Jádra jaderného reaktoru taveniny dochází při jaderné palivové tyče v v jaderném reaktoru , které obsahují uran nebo plutonium tak i vysoce radioaktivních štěpných produktů , začnou přehřátí a roztavení. Dochází k němu zejména tehdy, když reaktor přestává být řádně chlazen. Je považována za vážnou jadernou nehodu kvůli pravděpodobnosti, že štěpný materiál může po průchodu emisemi mnoha vysoce radioaktivních radioizotopů znečišťovat životní prostředí.ochranný obal .
V civilních i vojenských jaderných reaktorech již došlo k určitému roztavení jádra (viz seznam jaderných havárií ). Vyznačovaly se velmi vážným poškozením jaderného reaktoru a nejzávažnější případy (radioaktivní úniky do životního prostředí) vyžadovaly evakuaci civilního obyvatelstva z okolí. Ve většině případů bylo poté nutné reaktor definitivně odstavit a poté provést jeho úplnou demontáž .
Jaderná palivová tyč se roztaví, když teplota dosáhne hodnoty nad svou teplotou tání . Během černobylské katastrofy bylo toto zvýšení teploty téměř okamžité; v ostatních případech to může trvat několik hodin, zejména během jaderné nehody ostrova Three Mile Island .
Tavenina jádra může nastat po ukončení řetězové reakce štěpení neutronů, protože tepelná setrvačnost , odpadní teplo (související s rozpadem štěpných produktů s krátkým poločasem rozpadu) nebo teplo z ohně může pokračovat v ohřevu paliva ještě dlouho po odstavení reaktoru .
V jaderných reaktorech se palivové tyče v aktivní zóně mohou roztavit z následujících důvodů:
Porucha systémů nouzového napájení může také vést k roztavení jádra. Zpráva amerického úřadu pro jadernou bezpečnost (NRC) odhaluje, že 50% scénářů roztavení jádra pochází z výpadku elektřiny v elektrárně.
Ihned po zastavení štěpných reakcí jaderný reaktor stále uvolňuje asi 7% svého jmenovitého tepelného výkonu, tento zbytkový výkon logaritmicky klesá.
Je tedy blízko k:
Jejich zbytkové teplo je obvykle - v tomto případě - odváděno chlazením, a to díky pomocným obvodům, ve kterých je chladicí kapalinou voda a jejichž čerpadla a řídicí systémy musí být napájeny elektřinou. V případě jaderné havárie ve Fukušimě se zdá, že nouzové systémy byly vážně poškozeny zemětřesením a / nebo zaplaveny následnou vlnou tsunami . Tyto nouzové generátory o hodinu později se náhle zastavil.
Reaktor již nelze ochladit a objem vody klesá, což může vést k roztavení aktivní zóny reaktoru. Teplota tání paliva je přibližně 2800 ° C , zatímco zirkonium základní plášť zhoršuje kolem 830 ° C, a pak, oxidačním reakcí s vodou, přestávky kolem 1200 ° C . Opláštění se taví kolem 1 600 ° C , přičemž teplota dosáhla za několik minut v aktivní zóně odstaveného reaktoru, pokud je částečně mimo vodu.
Výbuch může rozptýlit velmi silnou radioaktivitu jádra na relativně velké vzdálenosti (řádově kilometr) a zničit ovládací prostředky elektrárny.
Proto se během tohoto typu nehody považuje za výhodné umožnit únik par a vodíku nahromaděných v krytu, i když to znamená způsobení radioaktivní kontaminace zvenčí, která je obecně omezená, pokud byly použity palivové trubky. . Stejně tak je chlazení jádra považováno za prioritu, i když to znamená, že z krytu opouští nízká radioaktivita (k zadržení této potenciálně kontaminované chladicí vody jsou k dispozici rozmetací nádrže). Tento přístup zavádí „ degradovaný režim “, kdy většina radioaktivity zůstává uvnitř izolačních bariér.
Po vyjmutí z aktivní zóny reaktoru se vyhořelé palivové články, které nadále vydávají teplo, ukládají do deaktivačního bazénu , jehož voda slouží jak k jejich chlazení, tak k vytváření bariéry („kapalinové stínění“) Na záření, které vydávají. Hladina bazénu musí být neustále sledována a jeho teplota nesmí překročit 25 ° C , což vyžaduje neustálé chlazení. Každý 12 metrů hluboký bazén pojme radioaktivní materiály ve výšce 4 m . V lokalitě Fukushima Daiichi bylo podle TEPCO v bazénech více radioaktivního materiálu než v reaktorech. V době nehody obsahovaly 11 125 vyhořelých palivových souborů (téměř čtyřnásobné množství radioaktivních produktů obsažených v jádrech šesti reaktorů). Bazén Reaktor n o 4 (který byl vypnut pro údržbu) v 1331 obsažené v části sestavy, když jsou vystaveny vzduchu.
Při absenci přívodu vody určeného k chlazení použitého bazénu na skladování paliva se obsah bazénu odpaří ( 0,4 litru za sekundu a na megawatt) a var pak způsobí ohřev a následné ochlazení prasknutí (spojené s oxidací) palivových tyčí . Skladovací bazény jsou navíc umístěny mimo odolný obal reaktorů (jsou v normální situaci dynamicky uzavřeny) a jsou tak snáze vystaveny atmosféře.
Tato situace je potenciálně velmi vážná: pokud se voda v bazénu odpaří (což může nastat po několika dnech abnormálního provozu), ozářené palivové články, které obsahuje, se mohou roztavit nebo vznítit a šířit jejich štěpné produkty přímo do bazénu.
V takovém případě by odpovídající radioaktivní úniky byly mnohem vyšší než doposud.
Reaktory v jaderných elektrárnách jsou navrženy tak, aby se automaticky vypne při nástupu velkých otřesů, řetězová reakce, která probíhá během normálního provozu reaktoru se pak zastaví, ale reaktory musí být chlazeny, aby se odstranily teplo v důsledku činnosti z štěpné produkty, které obsahuje, a které se proto nadále rozpadají při zahřívání po dobu, která může dosáhnout několika měsíců.
Celková ztráta chlazení je hlavní havárií, která dimenzuje bezpečnostní zařízení jaderné elektrárny . To, zda je reaktor dostatečně bezpečný, lze určit výpočtem možných následků takové nehody zvenčí. Důsledky takové nehody jsou proto předem prostudovány a reakce na různé situace jsou součástí souboru bezpečnostních údajů elektrárny. Aby bylo možné elektrárnu legálně povolit k provozu, musí provozovatel prokázat, že účinky jakékoli havárie roztavení jádra zůstávají omezeny na elektrárnu a nevyžadují evakuaci místních obyvatel.
Obecně mohou být důsledky ztráty chlazení na reaktoru:
Mechanické poškození Prvním důsledkem je, že se chladicí voda odpaří, což způsobí přetlak vodní páry. Tlak par pak může být dostatečný k poškození instalace. Radioaktivní znečištění Jak teplota stále stoupá, může se palivový plášť (dlouhé trubky) rozdělit a uvolňovat štěpné produkty v jádru. Existuje tedy riziko, že se tyto štěpné produkty šíří do atmosféry s produkovanými parami, což vede k radioaktivní kontaminaci zvenčí. Tento jev lze vážně zhoršit, jako při černobylské havárii , pokud oheň přenáší radioaktivní materiál do atmosféry. Výroba vodíku a chemická exploze Palivové trubky, pokud již nejsou ponořeny do vody, se zahřívají na mnohem vyšší teploty (několik stovek stupňů). Při těchto vysokých teplotách zirkonium, které tvoří palivový plášť, reaguje s vodou v plynné fázi za vzniku oxidu zirkoničitého a vodíku, který se mísí s vodou v plynné fázi a hromadí se v horních částech primárního okruhu. Zr + H 2 O reakceje o to rychlejší, že teplota je vysoká, a od 1 200 ° C (teplota dosažená pouze v případě, že voda obsažená v nádrži zcela prošla do plynné fáze) prudce zrychluje. Při kombinaci s kyslíkem ve vzduchu může vodík vytvořit výbušnou směs. Pokud se vyrábí v příliš velkém množství, musí být vodík vypouštěn ven, jinak dojde k roztržení nebo prasknutí v důsledku výbuchů v nejslabší části: jeden z kontejnmentu krytu (po uvolnění kapaliny z primárního okruhu) nebo z nádoby reaktoru. Srdeční fúze Nakonec se palivové články mohou roztavit a vytvořené korium se hromadí gravitací, obvykle ve spodních částech nádoby reaktoru. Pokud geometrie jádra již není řízena, existuje riziko nehody s kritičností, pokud řídicí tyče (roztavené se zbytkem) již nemohou plnit svou funkci. Z tohoto důvodu se do chladicí vody přidává bor (ve formě kyseliny borité ), aby absorboval co nejvíce neutronů a snížil tak reaktivitu jádra. Trvalá jaderná reakce Možná nehoda kritičnosti vždy zůstává na hranici kritičnosti, ale nemůže ji překročit, i když by to mohlo vést k malému mechanickému výbuchu. správný jaderný výbuch (stejného typu jako z atomové bomby ) je fyzicky není možné v jaderné elektrárně, protože škára, který se pohybuje jen pomalu, by okamžitě rozptýlen energii řetězové reakce začátku , než byl schopen uvolnit významnou část svého energetického potenciálu.Scénář havárie v Černobylu překryl dva problémy: na jedné straně explozi páry a na druhé straně oheň grafitového moderátoru, který způsobil oblak štěpných produktů a radioaktivních úlomků pocházejících z aktivní zóny reaktoru a formujících mrak radioaktivity, který se rozšířil celá Evropa i mimo ni (grafitový oheň není možný pro PWR a BWR , jejichž neutrony jsou moderovány vodou).