Ядерний та гідродинамічний бафтинг, флаттер та колапс в гетерогенних системах: псевдокооперативна вихор-хвильова динаміка і топологія чорнобильської та саяно-шушенської катастроф

ЯДЕРНИЙ ТА ГІДРОДИНАМІЧНИЙ БАФТИНГ, ФЛАТТЕР ТА КОЛАПС В ГЕТЕРОГЕННИХ СИСТЕМАХ: ПСЕВДОКООПЕРАТИВНА ВИХОР-ХВИЛЬОВА ДИНАМІКА І ТОПОЛОГІЯ ЧОРНОБИЛЬСЬКОЇ ТА САЯНО-ШУШЕНСЬКОЇ КАТАСТРОФ

NUCLEAR AND HYDRODYNAMIC BUFFETING, FLUTTER AND COLLAPSE IN HETEROGENIC SYSTEMS: PSEUDO-COOPERATIVE VORTEX-WAVE DYNAMICS AND TOPOLOGY OF CHERNOBYL AND SAYANO-SHUSHENSKAYA CATASTROPHES

Сторінки: 238-248. Номер: №2, 2019 (271)
Автори:
Ю. П. Заспа
Хмельницький національний університет
Yu. P. ZASPA
Khmelnytskyi National University, e-mail: zaspa_yuriy@ukr.net
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-271-2-238-248
Рецензія/Peer review : 27.03.2019 р.
Надрукована/Printed : 11.04.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

Встановлені фізичні механізми Чорнобильської та Саяно-Шушенської катастроф. Формальною причиною Чорнобильської катастрофи стала безглуздість затвердженої програми експерименту з вибігу турбогенератора, яка не передбачала керованих механізмів утилізації надлишкової внутрішньої енергії теплоносія після відсічення турбіни від парового потоку. Саме ця енергія дала початок формуванню некерованої вихор-хвильової структури гідродинамічного поля швидкостей, яка в подальшому каскадно підсилювалась і топологічно трансформувалась з під’єднанням відповідних структур сильного та слабкого полів. В перші ж секунди після закриття стопорно-регулюючих клапанів турбіни розвинувся решітчастий флаттер твелів та експлуатаційно зношених збірок в технологічних каналах реактора, який за 10–20 секунд переріс у сильно виражений бафтинг. Це сприяло подрібненню ядерного палива у твелах та переходу гальмуючого ізотопу ксенону-135 (попередньо накопиченого у т.з. йодній ямі) із ядерного палива в газову фазу. Цей фактор у поєднанні з кавітаційним сповільненням нейтронів у вихор-хвильовому полі швидкостей сприяв аварійному розгону реактора на ультрахолодних нейтронах, які не реєструвались наявними системами контролю потужності реактора, розрахованими на теплові нейтрони з відносно великою довжиною вільного пробігу. Левова частка енергії поділу ядер урану та плутонію витрачалась на динамічне руйнування активної зони реактора, яке врешті завершилось струменевим викидом цієї зони в центральний зал, де внаслідок турбулентного змішування з повітрям відбулась детонація гетерогенної суміші подрібненого ядерного палива, графіту, парів та газів. В свою чергу, ця детонація активувала більш потужний механізм колапсного удару на ультрахолодних нейтронах ,що захоплювались субмікронними частинками зрідженого графіту з розмірами, відповідними дебройлівській довжині хвилі нейтронів. При колапсі нейтронізованих крапель графіту генерувались протони та нейтрони з енергіями порядку 10–100 PeV ,що обумовило колосальний рівень наведеної радіації на руїнах енергоблоку. Ефективна температура згорання графіту у локально термодинамічно-рівноважній підсистемі динамічного кооперативу складала 18000–19000 °К. Це сприяло термічній деструкції ядерного палива у вигляді діоксиду урану, в ході якої виділявся кисень, що підтримував горіння графіту. Таким чином більша частина опроміненого ядерного палива була переведена в стан плазми. Обернений енергетичний каскад, характерний для такого роду динамічних кооперативів, обумовив перенесення енергії з епіцентру колапсного удару (в центральному залі над шахтою реактора на висоті 5–10 м над рівнем підлоги) на периферію, що сформувало комірчасту спіново-детонаційну структуру руйнацій. Активна фаза катастрофи завершилась формування струменевої вихор-хвильової структури, яка інтегрувалась в систему повітряних течій тропосфери Землі, обумовлюючи глобальне радіаційне забруднення планети. Величина цього забруднення на порядок перевищує офіційні дані. Такого роду катастрофічні процеси виходять за рамки існуючих фізичних концепцій та методів розрахунку ядерних енергетичних установок, що створює ризик нових катастроф в енергетиці. Відмічено, що катастрофа на СШГЕС також мала вихор-хвильову природу, однак без ядерної енергетичної накачки, що обумовило значно менший масштаб руйнувань. Розглядається колапсний механізм долому експлуатаційно ослаблених шпильок кришки турбіни другого гідроагрегату СШГЕС. Показано, що розглянута псевдокооперативна вихор-хвильова динаміка є катастрофічним виявом корпускулярно-хвильового дуалізму в макросистемах.
Ключові слова: Чорнобильська катастрофа, Саяно-Шушенська катастрофа, бафтинг, флаттер, колапс, гетерогенна система, ультрахолодні нейтрони, колапсний удар, вихор-хвильова динаміка, корпускулярно-хвильовий дуалізм.

Розширена анотація англійською мовою

The physical mechanisms of the Chernobyl and Sayano-Shushenskaya catastrophes were established. The formal cause of the Chernobyl catastrophe was the absurdity of the approved program of the turbine generator system, which did not include mechanisms used for controlled disposal of excess internal energy of the reactor coolant after the cut-off of the steam turbine flow. It was the energy that gave rise to the formation of an uncontrolled vortex-wave structure of the hydrodynamic velocity field, which later was cascaded amplified and topologically transformed with the connection of the corresponding structures of strong and weak fields. In the very first few seconds after closing the globe (stop) turbine valves the cascade flutter of the nuclear fuel element and operationally worn parts of channels of a reactor developed. In 10-20 seconds, the flutter turned into a strongly expressed buffeting. This influenced the division of nuclear fuel in the nuclear fuel elements and the transition of the stopping isotope of xenon – 135 (previously accumulated in the so-called iodine pit) from nuclear fuel to the gas phase. This factor, in addition to cavitation neutrons slowing in the vortex-wave velocity field influenced the emergency acceleration of the reactor on ultracold neutrons, which were not registered by reactor power control systems, designed for thermal neutrons with relatively large free path distance. The lion’s share uranium and plutonium nuclear fission energy was spent on dynamic destruction of the reactor core, which as a result ended with the release of the jet zone in the central hall, where due to turbulent mixing with air detonation of heterogeneous mixture of crushed fuel, graphite, vapours and gases occurred. In turn, this detonation activated more powerful mechanism of collapse hit of ultracold neutrons which were up taken by submicron particles of liquid graphite with dimensions corresponding to de Broglie neutron wavelength. With the collapse of neutron droplets of graphite, protons and neutrons were generated with energies of the 10-100 PeV range, which caused the colossal level of radiation induced on the ruins of the power unit. The effective temperature of graphite combustion in a locally thermodynamically equilibrium subsystem of a dynamic cooperative was 18000-19000 ° K.  This influenced the thermal destruction of nuclear fuel in the form of uranium dioxide, during which oxygen that supported the burning of graphite was released. Thus, the bigger amount of the irradiated nuclear fuel was transferred to the plasma state. The inverse energy cascade characteristic for such kind of dynamic cooperatives led to the transfer of energy from the epicentre of collapse hit (in the main hall above the reactor well at a height of 5-10 m above the floor level) to the periphery, which formed a spin-detonation cellular structure destruction. The active phase of the disaster ended with the formation of the jet vortex-wave structure, which integrated into the system of air currents of the Earth’s troposphere, causing global radiation contamination of the planet. The magnitude of this contamination is much higher than official data. Such catastrophic processes go beyond the existing physical concepts and methods of calculating nuclear power plants, which poses a risk of new catastrophes in the energy field. It was marked that the catastrophe at the Sayano-Shushenskaya Dam also had a vortex-wave nature, but without nuclear power pumping, which resulted in a much smaller scale of destruction. The collapse mechanism of the runway of the operationally weakened pins of the turbine cover of the second hydrogenerator Sayano-Shushenskaya Dam is investigated. It is shown that the considered pseudo-cooperative vortex-wave dynamics is a catastrophic sighting of the corpuscular-wave dualism in macrosystems.
Key words: Chernobyl catastrophe, Sayano-Shushenskaya catastrophe, buffeting, flutter, collapse, heterogeneous system, ultracold neutrons, collapse hit, vortex-wave dynamics, corpuscular-wave dualism.

References

1. Informacija ob avarii na Chernobyl’skoj AJeS i ee posledstvijah, podgotovlennaja dlja MAGATJe (INSAG-1) [Elektronnij resurs]. – Rezhim dostupu : http://magate-1.narod.ru/
2. Analiz prichin avarii na Chernobyl’skoj AJeS putem matematicheskogo modelirovanija fizicheskih processov. Otchet VNIIAJeS [Elektronnij resurs]. – Rezhim dostupu: http://accidont.ru/WREPO.html
3. Abagjan A. A. Raschetnyj analiz nachal’noj stadii avarii na Chernobyl’skoj AJeS / A. A. Abagjan, I. M. Arshovskij, V. M. Dmitriev i dr. // Atomnaja jenergija. − 1991. − T. 71, № 4. − 275–287.
4. Arutjunjan R. V. Jadernoe toplivo v ob#ekte “Ukrytie” Chernobyl’skoj AJeS / Arutjunjan R. V., Bol’shov L. A., Borovoj A. A., Velihov E. P., Kljuchnikov A. A. − M. : Nauka, 2010. − 240 s.
5. Novosel’skij O. Ju. Tehnicheskie aspekty avarii na 4-m jenergobloke Chernobyl’skoj AJeS: Preprint FGUP NIKIJeT ET-05/70 / Novosel’skij O. Ju., Cherkashov Ju. M., Checherov K. P. − M. : Izd-vo “GUP NIKIJeT”, 2005. − 27 s.
6. Dmitriev V. M. Prichiny Chernobyl’skoj avarii izvestny [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://accidont.ru/datas.html
7. Djatlov A. S. Chernobyl’. Kak jeto bylo [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://www.rrc2.ru/book/index.html
8. Karpan N. V. Chernobyl’. Mest’ mirnogo atoma [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://physiciansofchernobyl.org.ua/rus/book/Karpan.html
9. Suhih A. V. Toplivo kanal’nyh kipjashhih reaktorov bol’shoj moshhnosti / Suhih A. V., Sagalov S. S., Pavlov S. V. – Dimitrovgrad : Izd-vo AO “GNC NIIAR”, 2016. − 185 s.
10. Zaspa Ju. P. Kontaktne dinamo jak generator kogerentnih (kooperativnih) kosmіchnih form ruhu ta dzherelo planetarnoї, sonjachnoї, galaktichnoї і metagalaktichnoї energії ta elektromagnetizmu. Chastina VIII / Ju. P. Zaspa // Vіsnik Hmel’nic’kogo nacіonal’nogo unіversitetu. Tehnіchnі nauki. − 2017. − № 5. − S. 226–239.
11. Zaspa Yu. P. Kooperatyvna dynamika, vzaiemoinduktsiia, kompleksna topolohiia ta hiperkompleksna khronolohiia vykhor-khvylovykh form elektromahnitnoho, hravitatsiinoho, sylnoho i slabkoho, a takozh hidrodynamichnoho poliv proty khybnykh standartiv SM ta LSDM / Yu. P. Zaspa // Herald of Khmelnytskyi National University. − 2019. − № 1. – C. 254–266.
12. Fizicheskaja jenciklopedija : v 5 t. / pod red. A. M. Prohorova. − M. : Bol’shaja ross jenc., 1999. – 760 s.
13. Svidetel’stva ochevidcev Chernobyl’skoj avarii [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://accidont.ru/evid02.html
14. Savonenkov V. G. Radiologicheskoe issledovanie toplivosoderzhashhih novoobrazovanij, voznikshih v rezul’tate avarii na Chernobyl’skoj AJeS / V. G. Savonenkov, E. B. Anderson, E. A. Smirnova, S. I. Shabaev // Trudy Radievogo instituta im. V.G. Hlopina. − 2009. − T. XIV. − S. 87–117.
15. Checherov K. P. Vzryv byl odin, i on byl jadernyj [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://www.novayagazeta.ru/articles/20011/04/21/5877-vzryv-byl-odin-i-on-byl-yadernyy
16. Denisov Ju. N. Mehanizm detonacionnogo sgoranija / Ju. N. Denisov, Ja. K. Troshin // PMTF. – 1960. − № 1. − S. 21–35.
17. Pahomov S. A. Ocenka velichiny mgnovennogo jenergovydelenija pri avarii reaktora na ChAJeS / S. A. Pahomov, Ju. V. Dubasov // Trudy Radievogo instituta im. V. G. Hlopina. − 2009. − T. XIV. − C. 79–86.
18. De Geer L.-E. A Nuclear jet at Chernobyl Around 21:23:45 UTC on April 25, 1986 / L.-E. De Geer, C. Persson, H. Rodhe // Nuclear Technology. − 2018. − V. 201, № 1. − 11–22.
19. Bryzgalov V. I. Iz opyta sozdanija i osvoenija Krasnojarskoj i Sajano-Shushenskoj gidrojelektrostancij / Bryzgalov V. I. – Krasnojarsk : Izd. dom “Surikov”, 1999. − 561 s.
20. Kljukach A. A. Vlijanie asimmetrii spiral’noj kamery na vibracii gidroagregata [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://www.plotina.net/experts/klukach
21. Kljukach A. A. O vibracii na agregate № 2 SShGJeS do avarii. Diskussii [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://tayga.info/details/2011/02/02/~102283
22. Babachenko Ju. V. Raschetnoe issledovanie radial’nyh sil, dejstvujushhih na rotor radial’no-osevoj gidroturbiny / Ju. V. Babchenko, A. Ju. Avdjushenko // Izvestija Samarskogo nauchnogo centra RAN. − 2013. − T. 15, № 4(2). − S. 547–552.
23. Marchuk A. N. Geologicheskie i geodinamicheskie aspekty v komplekse prichin avarii na Sajano-Shushenskoj GJeS / A. N. Marchuk // Gidrotehnicheskoe stroitel’stvo. − 2012. − № 1. – S. 48–57.
24. Lobanovskij Ju. I. Gidroakusticheskij busting – sposob vozbuzhdenija katastroficheskih avtokolebanij v napornoj sisteme Sajano-Shushenskoj GJeS [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://synerjietics,ru/article/busting.htm
25. Akt tehnicheskogo rassledovanija prichin avarii, proishedshej 17 avgusta 2009 goda v filiale Otkrytogo Akcionernogo obshhestva “RusGidro” − “Sajano-Shushenskaja GJeS imeni P. S. Neporozhnego”. − M. : Rostehnadzor, 2009. − 50 s.
26. Rassohin G. O razrushenii uzla kreplenija kryshki turbiny gidroagregata № 2 SShGJeS [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://www.plotina.net/sshges-rassokhin-4/
27. Chastnoe Rassledovanie tehnicheskih prichin avarii gidroagregata № 2 Sajano-Shushenskoj GJeS [Elektronnij resurs]. − Rezhim dostupu : http://samlib.ru/b/boris-i-k/sajanges-rassledowanie.shtm/