29 Авг

Необходимость исследования проблемы охлаждения бассейна выдержки при отказе штатной системы охлаждения




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Введение.

События 2011 года на АЭС Фукусима напомнили мировой общественности о проблемах атомной энергетики, поставили перед мировым ядерным сообществом ряд вопросов по повышению безопасности атомных станций, т.к. тяжелая авария с выходом радиоактивных веществ в окружающую среду является наихудшим из инцидентов на данных предприятиях и событием, оставляющим крайне тяжкие последствия в экономике и общественности.

  1. Краткий обзор тяжелых аварий в атомной энергетике.

Данная авария не первая в истории отрасли. Рассмотрим наиболее известные случаи, произошедшие на АЭС мира.

1952_год._12 декабря в Канаде произошла первая в мире серьезная авария на атомной электростанции. Техническая ошибка персонала АЭС Чолк-Ривер (штат Онтарио) привела к перегреву и частичному расплавлению активной зоны. Тысячи кюри продуктов деления попали во внешнюю среду, а около 3800 кубических метров радиоактивно загрязненной воды было сброшено прямо на землю, в мелкие траншеи неподалеку от реки Оттавы. Ликвидаторы аварии сумели остановить ядовитый поток вблизи реки. Пострадавший реактор был заключен в саркофаг.

1969_год._Произошла авария во Франции: на АЭС «Святой Лаврентий». При перегрузке топлива на работающем реакторе оператор ошибочно загрузил в топливный канал не тепловыделяющую сборку а устройство для регулирования расхода газов. В результате расплавления пяти тепловыделяющих элементов около 50 килограммов расплавленного топлива попало внутрь корпуса реактора. Произошел выброс радиоактивных продуктов в окружающую среду. Реактор был остановлен на один год .

1975_год._30 ноября на Ленинградской АЭС произошла авария с выбросом большого количества радиоактивных веществ. Причиной её послужило расплавление нескольких тепловыделяющих элементов в одном из технологических каналов, что привело к частичному разрушению активной зоны реактора первого энергоблока. Во внешнюю среду было выброшено 1,5 млн Ки радиоактивности. Жители прилегающих территорий не были оповещены об опасности.

1977_год._5 января на АЭС «Богунице» в Чехословакии случилась авария, связанная с перегрузкой топлива. При обширной утечке «горячего» радиоактивного газа погибли два работника станции. Аварийный выход, через который они могли бы покинуть место ЧС, был заблокирован (чтобы «предотвратить частые случаи воровства»). Население относительно аварийного выброса радиоактивности предупреждено не было.

1979_год._28 марта в США, штат Пенсильвания, г.Харрисбург, АЭС «Три-Майл Айленд». Крупнейшая авария в истории ядерной энергетики США. В результате серии сбоев в работе оборудования и ошибок операторов на втором энергоблоке АЭС произошло расплавление 53 процентов активной зоны реактора. Случившееся напоминало «эффект домино». Сначала испортился водяной насос. Затем из-за прекратившейся подачи охлаждающей воды урановое топливо расплавилось и вышло за пределы оболочек тепловыделяющих сборок. Образовавшаяся радиоактивная масса разрушила большую часть активной зоны и едва не прожгла корпус реактора. Если бы это случилось, последствия были бы катастрофичны. Однако персоналу станции удалось восстановить подачу воды и снизить температуру. Во время аварии около 70 процентов радиоактивных продуктов деления, накопленных в активной зоне, перешло в теплоноситель первого контура. Мощность экспозиционной дозы внутри корпуса, в который были заключены реактор и система первого контура, достигла 80 Р/ч. Произошел выброс в атмосферу инертного радиоактивного газа – ксенона, а также йода. Кроме того, в реку Саскугана было сброшено 185 кубических метров слаборадиоактивной воды. Из района, подвергшегося радиационному воздействию, эвакуировали 200 тыс. человек. В наибольшей степени пострадали жители округа Дофин, проживавшие вблизи АЭС. Серьезные негативные последствия имела задержка на два дня решения об эвакуации детей и беременных женщин из 10-километровой зоны вокруг АЭС. Работы по очистке второго энергоблока, почти полностью разрушенного в результате аварии, заняли целых 12 лет и обошлись в 1 млрд долларов, что фактически обанкротило компанию – владельца станции.

1986_год._26 апреля в СССР, Украина, на четвёртом блоке Чернобыльской АЭС  при проведении проектных испытаний одной из систем обеспечения безопасности прозвучало два мощных взрыва, разрушивших часть реакторного блока и машинного зала. Тротиловый эквивалент этих взрывов оценивается величиной около 100-250 тонн тротила. В период с 26 апреля по 10 мая 1986 года, когда разрушенный реактор был окончательно заглушён, по официальной информации, в атмосферу было выброшено около 190 тонн (50 мКи) радиоактивных веществ (примерно 4 процента общей активности топлива в реакторе). По другим оценкам, из реактора было выброшено от 90 до 100 процентов топлива. Загрязнена территория площадью 160 тыс. квадратных километров. Больше всего пострадали северная часть Украины, запад России и Беларусь. Радиоактивные выпадения произошли (в той или иной степени) на территории 20 государств.

От радиационного поражения, полученного при тушении возникшего пожара в ночь аварии, погибли 28 человек (6 пожарных и 22 работника станции), у 208 – диагностирована лучевая болезнь. Примерно 400 тыс. граждан эвакуированы из зоны бедствия. В работах по ликвидации последствий катастрофы принимали участие от 600 тыс. до 800 тыс. человек (200 тыс.-из России). Согласно отчету ООН, количество людей, непосредственно или косвенно пострадавших от аварии на ЧАЭС, составляет 9 млн, из них 3-4 млн – дети. Катастрофа стоила Советскому Союзу в три с лишним раза больше, чем суммарный экономический эффект, накопленный в результате работы всех советских АЭС, эксплуатировавшихся в 1954-1990 годы.

 

  1. Анализ аварии на АЭС Фукусима.

2011_год._Фукусима-1 (Япония). Крупная радиационная авария (7-го уровня по шкале INES), произошедшая 11 марта в результате сильнейшего землетрясения в Японии и последовавшего за ним цунами. Землетрясение и удар цунами вывели из строя внешние средства электроснабжения и резервные дизельные электростанции, что явилось причиной неработоспособности всех систем нормального и аварийного охлаждения и привело к расплавлению активной зоны реакторов на энергоблоках 1, 2 и 3 в первые дни развития аварии.

Не смотря на глубокий анализ безопасности эксплуатации АЭС после предидущих аварий, авария в Японии открыла новые проблемы. Какие именно можно определить анализируя мнения экспертов.

Вот что говорит по поводу аварии на АЭС «Фукусима» Ярослав Штромбах, заместитель директора НИЦ «Курчатовский институт» по направлению «ядерные технологии», директор Центра ядерных технологий, д.т.н., профессор:

«При анализе аварии на АЭС «Фукусима» экспертами Курчатовского института были выделены такие факторы: неадекватный выбранной площадке расположения АЭС учет внешнего воздействия (максимальная высота волны, неудачное расположение оборудования аварийного энергоснабжения); недостатки аварийного планирования; необеспеченность водородной безопасности на случай тяжелого развития аварии; неэффективность в этой аварии государственного регулирования ядерной безопасности» [9].

Мнения по поводу первопричины аварии разделились. Олег Абелев, начальник аналитического отдела ИК «Риком-Траст»  говорит о природной катастрофе, которая привела к катастрофе техногенной и именно природная катастрофа послужила катализатором дальнейших негативных событий. А одним из решений специалист видит внедрение дополнительных систем безопасности [9].

Другого мнения Юрий Громыко, директор Института опережающих исследований, он говорит о том, что причиной катастрофы на АЭС в Японии явилось не землетрясение и не цунами, а принятие неверных решений или непринятие своевременных решений вовсе [8].

Схожее мнение имеет и бывший заместитель руководителя Чернобыльской АЭС Александр Коваленко. Чернобылец считает, что после землетрясения и цунами никакой техногенной катастрофы с реакторами на японской станции не было, но «растерянность и бездействие руководства компании-оператора довели аварию средней тяжести до настоящей катастрофы. Работы по восстановлению электроснабжения с помощью мобильных силовых установок начались на первом и втором блоках только 14 марта, когда авария уже переросла в катастрофу» [1].

Вследствие потери энергоснабжения обесточенные системы АЭС потеряли возможность выполнять свои защитные функции. В процессе развития аварии было потеряно охлаждение бассейна выдержки. Решение данной проблемы пришлось искать уже в процессе ликвидации, потому как бассейну выдержки, как потенциальному источнику опасности, не было уделено должного внимания.

Вот что сообщают по этому поводу РИА Новости, ссылаясь на компанию Оператор АЭС “Фукусима-1” — ТЕРСО:

«Наибольшие опасения компании вызывает четвертый блок. В марте 2011 года из-за взрыва водорода на блоке была повреждена крыша, кроме того, по сравнению с первым (392 стержня) и третьим (566 стержней) блоками в нем хранится значительно больше топлива — 1533 стержня.»

Как отмечается в сообщении оператора аварийной АЭС, предела безопасности в 65 градусов температура на первом блоке достигнет через 26 дней, на третьем — через 14, в общем бассейне — через неделю, а на четвертом блоке уже через четыре дня. При этом компания намерена устранить неисправности в течение суток. Если же это окажется невозможным, охлаждать бассейн будут пожарные [2].

Это и было впоследствии реализовано, однако все прошло не так, как ожидалось. Ввиду неисправности временного насоса, с помощью которого осуществлялась подача воды в бассейн выдержки облученного ядерного топлива энергоблока №2 АЭС «Фукусима-I», насос был заменен пожарной машиной, которая продолжила подавать воду в бассейн. Однако из-за обнаруженных в пожарных брандспойтах трещин в 13.10 по местному времени (06.10 мск) 30 марта подача воды была временно приостановлена, сообщило Агентство ядерной и промышленной безопасности (NISA) Японии. Сообщается также, что с 14.40 по местному времени 30 марта велась подача пресной воды в бассейн выдержки ОЯТ энергоблока №4 с помощью мобильного бетононасоса [3].

Проанализировав приведенную выше ситуацию можно сделать вывод, что к подобным ситуациям надо быть готовым заблаговременно, т.е. иметь в наличии систему, которая будет отводить тепло от бассейна выдержки при потере энергоснабжения или другой причине отказа основной системы охлаждения БВ. Также работоспособность данной системы должна периодически подтверждаться и персонал должен быть обучен навыкам ее применения.

Необходимость постоянного отвода тепла от БВ подчеркивается еще на фоне аварии на АЭС «Тримайл-Айленд». По словам  директора института проблем безопасного развития атомной энергетики Леонида Большова процесс охлаждения БВ на АЭС «Тримайл-Айленд» продолжался несколько лет после аварии. Только после этого можно приступать к спокойной подготовке проектов дезактивации территории, укрепления разрушенных зданий, к проектам изоляции аварийных энергоблоков, к саркофагам [4].

Но тогда проблем с этим не возникло, поэтому этот вопрос не поднимался так остро.

Однако после сообщения японского агенства Киодо о выходе из строя системы охлаждения БВ [5] эта проблема стала изучаться гораздо детальнее.

Показательной стала реакция ядерного регулирования США, которая подготовила сводный документ, содержащий список рекомендаций американским эксплуатирующим организациям по итогам аварии на АЭС «Фукусима Дайичи». Одна из основных рекомендаций — американские станции должны выдерживать полную потерю собственных нужд на протяжении 72 часов и обеспечивать при этом надёжное охлаждение реакторов и бассейнов выдержки. Американские атомщики выразили понимание необходимости изучения проблемы потери охлаждения БВ [6].

Не стало удивлением и заявление представителей NRA — нового, постфукусимского регулирующего органа Японии о необходимости использования «избыточных и диверсифицированных» систем безопасности, которые позволят в будущем предотвратить возникновение на АЭС страны тяжёлых аварий.

В свою очередь, позиция японских эксплуатирующих организаций состоит в том, что безопасность атомных станций должна повышаться за счёт применения «оригинальных идей», которые могут быть различными для различных АЭС, а не путём внедрения «единообразных стандартов» в области безопасности. Ряд конкретных предложений, подготовленных регуляторами, уже получил одобрение у операторов.

Один из способов решения данного вопроса является заливка водой с помощью автобетононасосов (АБН). Идея со сбросом воды с вертолётов — то, что делалось на Фукусиме в первые дни аварии — не вызывает ни у операторов, ни у регуляторов большого энтузиазма [7]. Американские атомщики напоминают о возможности, пусть и небольшой, возникновения микротрещин оболочек разогретых ТВЭЛ при заливе их холодной водой [10].

Однако к применению АБН работники станций должны быть готовы. Так, компания TEPCO напомнила, что во время аварии на Фукусиме она смогла получить в своё распоряжении мощные АБН 18 марта 2011 года, но к работе данное оборудование приступило только 22 марта. Простой в течение четырёх суток объясняется тем, что персонал не имел опыта эксплуатации таких насосов [10]. Что еще раз подтверждает необходимость разработки мероприятий при подобных ситуациях и заблаговременное обучение персонала.

Не смотря на все проблемы, среди стран, успешно развивающих атомную энергетику(по словам Василия Журко, члена комитета Государственной думы РФ по промышленности), возобладал более рациональный подход. Франция, Россия, США, Великобритания намерены продолжать использовать энергию мирного атома и строить новые АЭС. В атомной энергии заинтересованы и быстроразвивающиеся страны – такие как Китай, Индия, Вьетнам. Для всех этих и других стран главным уроком Фукусимы стало осознание того, что безопасность – это не просто главная характеристика проекта атомной станции. Это всеобъемлющее понятие, которое должно включать в себя и пространственные характеристики – то есть географическое расположение объекта, возможность воздействия на него природных катаклизмов, и временные характеристики – то есть уровень безопасности должен повышаться с развитием технологий. Ведь, по сути, проблема АЭС «Фукусима» оказалась не в том, что это объект атомной энергетики, а в том, что ее уровень безопасности соответствовал представлениям сорокалетней давности [7].

  1. Анализ тенденций тяжелых аварий на объектах ядерной  энергетики.

Добавив к списку аварии произошедшие на АЭС, предприятиях работающих с радиоактивными материалами, а также аварии на экспериментальных реакторах получим картину изображенную на рис. 1.

Рис. 1. Схематическая карта мира с обозначенными местами происшествия аварий с выбросом радиоактивных веществ.

Такое представление информации позволяет сделать вывод, что аварии с выходом радиоактивных веществ в окружающую среду, имеют место на территории наиболее развитых в промышленном и технологическом плане стран (в, так называемом, интеллектуальном поясе, стран, вблизи экватора). И это является достаточно общей и понятной тенденцией.

Если же представить данную статистику во временной плоскости с шагом в 10 лет, то можно увидеть, что имеется классическое распределение с пиком аварий приходящимся на 70-е года (рис. 2).

Рис. 2. Статистика тяжелых аварий с выходом радиоактивных веществ в окружающую среду (распределение по годам).

Общность этого заключения подтверждает общая статистика техногенных, технических, химических, промышленных, транспортных аварий во всём мире (см. рис. 3). Легко видеть, что здесь наблюдается такая же закономерность, как и в случае радиационных аварий (рис. 4). Подобную общность можно объяснить общим законом освоения человечеством новых технологий и областей промышленности. Так, с появлением новой технологии всегда возникают трудности освоения, часто приводящие к негативным последствиям. Пик аварийности, приходящийся на 80-е годы, объясняется появлением к этому времени наибольшего числа принципиально новых, «фундаментальных» технологий. И АЭС, как предприятие и технологический процесс в целом, не представляет исключение. По рис. 2-4 видим, что имеет место тенденция спада ожидаемых аварийных ситуаций, в целом, однако необходимо понимать, что появление новых типов реакторов и технологических схем, в силу новизны и малоизучености, должно увеличивать риск аварии. Эта тенденция заставляет нас постоянно уделять большое внимание вопросам безопасности ядерной энергетики.

Рис. 3. Статистика аварий в различных областях человеческой деятельности во всём мире с ретроспективой в 60 лет.

Рис. 4. Закономерность и тенденция аварийных инцидентов в промышленности и ядерной энергетики.

Вывод.

В условиях активного развития атомной энергетики вопросы безопасности АЭС имеют первостепенную важность.

В процессе анализа аварии на АЭС «Фукусима Дайичи» высказывались разные причины ее возникновения, решать которые предстоит в самое ближайшее время. Существует проблема охлаждения воды бассейнов выдержки отработанного ядерного топлива, так как решения этого вопроса на случай отказа основной системы охлаждения не оказалось. Поэтому сейчас этот вопрос активно обсуждается.

Как можно было убедиться из высказываний специалистов в области атомной энергетики, необходимость внедрения дополнительных систем, обеспечивающих безопасность важных элементов АЭС, существует. Внедрение дополнительной системы, охлаждаеющей воду в БВ при обесточении или выходе из строя основной системы охлаждения по другой причине, и имеющей автономное электропитание является предупреждающим решением, а значит и своевременным. Этот шаг поможет устранить недостатки аварийного планирования при развитии аварии с потерей охлаждения БВ. К тому же, заблаговременное внедрение дополнительной системы безопасности позволит быть уверенным в ее работоспособности, постоянно подтверждать это путем периодических испытаний, а так же обучить персонал работе с системой, т.к. отсутствие опыта работы с подобными системами уже сказалось во время ликвидации аварии на АЭС Фукусима, о чем уже сообщалось выше.

Список литературы:

  1. «Риа Новости», http://rus.ruvr.ru/2011/04/06/48548825.html
  2. «Риа Новости», http://news.mail.ru/incident/12391858/
  3. «Российское атомное сообщество», http://www.atomic energy.ru/news/2011/03/31/20645
  1. «Риа Новости», http://rian.ru/jpquake_nuclear/20110412/363642602.html
  2. «Российское атомное сообщество», http://www.atomic-energy.ru/news/2011/03/20/19950.
  1. «Российское атомное сообщество», http://www.atomic-energy.ru/news/2011/10/26/27948.
  1. «Российское атомное сообщество»,http://www.atomic- energy.ru/news/2013/02/04/38779.
  1. «Страна Росатом», http://www.atomic-energy.ru/media/strana-rosatom
  2. «ЭнергоТерритория», http://www.energyland.info/interview-guest-338
  3. «The New York Times», http://www.nytimes.com/interactive/2011/03/12/ world/asia/the-explosion-at-the-japanese-reactor.html?ref=asia&_r=0
    Необходимость исследования проблемы охлаждения бассейна выдержки при отказе штатной системы охлаждения
    Предствален краткий обзор тяжелых аварий в атомной энергетике. Предствлен анализ аварии на АЭС Фукусима на основании коментариев экспертов. Представлен анализ тенденций тяжелых аварий на объектах ядерной энергетики.
    Written by: Ищенко Олег Петрович, Королев Александр Викторович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/07/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.15_08(17)
    Available in: Ebook