaryolarının% 50'sinin tesisteki bir elektrik kesintisinden kaynaklandığını ortaya koyuyor.
Fisyon reaksiyonlarını durdurduktan hemen sonra, bir nükleer reaktör hala nominal termal gücünün yaklaşık% 7'sini serbest bırakır, bu artık güç logaritmik olarak azalır.
Dolayısıyla şunlara yakındır:
Kalan ısısı normalde - bu tür bir durumda - suyun soğutucu olduğu ve pompaları ve kontrol sistemlerine elektrik sağlanması gereken yardımcı devreler sayesinde soğutma yoluyla giderilir. Fukushima nükleer kazası durumunda , acil durum sistemleri depremden ciddi şekilde hasar görmüş ve / veya müteakip tsunami nedeniyle sular altında kalmış görünmektedir . Acil durum jeneratörleri bir saat sonra aniden durdu.
Reaktör artık soğutulamaz ve su hacmi azalır, bu da reaktör çekirdeğinin erimesine yol açabilir. Erime noktası yakıt yaklaşık 2800 ° C zirkonyum baz kılıf etrafında bozulur ise 830 ° C civarında, su ile bir oksitleme reaksiyonu ile, daha sonra sonları ve 1200 ° C . Kaplama yaklaşık 1600 ° C'de erir , sıcaklık kısmen sudan çıkmışsa kapatma reaktör çekirdeğinde birkaç dakika içinde ulaşır.
Bir patlama, çekirdeğin çok güçlü radyoaktivitesini nispeten büyük mesafelere (bir kilometre mertebesinde) dağıtabilir ve bitkinin kontrol araçlarını tahrip edebilir.
Bu nedenle, bu tür bir kaza sırasında, muhafazada biriken buhar ve hidrojenin dışarıya kaçmasına izin verilmesi tercih edilir, bu da yakıt tüpleri kullanılmışsa genellikle sınırlı olan radyoaktif kontaminasyona neden olur. . Benzer şekilde, çekirdek soğutma, düşük radyoaktivitenin muhafazayı terk ettiği anlamına gelse bile bir öncelik olarak kabul edilir (bu potansiyel olarak kirlenmiş soğutma suyunu tutmak için yayma havuzları sağlanmıştır). Bu yaklaşım , radyoaktivitenin çoğunun muhafaza bariyerlerinin içinde kaldığı bir " bozulmuş mod " oluşturur .
Bir reaktörün çekirdeğinden çıkarıldıktan sonra, ısı vermeye devam eden kullanılmış yakıt elemanları, hem onları soğutmaya hem de bir bariyer oluşturmaya ("sıvı koruma") hizmet eden bir deaktivasyon havuzunda depolanır. Yaydıkları radyasyona. Bir yüzme havuzunun seviyesi sürekli izlenmeli ve sıcaklığı 25 ° C'yi geçmemelidir , bu da sürekli soğutma gerektirir. 12 metre derinliğindeki her havuz , 4 m yükseklikteki radyoaktif malzemeleri barındırabilir . TEPCO'ya göre Fukushima Daiichi sahasında, yüzme havuzlarında reaktörlerden daha fazla radyoaktif malzeme vardı. Kaza anında, 11125 kullanılmış yakıt grubu içeriyordu (altı reaktörün çekirdeklerinde bulunan radyoaktif ürünlerin neredeyse dört katı). Reaktör havuzu , n O havaya maruz kaldığında Parça düzenekleri içerdiği 1331 yılında (bakım için kapatıldı) 4.
Kullanılmış bir yakıt depolama havuzunu soğutmaya yönelik su kaynağının yokluğunda, havuzun içeriği buharlaşır ( saniyede 0,4 litre ve megawatt başına) ve kaynama daha sonra ısınmaya ve ardından soğumaya neden olur . Yakıt çubuklarının patlamasına (oksidasyona bağlı olarak) neden olur . . Ek olarak, depolama havuzları, reaktörlerin dirençli muhafazasının dışında yer alır (normal durumda dinamik olarak sınırlıdırlar) ve bu nedenle atmosfere daha kolay maruz kalırlar.
Bu durum potansiyel olarak çok ciddidir: eğer yüzme havuzu suyu buharlaşırsa (birkaç günlük anormal çalışmadan sonra meydana gelebilir), içerdiği ışınlanmış yakıt elemanları eriyebilir veya alev alabilir ve fisyon ürünlerini doğrudan havuza, atmosfere yayabilir.
Böyle bir durumda, karşılık gelen radyoaktif salımlar şimdiye kadarki salımlardan çok daha yüksek olacaktır.
Nükleer santrallerdeki reaktörler , büyük sarsıntıların başlangıcında otomatik olarak kapanacak şekilde tasarlanmıştır, reaktörün normal çalışması sırasında meydana gelen zincirleme reaksiyon daha sonra durdurulur, ancak reaktörlerin aktivitesinden dolayı ısıyı gidermek için reaktörler soğutulmalıdır . İçerdiği fisyon ürünleri , bu nedenle birkaç aya ulaşabilen bir süre ısındığında parçalanmaya devam ediyor.
Toplam soğutma kaybı, bir nükleer santralin güvenlik cihazlarını boyutlandıran en büyük kazadır . Aslında, bir reaktörün yeterince güvenli olup olmadığını belirlemek, dışarıdan böyle bir kazanın olası sonuçlarını hesaplayarak olur. Bu nedenle, böyle bir kazanın sonuçları önceden incelenir ve çeşitli durumlara verilecek tepkiler , tesisin güvenlik dosyasının bir parçasını oluşturur. Bir elektrik santralinin yasal olarak çalıştırılmasına izin verilmesi için, operatörün herhangi bir çekirdek erime kazasının etkilerinin santralle sınırlı kaldığını ve komşu sakinlerin tahliyesini gerektirmediğini kanıtlaması gerekir.
Genel olarak, bir reaktördeki soğutma kaybının sonuçları şunlar olabilir:
Mekanik hasar İlk sonuç, soğutma suyunun buharlaşması ve bu da aşırı bir su buharı basıncına neden olmasıdır. Buhar basıncı bu durumda tesisata zarar vermek için yeterli olabilir. Radyoaktif kirlilik Sıcaklık yükselmeye devam ettikçe, yakıt kaplaması (uzun tüpler) bölünebilir ve çekirdekte fisyon ürünleri açığa çıkabilir. O zaman risk, bu fisyon ürünlerinin üretilen buharlarla atmosfere yayılması ve dışarıda radyoaktif kirlenmeye yol açmasıdır. Yangın radyoaktif maddeleri atmosfere taşırsa, Çernobil kazasında olduğu gibi fenomen ciddi şekilde ağırlaşabilir . Hidrojen üretimi ve kimyasal patlama Yakıt tüpleri artık suya daldırılmadıklarında çok daha yüksek sıcaklıklara (birkaç yüz derece) kadar ısınırlar. Bu yüksek sıcaklıklarda, zirkonyum form zirkonyum oksit ve hidrojen, primer devre üst kısımlarında gaz fazında, su ile karışımları ve birikir gaz fazında form, su ile yakıt kabuk reaksiyona girer. Zr + H 2 O reaksiyonuyüksek olduğu için daha hızlıdır ve 1200 ° C'den itibaren (yalnızca tankta bulunan su tamamen gaz fazına geçtiğinde ulaşılan sıcaklık) keskin bir şekilde hızlanır. Havadaki oksijen ile birleşerek, hidrojen patlayıcı bir karışım oluşturabilir. Çok büyük miktarda üretilirse, hidrojenin dışarıya boşaltılması gerekir, aksi takdirde en zayıf kısımdaki patlamaların etkisiyle bir yarık veya çatlak oluşacaktır: muhafazanın herhangi bir yerinde (sıvının birincil devre) veya reaktör kabından. Kalp füzyonu Son olarak, yakıt elemanları eriyebilir ve oluşan koryum , genellikle reaktör kabının alt kısımlarında yerçekimi ile birikir. Çekirdeğin geometrisi artık kontrol edilmediği sürece , kontrol çubukları (geri kalanıyla kaynaşmış) artık işlevlerini yerine getiremezse kritik kaza riski vardır . Bu nedenle , soğutma suyuna bor ( borik asit formunda ) eklenerek mümkün olduğu kadar çok nötron absorbe edilir ve böylelikle çekirdeğin reaktivitesi azaltılır. Sürekli nükleer reaksiyon Olası bir kritiklik kazası her zaman kritiklik sınırında kalır, ancak küçük bir mekanik patlamaya yol açabilecek olmasına rağmen bunun ötesine geçemez. Bir nükleer enerji santralinde uygun bir nükleer patlama (bir atom bombasınınkiyle aynı türden ) fiziksel olarak mümkün değildir, çünkü yalnızca yavaş hareket eden koryum, başlayan bir zincirleme reaksiyonun enerjisi ile hemen dağılır. enerji potansiyelinin önemli bir kısmını serbest bırakmadan önce.Çernobil kaza senaryosu iki sorunu üst üste getirdi: bir yandan bir buhar patlaması ve diğer yandan grafit moderatörün yangını , reaktör çekirdeğinden gelen ve üzerine yayılan radyoaktivite bulutunu oluşturan fisyon ürünleri ve radyoaktif döküntülere neden oluyor. tüm Avrupa ve ötesinde (grafit yangın mümkün değildir PWR ve BWRs kimin, nötronlar vardır yönetilir su ile).