Dodatni współczynnik reaktywności temperaturowej główną wadą reaktorów RBMK
Bardzo niebezpieczną cechą reaktorów RBMK jest dodatni współczynnik reaktywności temperaturowej i przestrzeni parowych, powodujący samoczynny wzrost mocy reaktora w wyniku wzrostu temperatury lub pojawienia się w jego wnętrzu przestrzeni parowych. Jest to dodatnie sprzężenie zwrotne temperatury wnętrza reaktora i jego mocy.
Przeciwieństwem jest ujemny współczynnik reaktywności temperaturowej reaktorów PWR i BWR, powodujący naturalny spadek mocy przy wzroście temperatury wewnątrz reaktora.
Neutrony, które powstają w wyniku rozszczepienia jądra uranu, mają ogromne prędkości, odpowiadające energii milionów elektronowoltów. Tak prędkie neutrony przeszywają paliwo „nie widząc” jąder uranu i nie powodując ich rozszczepień.
Aby rozszczepienia uranu mogły nastąpić, neutrony muszą zostać spowolnione dziesiątki milionów razy do energii rzędu setnych części elektronowolta, tzw. energii termicznych. Spowalnianie nazywamy moderowaniem (moderacją), a substancję spowalniającą, moderatorem.
W reaktorach PWR i BWR moderatorem neutronów jest woda, której gęstość maleje przy wzroście temperatury rdzenia, a przy wrzeniu zamienia się w parę o jeszcze mniejszej gęstości. Traci ona wtedy zdolności moderacyjne, co zmniejsza liczbę neutronów termicznych zdolnych do wywołania kolejnych rozszczepień i reakcja łańcuchowa wygasa – reaktor samoczynnie wyłącza się.
W reaktorze RBMK przeciwnie – odparowanie wody zwiększa liczbę neutronów termicznych, reakcja łańcuchowa nasila się i moc reaktora rośnie.
Zmiany gęstości rozszczepień po odparowaniu części wody.
A - normalna praca,
B - wzrost temperatury, część wody odparowuje. W reaktorze PWR lub BWR liczba rozszczepień maleje, a w reaktorze RBMK rośnie.
W reaktorze RBMK spowalniaczem neutronów jest grafit, a woda między prętami paliwowymi służy głównie do odprowadzania ciepła. Jest jej za mało, by mogła pełnić rolę moderatora (spowolnienie neutronów w wodzie wymaga wielokrotnych zderzeń z jądrami wodoru). Ponadto pewna część neutronów ulega pochłanianiu w wodzie i zmniejszenie jej gęstości wskutek podgrzania, a tym bardziej wskutek częściowego odparowania, powoduje zmniejszenie liczby tych pochłonięć. Idzie za tym wzrost liczby neutronów, które wracają jako spowolnione do paliwa i powodują nowe rozszczepienia.
Dlatego w reaktorze RBMK wzrost temperatury, powodujący zmniejszenia gęstości i odparowanie wody, prowadzi do wzrostu gęstości rozszczepień, wzrostu mocy reaktora, dalszego podgrzewu wody i dalszego wzrostu mocy. To dodatnie sprzężenie zwrotne powoduje gwałtowny wzrost mocy reaktora, o ile nie zatrzyma go wprowadzenie do rdzenia prętów bezpieczeństwa.
