Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2.

www.iate.obninsk.ru

Самохин Д.С., к.т.н., Заведующий кафедрой “Расчет и конструирование реакторов АЭС” (РКР АЭС) www.samokhin.ucoz.ru

1

Безопасность эксплуатации АЭС.

Критерии безопасности и оценка риска.

Часть №2

www.iate.obninsk.ru

Лекция №2. Содержание.

1 Типы аварий на АЭС

2

3

4

5

6

Авария на Tree Mail Island (TMI)

Авария на Fukushima Daiichi

3

Литература

www.iate.obninsk.ru

ТИПЫ АВАРИЙ НА АЭС 1

3

Контроль и соблюдение балансов:

1. Баланс между рождением и исчезнованием нейтронов.

2. Балан между производством и уносом тепла.

www.iate.obninsk.ru

Нарушение балансов

Типы аварий:

- реактивностная (непредусмотренный рост мощности за

счет нарушение нейтронного баланса): Чернобыльская АЭС.

- тепловая (нарушение баланса между получением и отводом

тепла от твэлов): Tree Mail Island, Fukushima.

4

www.iate.obninsk.ru

АВАРИЯ НА

TREE MAIL ISLAND (TMI) 2

5

Тип реактора – PWR (ВВЭР). Мощность 920 Мвт (э) Р/а выброс 3*106 Ku. Дата аварии: утро 28.03.1979

www.iate.obninsk.ru

Основные элементы Tree Mail Island

6

www.iate.obninsk.ru

Основные этапы протекания аварии на Tree Mail Island

7

www.iate.obninsk.ru

Схема протекания аварии на Tree Mail Island

8 Основы безопасности ядерных энергетических установок: учеб. Пособие /

А.М.Бахметьев; под ред. С.М.Дмитриев; НГТУ. Нижний Новгород, 2006. - 174 с.

www.iate.obninsk.ru

АВАРИЯ НА

FUKUSHIMA DAIICHI

3

9

1. Конструкция АЭС 2. Этапы протекания аварии 3. Высвобождение радиоактивных продуктов 4. Бассейн выдержки отработавшего топлива 5. Источники информации

По материалам Dr. Matthias Braun, PEPA4-G, AREVA–NP ([email protected])

www.iate.obninsk.ru

The Fukushima Daiichi Incident 1. Конструкция АЭС

Fukushima Daiichi (Plant I)

Блок I - GE Mark I BWR (439 MW), год ввода в эксплуатацию 1971

Блок II-IV - GE Mark I BWR (760 MW), год ввода в эксплуатацию 1974

www.iate.obninsk.ru

The Fukushima Daiichi Incident

1. Конструкция АЭС

nucleartourist.com

en.w

ikip

edia

.org

/wik

i/B

row

ns_

Ferr

y_N

ucl

ear_

Po

wer

_Pla

nt

Проектный состав здания

Бетонное здание

Металлическая конструкция обслуживаемого этажа

Containment

Грушевидная сухая оболочка

Торовая влажная оболочка


Обслуживаемый этаж

www.iate.obninsk.ru


Монтаж верхней части грушевидного контаймента

www.iate.obninsk.ru


Этаж обслуживания реактора (Металлическая конструкция)

Бетонное здание реактора (Второй Containment)

Активная зона реактора

Корпус реактора под давлением

Containment (Сухая часть)

Containment (Мокрая часть) / Сбор конденсата

Бассейн отработавшего топлива

Линия свежего пара Основная питательная вода

www.iate.obninsk.ru

The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии

11.3.2011 14:46 - Землетрясение

Магнитуда 9

Отказ единой энергосистемы северной Японии

Реакторы не были повреждены

Аварийная защита

Производство электроэнергии прекращено как следствие прекращения деления ядер урана

Остаточное энерговыделение обусловленное радиоактивным распадом продуктов деления

После АЗ ~6%

После 1 дня ~1%

После 5 дней ~0.5%

www.iate.obninsk.ru


Изоляция Containment

Закрыты все не связанные с безопасностью отводные/подводные каналы containment

Отключение машинного зала

Если изоляция containment прошла успешно, то высвобождение большого количества радиоактивных продуктов маловероятно

Запуск дизель генераторов

Система аварийного охлаждения активной зоны

АЭС находится в стабильном, безопасном состоянии

www.iate.obninsk.ru


11.3. 15:41 Удары цунами в АЭС

АЭС была рассчитана для цунами высотой волны до 6.5м

Текущее цунами высотой >7м

Затопление

Дизель Генераторы и/или

Основные подводящие магистрали охлаждения генераторов

Полное обесточивание АЭС

Общее прекращение снабжения электроэнергией

Только аккумуляторы все еще были доступны

Повреждено все кроме аварийной системы охлаждения активной зоны

www.iate.obninsk.ru


Работа насосов при изоляции активной зоны

Пар из реактора подается в турбину

Пар конденсируется в торовом кольце

Турбина обеспечивает работу насосов

Вода из торового кольца подается при помощи насосов в реактор

Необходимо:

Аккумуляторные батареи

Температура в торовом кольце должна быть ниже 100°C

Но насосы не могут работать бесконечно долго в условиях изоляции активной зоны и отсутствия удаления тепла

www.iate.obninsk.ru


Остановка циркуляционных насосов

11.3. 16:36 в Блоке 1 (Аккумуляторные батареи пусты)

14.3. 13:25 в Блоке 2 (Повреждение насоса)

13.3. 2:44 в Блоке 3 (Аккумуляторные батареи пусты)

Образование пара под корпусом реактора в результате остаточного тепловыделения

Повышение давления

Открытие вспомогательного клапана сброса пара

Удаление пара из торового кольца

Падение уровня жидкости под корпусом реактора

www.iate.obninsk.ru


Постепенное снижение уровня жидкости до предельного уровня. Предельный уровень жидкости кажется немного выше из-за пароводяной смеси.

~50% а.з. остается не защищенной

Температура повышается, но а.з. все еще не разрушена

~2/3 а.з. остается не защищенной

Температура повышается до ~900°C

Растрескивание / Повреждение топливных стержней

Высвобождение продуктов деления из трещин в топливных стержнях

www.iate.obninsk.ru


~3/4 а.з. осталось без воды

Температура превысила ~1200°C

Цирконий в активной зоне начал возгораться в паровоздушной смеси

Zr + 2H20 ->ZrO2 + 2H2

Далее экзотермическая реакция с выделением тепла в а.з.

Образование водорода

Блок 1: 300-600кг

Блок2/3: 300-1000кг

Водород выталкивается в верхнюю часть торового кольца, попадает в грушевидную часть сухой оболочки (нарушена герметичность торового кольца).

www.iate.obninsk.ru


примерно ~1800°C [Блок 1,2,3]

Плавление Zr оболочек

Плавление металлических конструкций

примерно ~2500°C [Блок 1,2]

Разрушение топливных стержней

Вынос р/активного мусора за а.з.

примерно~2700°C [Блок 1]

Расплавленная Уран-Циркониевая эвтектика

Восстановление подачи воды. Остановка аварии на всех 3 блоках

Блок 1: 12.3. 20:20 (27ч без воды)

Блок 2: 14.3. 20:33 (7ч без воды)

Блок 3: 13.3. 9:38 (7ч без воды)

www.iate.obninsk.ru


Высвобождение продуктов деления во время расплавления

Xenon, Cesium, Iodine,…

Uranium/Plutonium остались в а.з.

Продукты деления сконденсировались в виде аэрозолей

Удаление р/а продуктов через клапан в воду конденсационной камеры

В бассейне происходит связывание аэрозолей в фракции

Xenon и остальные аэрозоли в сухой части корпуса

Отложение аэрозолей на поверхности с дальнейшей дегазацией воздуха

www.iate.obninsk.ru


Containment

Последний барьер между продуктами деления и окружающей средой

Толщина стен ~3см

Проектное давление 4-5 атм

Текущее давление свыше 8 атм

В нормальном состоянии заполнена инертным газом (Азот)

Водород из а.з. при окислении

Вскипание камеры конденсации (подобно скороварке)

Разгерметизация containment

Блок 1: 12.3.2012 4:00

Блок 2: 13.3.2012 00:00

Блок 3: 13.3.2012 8.41

www.iate.obninsk.ru


Положительные и отрицательные аспекты разгерметизации containment

Удаление энергии с корпуса реактора (по одному пути)

Сокращение давления до ~4 bar

Высвобождение небольшого количества аэрозолей (Iodine, Cesium ~0.1%)

Высвобождение всех благородных газов

Высвобождение водорода

Высвобождение газа в этаж обслуживания реактора

Водород легко воспламеняющийся

www.iate.obninsk.ru


Блок 1 и 3

Возгорание водорода на этаже обслуживания реактора

Разрушение стального каркаса крыши

Железобетонное здание реактора кажется не поврежденным

Захватывающий вид не представляющий опасности

www.iate.obninsk.ru


Блок 2

Появление водорода в реакторном здании

Возможное разрушение конденсационной камеры (сильно загрязненная вода)

Неконтролируемое истечение газа из containment

Высвобождение продуктов деления

Временная эвакуация АЭС

Высокие локальные дозы на территории АЭС из-за обломков мешают рабатам по восстановлению

Нет точной информации почему Блок 2 ведет себя по другому

www.iate.obninsk.ru


Текущее состояние реакторов

Разрушение активной зоны Блоков 1,2, 3

Разрушение зданий благодаря различным возгораниям Блоков 1-4

Заполнение водой корпусов реакторов в блоках с помощью передвижных насосов

Как минимум containment Блока 1 заполнен водой

Дальнейшее охлаждение реакторов посредством выброса пара в атмосферу

Можно ожидать только незначительного выделения продуктов деления

www.iate.obninsk.ru

The Fukushima Daiichi Incident 4. Бассейн выдержки отработавшего топлива

Бассейн отработавшего топлива на этаже обслуживания реактора

Все отработавшее топливо Блока 4 было выгружено в бассейн выдержки

Осушение бассейнов

Блок 4: в 10 дней

Блок 1-3,5,6 в несколько недель

Утечка воды из бассейнов благодаря землетрясению?

Последствия

Плавление топлива „при атмосферном давлении“

Почти отсутствует удержание продуктов деления

Большой выброс

www.iate.obninsk.ru

The Fukushima Daiichi Incident 4. Бассейн выдержки отработавшего топлива

Бассейн отработавшего топлива на этаже обслуживания реактора

Все отработавшее топливо Блока 4 было выгружено в бассейн выдержки

Осушение бассейнов

Блок 4: в 10 дней

Блок 1-3,5,6 в несколько недель

Утечка воды из бассейнов благодаря землетрясению?

Последствия

Плавление топлива „при атмосферном давлении“

Почти отсутствует удержание продуктов деления

Большой выброс

В настоящее время не ясно, произошло ли высвобождение р/а веществ из бассейна выдержки

www.iate.obninsk.ru

The Fukushima Daiichi Incident 5. Источники информации

Проверенные источники информации

Общество по безопасности реакторов (Германия) [GRS.de]

Публикация радиологических измерений

Немецкий перевод японских/английских интернет страниц

Japan Atomic Industrial Forum [jaif.or.jp/english/]

Текущее состояние АЭС

Данные по внутриреакторному контролю (давление и уровень воды)

Tokyo Electric Power Company [Tepco.co.jp]

Статус восстановительных работ

Жертвы

Скудная информация от TEPCO

Dr. Matthias Braun, PEPA4-G, AREVA–NP ([email protected])

www.iate.obninsk.ru

ЛИТЕРАТУРА 4

37

1. Волков Ю.В. Надежность и безопасность ЯЭУ: учеб. пособие по курсу «Надежность и безопасность ЯЭУ» / Ю.В. Волков, О.Б. Дугинов, Д.А. Клинов – Обнинск : ИАТЭ, 2005. (страницы 12-17).

2. Fukushima. Хронология событий.

http://www.rian.ru/jpquake_mm/20110316/354387245.html

3. Fukushima. МАГАТЭ. Последнии данныне.

http://www.iaea.org/newscenter/news/tsunamiupdate01.html

Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2.

Education

Transcript of Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2.