RBMK
Lỗi thiết kế và vấn đề an toàn > Hệ số rỗng dương cao

Nước nhẹ (H2O thông thường) vừa là chất điều tiết neutron vừa là chất hấp thụ neutron. Điều này có nghĩa là nó không chỉ có thể làm chậm neutron đến vận tốc cân bằng với các phân tử xung quanh ("làm nóng" chúng và biến chúng thành neutron năng lượng thấp, được gọi là neutron nhiệt, có nhiều khả năng tương tác với hạt nhân uranium-235 hơn so với các neutron nhanh được tạo ra bởi sự phân hạch ban đầu), nhưng nó cũng hấp thụ một số trong số chúng.
Trong dòng lò phản ứng RBMK, nước nhẹ đóng vai trò là chất làm mát, trong khi việc điều tiết chủ yếu được thực hiện bằng than chì. Vì than chì đã điều tiết neutron nên nước nhẹ có tác dụng làm chậm chúng chậm hơn nhưng vẫn có thể hấp thụ chúng. Điều này có nghĩa là khả năng phản ứng của lò phản ứng (được điều chỉnh bằng các thanh hấp thụ neutron thích hợp) phải tính đến lượng neutron được hấp thụ bởi nước nhẹ.
Trong trường hợp nước bay hơi thành hơi nước, chỗ có nước sẽ bị chiếm bởi hơi nước, có mật độ thấp hơn nhiều so với mật độ của nước ở dạng lỏng (con số chính xác phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ; ở điều kiện tiêu chuẩn, hơi nước có khối lượng riêng khoảng 1⁄1350 đậm đặc như nước lỏng). Do mật độ thấp hơn (khối lượng và do đó hạt nhân nguyên tử có khả năng hấp thụ neutron), khả năng hấp thụ neutron của nước nhẹ thực tế biến mất khi nó sôi. Điều này cho phép nhiều neutron hơn phân hạch nhiều hạt nhân U-235 hơn và do đó làm tăng công suất lò phản ứng, dẫn đến nhiệt độ cao hơn làm sôi nhiều nước hơn, tạo ra vòng phản hồi nhiệt.
Trong các lò phản ứng RBMK, việc tạo ra hơi nước trong nước làm mát trên thực tế sẽ tạo ra khoảng trống: một bong bóng không hấp thụ neutron. Việc giảm mức điều tiết bằng nước nhẹ là không thích hợp, vì than chì vẫn điều tiết neutron. Tuy nhiên, sự mất khả năng hấp thụ làm thay đổi đáng kể sự cân bằng của việc sản xuất neutron, gây ra tình trạng chạy trốn trong đó ngày càng nhiều neutron được tạo ra và mật độ của chúng tăng theo cấp số nhân. Điều kiện như vậy được gọi là "hệ số rỗng dương" và loạt lò phản ứng RBMK có hệ số rỗng dương cao nhất so với bất kỳ lò phản ứng thương mại nào từng được thiết kế.
Hệ số rỗng cao không nhất thiết làm cho lò phản ứng vốn không an toàn, vì một số neutron phân hạch được phát ra với độ trễ vài giây hoặc thậm chí vài phút (phát xạ neutron sau phân hạch từ hạt nhân con), và do đó có thể thực hiện các bước để giảm phân hạch trước khi nó trở nên quá cao. Tuy nhiên, tình trạng này khiến việc điều khiển lò phản ứng trở nên khó khăn hơn đáng kể, đặc biệt ở công suất thấp. Vì vậy, hệ thống điều khiển phải rất đáng tin cậy và nhân viên phòng điều khiển phải được đào tạo nghiêm ngặt về đặc thù và giới hạn của hệ thống. Cả hai yêu cầu này đều không được áp dụng tại Chernobyl: vì thiết kế thực tế của lò phản ứng mang dấu phê duyệt của Viện Kurchatov và được coi là bí mật quốc gia, nên việc thảo luận về những sai sót của lò phản ứng đều bị cấm, ngay cả trong số những người thực sự vận hành nhà máy. Một số thiết kế RBMK sau này đã bao gồm các thanh điều khiển trên vật lộn điện từ, do đó kiểm soát tốc độ phản ứng và nếu cần, dừng hoàn toàn phản ứng. Tuy nhiên, lò phản ứng RBMK ở Chernobyl lại có các thanh điều khiển ly hợp thủ công.
Tất cả các lò phản ứng RBMK đều trải qua những thay đổi đáng kể sau thảm họa Chernobyl. Hệ số rỗng dương đã giảm từ +4,5 β xuống +0,7 β,làm giảm khả năng xảy ra các vụ tai nạn phản ứng tiếp theo, với cái giá phải trả là yêu cầu làm giàu nhiên liệu uranium cao hơn.