Hm... a co Ty masz na uwadze, maźku? O ile wiem, materiał osłon – cyrkon, a sciślej, stop cyrkonowo-niobowy – jest dość bierny wobec neutronów powolnych, praktycznie je nie pochłania, a zatem nie wpływa na reaktywność.
Reaktywność chemiczna z wodą w podwyższonej temperaturze - cyrkon powyżej 600 C zaczyna reagować z wodą wydzielając wodór, przy czym wraz ze wzrostem temperatury intensywność reakcji bardzo szybko rośnie, powyżej 900 stopni staje się gwałtowna. W temperaturze 1000 C reakcja ta zachodzi 100x szybciej niż w 600 C. Dokładnie z tego samego powodu - eksplozji produktów tej reakcji - uszkodzeniu uległy rdzenie reaktorów w Fukuszimie. Zwróć uwagę, że temperatura 700, czy 900 C zdecydowanie nie jest temperaturą "wybuchu jądrowego".
Po pierwsze, czy zauważyłeś, że na „moim” wykresie, poczynając od 01:23:30, zmieniła się skala czasowa? Dolny poziom krzywej „1” z pewnością odpowiada mocy 200 MW, tej, którą z trudem udało się osiągnąć przed eksperymentem. W momencie 1:23:42 moc wynosiła (na oko) 530 MW, a dalej w ciągu (też na oko) pół sekundy wzrosła przeszło trzykrotnie.
Tak przestudiowałem to dość dokładnie, począwszy od próby odnalezienia tego wydruku z komputera SKAŁA w jakiejś pracy naukowej w lepszej rozdzielczości (nie znalazłem na szybko) a w końcu bazując na tym co jest sobie to nieco rozrysowałem:
- uprzedzając pytania skan tego wydruku jest krzywy, akurat najbardziej na prawym końcu, dopasowanie osi zrobiłem możliwie najlepiej na całym wydruku, więc akurat na prawym jego końcu nieco "schodzą" ze skanu, ale nie ma to znaczenia dla wniosków. Poza tym zakładam, że skala pionowa jest liniowa. Jak widać przyrost mocy jest rzędu 5 GW/s - jak to się ma do wymienionej miniaturowej głowicy Davy Crotchet, w której przyrost mocy jest rzędu 50 ZW/s (zettawatów, 10^21)? (13 rzędów wielkości).
to przecież dopiero początek procesu, stosunkowo „łagodna” część wykresu eksponencjalnego wzrostu mocy. Dalej, poza granicami obrazku, linia wykresu musiałaby biec prawie pionowo.
Tego to nie wiesz. Rysunek się kończy zanim linia mocy powraca na wykres, zresztą nie wróciła z powodu zniszczenia czujników - z tego rysunku nie można tego wywnioskować. Widać to zaś na tym, który linkowałem:
Jak widać skala czasowa wzrostu (w jego "gwałtownej" części) to są ok. 3 s w najmniej* korzystnym układzie - przy wzroście mocy o ok. 320 GW czyli mamy ok. 110 GW/s. Poszedłem w tej analizie dalej, znalazłem część wykresu najbardziej stromą - co prawda nie jestem pewien, czy analizowałem awarię w Czarnobylu, czy rozdzielczość maszyny drukarskiej lub skanera
... Wykres jest nieco przekręcony, więc "pionowe" odnoszące na oś odciętych nie są pionowe (ale już mi się nie chciało go "odkręcać").
Jak widać biorąc tę najbardziej stromą** część wykresu mamy przyrost mocy o 130 GW w ciągu ok. 0,2 s - co daje przyrost 650 GW/s (*najmniej korzystny układ - wszelkie szacunki mocy ponad zarejestrowaną przez aparaturę kontrolną wynikają wyłącznie z obliczeń, ponieważ jakiekolwiek były czujniki w reaktorze - przestały istnieć kiedy temperatura przekroczyła kilkaset-tysiąc stopni. Na tym wykresie jest kilka możliwych przebiegów tego zdarzenia - wybrałem najgwałtowniejszy). Ale wciąż to jest "tylko" 0,7 TW/s versus te 50 ZW/s (jakieś 11 rzędów wielkości).
**PS - jeszcze taki disclaimerek, bo nie napisałem, a nie jest to oczywiste - skala pionowa na tym wykresie jest logarytmiczna, wobec tego linia prosta mocy na wykresie nie była by prostą na wykresie o skali liniowej - linia prosta na wykresie o skali pionowej logarytmicznej (a poziomej liniowej, jak tu) - jest wykresem funkcji wykładniczej. Tzn tempo przyrostu nie jest stałe, jak na pierwszy rzut oka można by mniemać.
A po wtóre, nie wykluczam, iż niezbyt „strome” nachylenie krzywej mocy jest skutkiem pewnej bezwładności systemu rejestracji parametrów reaktora.
To jest pewne, że histereza czujników była tego a może i większego rzędu. Tym niemniej, jak napisałem wyżej, i tak od 20-kilku GW mocy cieplnej wzwyż zdani jesteśmy wyłącznie na obliczenia.
Nie do końca zrozumiałem Twoją myśl... a gdzie powstaje ciepło w elektrycznym elemencie grzejnym? Nie wewnątrz elementu?
Chodzi mi o to, że zwykle ten element grzejny to jest spirala z cienkiego drutu o bardzo małej pojemności cieplnej, w dodatku tak dobrane są parametry pracy, że przeważnie osiąga ona temperaturę rzędu 1000 C, kiedy temperatura topnienia takiego drutu to może 2000 C - w razie braku odbioru ciepła przepalenie następuje bardzo szybko. W przeciwieństwie do tego pręty paliwowe mają pole przekroju 100x większe i adekwatnie większą pojemność cieplną. Poza tym jednak przepalenie spirali to nie jej wyparowanie, a "strzał" to głównie jest (o ile) z łuku w chwili przerwania obwodu.
Pod względem konstrukcyjnym pręt paliwowy ma dość duże podobieństwo do elementu grzejnego... Na mój chłopski rozum, stokrotna moc 1,5 MW "w jednym strzale" roztopi i odparuje metrową rurkę o średnicy 1,3 cm, bez względu na jej pojemność cieplną.
Wychodzi mi, że było 1661 zestawów paliwowych, w każdym 2x18 prętów z pastylek UO2. Jeśli tak, to moc na pojedynczy pręt to 5 kW (przy tych zakładanych 320 GW szczytowej mocy w trakcie awarii). Pojedynczy pręt, jeśli chodzi o sam dwutlenek uranu, to był walec fi ~12 mm długi na 365 cm, czyli mający objętość ~4,2 dm3, co przy gęstości UO2 daje jakieś 45 kg. Ciepło parowania UO2 to ~1530 KJ/kg, czyli tak licząc metodą "głupiego Jasia" (bez jakiegokolwiek chłodzenia i odpływu ciepła) UO2 w pręcie doprowadzony już uprzednio w całości do stanu ciekłego i ogrzany do temperatury ok. 3800C (temperatura wrzenia) musiałby dodatkowo wydzielić prawie 17 GJ aby wyparować. Podczas gdy przy tej maksymalnej przed zaprzestaniem reakcji mocy na sekundę było na pręt 5 kJ/s ciepła. Liczenie to jest głupie, bo najpierw stopił się cyrkon, więc kiedy UO2 zaczął się topić to ściekał na dno reaktora.
Tym bardziej, że w rzeczywistości owa moc była prawdopodobnie o rząd większa
Wciąż duży zapas - 50 kJ vs 17 GJ.
W tej, raz już zlinkowanej pracy http://files.pripyat.com/ukrniishr/4.pdfautorom wyraźnie chodzi o cząstkach paliwa, wyrzuconych w momencie awarii, a nie później podczas pożaru i stopienia rdzenia (str. 2).Czy cząstki o średnicy 2..20 mkm to nie „drobny mak”?
OK, ale ile tego było wagowo, tego "maku"?
Czy mogła „zewnętrzna” wobec prętów fala uderzeniowa wybuchu chemicznego pokruszyć na pyłek część bardzo twardych i wytrzymałych pastylek dwutlenku uranu, a inne pozostawić nietkniętymi
Weź pod uwagę, że osłon cyrkonowych w pewnych miejscach już nie było, albo były bardzo cienkie, ponieważ w reakcji z wodą zerodowały. Po drugie pastylki UO2 są spiekiem z proszku (są kruche). Po trzecie w chwili, kiedy rozpatrujemy parowanie UO2 - wszystko już było dawno stopione.
A skąd się wzięła owa energia chemiczna? Podczas normalnej pracy reaktora średnia temperatura rdzenia jest wielkością rzędu kilkuset stopni. Tego za mało dla termolizy wody
Ogólnie zgoda, ale pierwszy wybuch, niszczący rdzeń wynikał z gwałtownej reakcji cyrkonu z wodą w wysokiej temperaturze, która to temperatura wynosiła te 700 czy 900 stopni więc nijakiego wybuchu jądrowego pod to podczepić się nie da. Owszem, jak już się wszystko zaczęło topić i miało te 2400 czy 2600C, woda zaczęła mieć bezpośredni kontakt ze stopionymi materiałami rdzenia (co nie zachodziło, pokąd nie zostały stopione rury paliwowe) to zaczęła na większą skalę zachodzić termoliza - w efekcie której rozwaliło osłonę bezpieczeństwa. Może problem jest definicyjny. Wybuch to zjawisko gwałtowne. W klasycznych materiałach wybuchowych detonację definiuje się jako falę reakcji idącą nie wolniej, niż prędkość dźwięku w danym materiale. Typowo jest to wielokrotna prędkość dźwięku (co samo przez się jest interesujące - detonacja nie jest przenoszona mechanicznie, tylko... "jądrowo"). Typowe prędkości detonacji materiałów wybuchowych to kilka km/s, zwykle koło 7-8. Gdyby reaktor był kulą TNT o średnicy 26 m (mniej więcej taka była objętość reaktora jako całości) to detonacja zainicjowana w centrum trwałaby tylko ok. 2 tyś. sekundy - jak to porównać do budowania mocy przez 3 sekundy, a nawet przez 2 dziesiąte sekundy? Nie czujesz olbrzymiej dysproporcji? Taka detonacja 9 tyś m3 TNT (~15 kiloton) wydzieliłaby ~60 MJ w tym czasie, co dałoby moc niemal 30 TJ. A to zwykły trotyl. Gdzie mu do bomby atomowej? Mało tego, to gdyby tylko te 200 ton uranu zamienić na TNT, to mielibyśmy ~330 m3 TNT, kula z tego miałaby promień ~4m, detonacja takiej bomby trwałaby 0,6 tyś. sekundy - wydzielona energia 840 GJ - pioko taka jak te 320 GJ x 3s, pomijając, że 320 to był pik a nie średnia z 3 s. Mamy 0,6 tyś. sekundy do 3 sekund. Czynnik 5000.
Tak naprawdę to łatwo zapamiętać. Fat Man – jak wynika z jej miana – taka okrągła, pękata. A to dlatego, że implozyjna, a zatem plutonowa
Uwierz mi, mam kilka takich problemów i żadna mnemotechnika nie pomaga. Człowiek całe życie stara się nie wyjść na większego idiotę niż nim jest - i przeważnie mu nie wychodzi
. Przyjmę na klatę, jak gdzieś się machnąłem, bo niczego nie sprawdzałem tylko wszystko prosto spod kalkulatora
(Casio fx-82A
).