Science >> Wetenschap >  >> Fysica

De olifantenpoot van Tsjernobyl is een giftige massa corium

De Olifantenpoot in Tsjernobyl is wat bekend staat als een lava-achtig brandstofhoudend materiaal (LFCM) ). Het is gemaakt van een giftige stof genaamd corium, en een paar minuten in de buurt zal een zekere dood tot gevolg hebben. Het beeld lijkt wazig vanwege de hoge straling. Universal History Archive/Universal Images Group via Getty Images

Acht maanden na het kernongeluk in de kerncentrale van Tsjernobyl in Oekraïne in april 1986 ontdekten arbeiders die een gang onder de beschadigde reactor nr. 4 binnengingen een verrassend fenomeen:zwarte lava die uit de reactorkern was gestroomd, alsof het een een soort door mensen gemaakte vulkaan. Eén van de verharde massa's was bijzonder opzienbarend en de bemanning noemde het de Olifantenpoot omdat deze leek op de voet van het enorme zoogdier.

Sensoren vertelden de arbeiders dat de lavaformatie zo hoog radioactief was dat het vijf minuten zou duren voordat iemand een dodelijke hoeveelheid blootstelling zou krijgen, zoals Kyle Hill uiteenzette in dit artikel uit 2013 voor het wetenschapsmagazine Nautilus.

Tien jaar later verkreeg het International Nuclear Safety Project van het Amerikaanse ministerie van Energie, dat honderden foto's van Tsjernobyl verzamelde, verschillende beelden van de Olifantenpoot, die naar schatting 2,2 ton woog.

Sindsdien is de Olifantenpoot, bekend als lava-achtig brandstofhoudend materiaal (LFCM), een macaber object van fascinatie gebleven. Maar wat is het eigenlijk?

De Olifantenpoot van Tsjernobyl is een vaste massa gesmolten kernbrandstof vermengd met beton, zand en kernafdichting materiaal. Het bevindt zich in een kelder onder reactorkern nr. 4. Amerikaanse ministerie van Energie

Inhoud
  1. Wat is de olifantenpoot van Tsjernobyl?
  2. Wat is corium?
  3. Hoe gevaarlijk is een olifantspoot?
  4. Corium bestuderen

Wat is de olifantenpoot van Tsjernobyl?

Omdat Olifantenpoot zo radioactief was, gebruikten wetenschappers destijds een camera op een wiel om hem te fotograferen. Een paar onderzoekers kwamen dichtbij genoeg om monsters te nemen voor analyse. Wat ze ontdekten was dat Olifantenpoot niet de overblijfselen van de nucleaire brandstof waren.

In plaats daarvan leggen nucleaire experts uit dat de Olifantenpoot bestaat uit een zeldzame stof genaamd corium, die ontstaat bij een nucleair ongeval waarbij splijtstof en delen van de reactorkernstructuren oververhit raken en smelten, waardoor een mengsel ontstaat. Corium heeft zich in de geschiedenis slechts vijf keer op natuurlijke wijze gevormd:één keer tijdens het Three Mile Island-ongeval in Pennsylvania in 1979, één keer in Tsjernobyl en drie keer tijdens de fabrieksramp in Fukushima Daiichi in Japan in 2011.

"Als het smelten van de kern niet kan worden beëindigd, zal de gesmolten massa uiteindelijk naar de bodem van het reactorvat stromen en daar doorheen smelten (met een bijdrage van extra gesmolten materialen), en op de bodem van de insluiting vallen", zegt Edwin Lyman, directeur van de veiligheid van kernenergie voor de Union of Concerned Scientists, legt uit in een e-mail.

"De hete gesmolten massa zal dan reageren met de betonnen vloer van de containment (als die er is), waardoor de samenstelling van de smelt opnieuw verandert", vervolgt Lyman. “Afhankelijk van het type reactor kan de smelt zich verspreiden en door de insluitingsmuren heen smelten of door de vloer blijven smelten, en uiteindelijk het grondwater infiltreren (dit is wat er in Fukushima gebeurde). Wanneer de smelt voldoende afkoelt, zal deze uitharden tot een harde kern. , rotsachtig mineraal."

Mitchell T. Farmer, een ervaren kerningenieur en programmamanager bij het Argonne National Laboratory, zegt via e-mail dat corium “veel op lava lijkt, een zwartachtig oxidemateriaal dat erg stroperig wordt als het afkoelt en vloeit als kleverig gesmolten glas. is wat er in Tsjernobyl gebeurde met de Olifantenpoot."

Nucleair ingenieur Mitchell Farmer (hier te zien) en zijn team voeren experimenten uit die ongelukken met het smelten van reactorkernen simuleren welk gesmolten kernafval (corium) de betonnen vloer van een containmentgebouw erodeert. Boer is hier te zien naast een geërodeerd proefgedeelte met daarin een stuk corium. Wes Agresta

Wat is corium?

De exacte samenstelling van een bepaalde coriumstroom, zoals de Olifantenpoot van Tsjernobyl, kan variëren. Farmer, wiens team in onderzoek ongelukken met het smelten van kernkernen heeft gesimuleerd, zegt dat de bruinachtige tint van de Olifantenpoot lijkt op corium "waarbij de smelt is geërodeerd tot beton dat een hoog gehalte aan silica (SiO2) bevat, wat in feite glas is. die veel silica bevatten, worden kiezelhoudend genoemd, en dat is het type beton dat wordt gebruikt om de kerncentrales van Tsjernobyl te bouwen."

Dat is logisch, want corium zal na het smelten van de kern aanvankelijk bestaan ​​uit de materialen waaruit de kern doorgaans is gemaakt. Een deel ervan is ook uraniumoxidebrandstof. Andere ingrediënten zijn onder meer de coating van de brandstof (meestal een legering van zirkonium, Zircaloy genaamd) en structurele materialen, die meestal uit roestvrij staal bestaan ​​en uit ijzer bestaan, legt Farmer uit.

"Afhankelijk van wanneer er opnieuw water wordt aangevoerd om het corium af te koelen, kan de samenstelling van het corium in de loop van de tijd evolueren", zegt Farmer. "Terwijl stoom kookt, kan de stoom reageren met metalen in het corium (zirkonium en staal) om waterstofgas te produceren, waarvan je de effecten zag tijdens de reactorongevallen in Fukushima Daiichi. De geoxideerde metalen in het corium worden omgezet in oxiden, waardoor de compositie verandert."

Als het corium niet wordt gekoeld, zal het door het reactorvat naar beneden bewegen, waardoor onderweg nog meer constructiestaal zal smelten, wat nog meer veranderingen in de samenstelling veroorzaakt, zegt Farmer. "Als het corium nog steeds onderkoeld is, kan het uiteindelijk door het stalen reactorvat smelten en op de betonnen vloer van de containment vallen", legt hij uit. "Dit gebeurde bij alle drie de reactoren van Fukushima Daiichi." Het beton dat in contact komt met het corium zal uiteindelijk opwarmen en beginnen te smelten.

Zodra het beton smelt, worden betonoxiden (meestal bekend als 'slak') in de smelt gebracht, waardoor de samenstelling nog verder evolueert, legt Farmer uit. Bij het smeltende beton komt ook stoom en kooldioxide vrij, die blijven reageren met metalen in de smelt en waterstof (en koolmonoxide) produceren, wat nog meer veranderingen in de samenstelling van het corium veroorzaakt.

In 2016 werd de Nieuwe Veilige Opsluiting (NSC) over Tsjernobyl geschoven om nog meer straling te voorkomen lekkages uit de kerncentrale. Sindsdien vertoont kamer 305/2 (die zich direct onder de reactorkern van Unit 4 bevond) echter tekenen van verhoogde neutronenemissies. Flickr/Europese Bank voor Wederopbouw en Ontwikkeling

Hoe gevaarlijk is olifantenpoot?

De resulterende puinhoop die Elephant's Foot creëerde, is uiterst gevaarlijk. Over het algemeen, zegt Lyman, is corium veel gevaarlijker dan onbeschadigde verbruikte splijtstof, omdat het zich in een potentieel onstabiele toestand bevindt die moeilijker te hanteren, te verpakken en op te slaan is.

"Voor zover corium zeer radioactieve splijtingsproducten, plutonium en kernmaterialen vasthoudt die radioactief zijn geworden, zal corium een ​​hoog dosistempo hebben en nog vele decennia of zelfs eeuwen extreem gevaarlijk blijven", legt Lyman uit.

Zeer hard gestold corium, zoals dat van de Olifantenpoot, zou moeten worden opgebroken om het uit beschadigde reactoren te verwijderen. "[Dat] zal radioactief stof genereren en de gevaren voor werknemers en mogelijk het milieu vergroten", zegt Lyman.

Maar wat nog zorgwekkender is, is dat wetenschappers niet weten hoe corium zich op de lange termijn zal gedragen, bijvoorbeeld wanneer het wordt opgeslagen in een opslagplaats voor kernafval. Wat ze wel weten is dat het lederhuid van de Olifantpoot waarschijnlijk niet meer zo actief is als vroeger, en dat het vanzelf afkoelt – en zal blijven afkoelen. Maar het smelt nog steeds en blijft zeer radioactief.

In 2016 werd de Nieuwe Veilige Opsluiting (NSC) over Tsjernobyl geschoven om nog meer stralingslekken uit de kerncentrale te voorkomen. Er werd nog een staalconstructie gebouwd binnen het insluitingsscherm om de rottende betonnen sarcofaag in Tsjernobyls reactor nr. 4 te ondersteunen. De NSC zou – idealiter – helpen voorkomen dat een enorme wolk uraniumstof in de lucht verspreidt in geval van een explosie in kamer 305/ 2. Kamer 305/2 bevond zich direct onder reactorkern nr. 4 en vertoont sinds 2016 tekenen van verhoogde neutronenuitstoot. Deze kamer is totaal ontoegankelijk voor mensen vanwege de dodelijke stralingsniveaus.

Corium bestuderen

Niemand wil nog een Olifantenpoot zien. Farmer heeft het grootste deel van zijn carrière besteed aan het bestuderen van nucleaire ongevallen en het werken met corium in een poging manieren te ontwikkelen waarmee exploitanten van installaties een ongeval kunnen beëindigen - hoeveel water moet worden geïnjecteerd en waar het moet worden geïnjecteerd, en hoe snel water het corium kan afkoelen en stabiliseren. .

"We doen grote experimenten waarin we 'corium' produceren met de echte materialen, maar we gebruiken elektrische verwarming om de vervalwarmte te simuleren in plaats van de vervalverwarming zelf", zegt Farmer, en legt uit dat de simulatie de experimenten gemakkelijker maakt.

"We hebben het grootste deel van ons werk geconcentreerd op het bestuderen van de efficiëntie van de watertoevoeging bij het blussen en afkoelen van corium voor verschillende coriumsamenstellingen. We doen dus onderzoek naar het beperken van ongevallen. Het andere uiteinde is het voorkomen van ongevallen, en dit is een belangrijk aandachtspunt gebied voor de nucleaire industrie."

Dat is eng

Onderzoekers van het Argonne National Laboratory hebben deze video gemaakt, waarin een gesmolten plas uraniumoxide te zien is bij 3600 graden Fahrenheit (2000 graden Celsius). Hun experimenten hebben gesimuleerd hoe een dergelijke lavastroom de betonnen vloer van een kernreactorgebouw zou eroderen.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe creëren de hersenen een ononderbroken kijk op de wereld?
  2. Watervlooien als kanaries in een kolenmijn bieden de sleutel tot het beheersen van chemische vervuiling
  3. Hoe een schadelijke schimmel zijn waardplant weerloos maakt
  4. Hoe het uitsterven van de dinosauriërs de evolutie van planten veranderde
  5. Genetische ontdekking kan leiden tot betere behandelingen voor veelvoorkomende tumoren bij honden
  6. Waarom zijn de roze meren van Australië roze?
  7. Afrikaanse slaapziekte:hoe de ziekteverwekker tseetseevliegen koloniseert
  8. Onderzoek:landbouwgemeenschap keurt gewassen en duurzame beheerpraktijken goed die zijn gekozen voor diversificatie van Europese velden
  9. Hogere biodiversiteit door rivierverruimende maatregelen

Wetenschap