Problemas de seguridad fundamentales

en el reactor de alta temperatura y déficits particulares en el THTR-300

Lothar Hahn - junio de 1986

Por la supuesta seguridad "inherente" del HTR

Desde el comienzo del desarrollo del reactor de alta temperatura, las partes interesadas han intentado sugerir al público que el HTR es "intrínsecamente" seguro. Esta estrategia publicitaria ingeniosamente diseñada sin duda ha tenido cierto éxito, porque ha llevado a una desinformación sin precedentes, incluso en el debate sobre la energía atómica. Como casi ninguna otra afirmación de la industria nuclear, se basa en suposiciones científicamente insostenibles y conclusiones incorrectas.

En tecnología, en particular en tecnología nuclear, un sistema se considera inherentemente seguro si permanece en su estado de diseño únicamente sobre la base de leyes físicas y químicas y si no depende del funcionamiento de los dispositivos de seguridad activa cuando se trata de accidentes. Se instruye la intervención del personal (según la definición de Alwin Weinberg).

Como es bien sabido, el reactor de agua ligera no tiene estas propiedades. Sin embargo, también está completamente claro que prácticamente todos los conceptos de HTR que se han perseguido seriamente hasta ahora no son intrínsecamente seguros y que el THTR-300 en particular no tiene esta propiedad. Por ejemplo, dos de los requisitos centrales relacionados con la seguridad, el apagado y la eliminación del calor residual (y, por lo tanto, en última instancia, también la retención de productos de fisión) dependen de dispositivos de seguridad activa y / o manijas en caso de accidentes graves y liberaciones significativas del) inventario radiactivo. ser prevenido.

Como prueba de la supuesta seguridad inherente, la industria HTR suele citar algunas propiedades en las que el HTR se diferencia del reactor de agua ligera y que se dice que tienen efectos ventajosos en términos de seguridad. Sin embargo, el HTR está lejos de ser inherentemente seguro de esto, porque además de los supuestamente favorables, el HTR también tiene propiedades desventajosas relacionadas con la seguridad que otros tipos de reactores no tienen. A continuación, se presentan y comentan las supuestas ventajas citadas con más frecuencia del HTR:

• Eigenschaft: Baja relación entre la densidad de potencia y la capacidad calorífica, es decir, un aumento de temperatura más lento en comparación con (en comparación con el reactor de agua ligera o el generador) en caso de una falla de enfriamiento.
• Comentario: Esto no es correcto, pero solo se aplica a eventos con ciertas fallas de enfriamiento. En el caso de accidentes específicos de HTR de ingreso de agua, ingreso de aire y accidentes de reactividad, esta propiedad es de menor importancia. Si se requiere un enfriamiento rápido, la alta capacidad calorífica es bastante desventajosa.
• Eigenschaft: Resistencia a altas temperaturas de los elementos combustibles cerámicos y los materiales de la estructura del núcleo, sin fusión del núcleo, como B. posible con el reactor de agua ligera.
• Comentario: La afirmación es correcta, pero ignora el problema real. No se trata principalmente de la posibilidad de una fusión del núcleo, sino más bien de la cuestión de si se pueden liberar productos radiactivos de fisión y de qué manera. A temperaturas superiores a 1600^o C Se liberan proporciones notables de productos de fisión de las partículas de combustible y de los conjuntos combustibles. Este efecto aumenta incluso a temperaturas más elevadas y, a más tardar, a aproximadamente 2500^oC hay descargas masivas en el circuito primario. Las temperaturas a las que se producen escapes peligrosos pueden alcanzarse en el núcleo de todos los reactores grandes y grandes de alta temperatura debido a accidentes sin que el grafito pierda su consistencia mecánica. Por lo tanto, la afirmación de que las fusiones del núcleo no son posibles con el HTR es engañosa y no es relevante para los mecanismos de liberación.
• Eigenschaft: Coeficiente de reactividad de temperatura negativa, es decir, disminución de la generación de energía al aumentar la temperatura.
• Comentario: Esta propiedad no es específica de HTR, pero también está presente en reactores de agua ligera; sin esta propiedad, no se aprobarían ni el HTR ni el reactor de agua ligera. El HTR en particular necesita un coeficiente de temperatura negativo de reactividad, ya que en caso de calentamiento accidental, a diferencia del caso del reactor de agua ligera, se conserva el efecto moderador. Además, se puede afirmar que el coeficiente de temperatura se vuelve cada vez menos negativo a medida que aumenta la temperatura, que al mismo tiempo las incertidumbres en el conocimiento de su curso se hacen cada vez mayores y por encima de aprox. 1200^oC sus valores no se verifican experimentalmente. Otra desventaja particular del HTR es que los accidentes de reactividad son posibles con un enfriamiento rápido.
• Eigenschaft: Helio refrigerante neutro físico de neutrones interno, estable en fase.
• Comentario: Es cierto que el gas refrigerante contiene impurezas que pueden provocar fenómenos de corrosión en los conjuntos combustibles; por lo tanto, se tuvo que proporcionar un sistema de limpieza de gases específicamente para reducir estas impurezas, entre otras cosas. Las otras dos propiedades del helio (estabilidad de fase, neutralidad física de neutrones) son de poca relevancia. De lo contrario, solo se puede utilizar helio como refrigerante.

Por supuesto, las aparentes ventajas de seguridad descritas del HTR también deben compararse con sus desventajas y problemas de seguridad específicos. Algunas de las propiedades supuestamente positivas mencionadas se basan en la elección del grafito como moderador y material estructural. Las propiedades del grafito también son responsables de las posibilidades de accidentes típicas de HTR y específicas de HTR, a saber, reacciones de grafito-agua después de accidentes de entrada de agua (causados ​​por fugas del generador de vapor) e incendios de grafito después de accidentes de entrada de aire. En caso de fallo adicional de las funciones de seguridad requeridas (p. Ej., En caso de entrada de agua: apagado del generador de vapor, eliminación de calor residual, apagado del reactor), estos incidentes no se controlan y pueden dar lugar a escapes incontrolados con daños considerables en el proximidad del reactor. Debido, entre otras cosas, a que estas emisiones tienen lugar antes que después de un accidente de calentamiento del núcleo puro, se puede suponer que los accidentes causados ​​por la entrada de agua y aire inician los procesos de accidentes que dominan el riesgo en el HTR.

Además de este tipo de accidentes, los denominados accidentes de reactividad, es decir, los accidentes que se desencadenan por averías en los sistemas de control y varilla de parada, contribuyen significativamente al riesgo de accidentes en los reactores de alta temperatura.

Se puede considerar seguro que el lobby de HTR se referirá a las investigaciones de incidentes como parte del proceso de aprobación para el THTR-300 y los análisis de seguridad de HTR de la KFA (instalación de investigación nuclear) de Jülich para fundamentar su afirmación de que los incidentes mencionados están controlados o no provocan daños importantes en las proximidades del sistema, incluso si fallan otros sistemas de seguridad. Cabe señalar que los estudios presentados hasta ahora sobre el riesgo de accidente de los reactores de alta temperatura son provisionales, incompletos, en gran parte no validados y científicamente inconsistentes. Antes de que sea siquiera concebible un consenso o incluso se reduzca el disenso, quedan pendientes elementos esenciales y prerrequisitos de un proceso de discusión científico-técnica. B. la revisión crítica e independiente, la trazabilidad y la accesibilidad de las fuentes.

Además, es extraño que hasta ahora solo se hayan realizado estudios de riesgo sobre conceptos HTR que o nunca se realizarán (HTR-1160) o solo han existido en papel (HTR-500, módulo), pero son los únicos en Alemania, el sistema HTR a gran escala existente, el THTR-300, excepto por un breve estudio superficial, no hay investigación de riesgos.

Características del THTR-300 que son desventajosas en términos de seguridad

Una evaluación relacionada con la seguridad del THTR-300 basada en sus características de diseño y principios de construcción, independientemente de las sorpresas negativas durante la puesta en servicio, revela una serie de características desventajosas relacionadas con la seguridad. En este momento, no se debe realizar una evaluación completa del diseño relacionado con la seguridad del THTR-300. Aquí solo se abordarán tres características de diseño como ejemplos, que no solo parecen cuestionables desde una posición crítica, sino que también chocan con las normas y reglamentos nucleares y la llamada filosofía de seguridad en la tecnología nuclear. También teniendo en cuenta las diferencias entre los reactores de agua ligera (en los que se basan principalmente las regulaciones nucleares) y el THTR-300, la violación de los principios fundamentales de la tecnología de los reactores en el THTR-300 se hace evidente a partir de los siguientes ejemplos.

1 ejemplo:

Los dos sistemas de parada no son suficientemente independientes, no son diversos y no cumplen los requisitos que se les imponen en todos los estados operativos y averías. Así, contrariamente a la opinión de la Comisión de Seguridad de los Reactores, los sistemas de parada no cumplen los criterios de seguridad del BMI para centrales nucleares (criterio 5.3.). Ha habido conceptos de apagado durante mucho tiempo que son claramente y muy superiores al del THTR-300 en términos de diversidad, equilibrio de apagado y confiabilidad y que también son técnicamente factibles.

2 ejemplo:

El THTR-300 no tiene un sistema de enfriamiento de emergencia independiente, como se prescribe e implementa para el reactor de agua ligera. El calor residual se elimina con la ayuda del ventilador operativo y el generador de vapor. Por cierto, el reactor sucesor propuesto, HTR-500, estará equipado con dos unidades independientes para la eliminación del calor residual.

3 ejemplo:

El THTR-300 no tiene contención como el reactor de agua ligera, que consta de un recipiente de seguridad hermético a los gases y una carcasa de hormigón. El THTR-300 solo está equipado con un edificio de protección de reactores (no hermético) (concepto de nave industrial)

Defectos constructivos que han salido a la luz hasta ahora

Además de las deficiencias de seguridad que se justifican en el diseño del THTR-300, en la fase de puesta en servicio anterior han salido a la luz una serie de defectos de diseño y errores de diseño, algunos de los cuales son responsables de incidentes y problemas de seguridad adicionales.

1 ejemplo:

El guijarro es más compacto de lo que se supone en las proyecciones. Esto tiene varias consecuencias:

• Cuando las varillas del núcleo se mueven hacia el interior del guijarro con el propósito de una parada a largo plazo, las fuerzas aumentadas, que están en el límite del diseño, actúan sobre las varillas.
• La fiabilidad del sistema de varillas de núcleo, que en cualquier caso es desfavorable, se deteriora aún más. B. mostró el evento del 23 de noviembre de 11 (ver Capítulo 1985).
• El resultado es la necesidad de aflojar el montón de guijarros haciéndolo circular, lo que, sin embargo, no proporciona ningún remedio, ya que el montón de guijarros se comprime repetidamente al mover la varilla hacia adentro.
• La tasa de rotura de bolas es mucho mayor de lo calculado. Mientras que en el "Atomwirtschaft" (atw) de diciembre de 1982, en un artículo de los empleados de la construcción de reactores de alta temperatura GmbH se decía que "en dos años de funcionamiento, en promedio, solo un elemento combustible es aplastado por las varillas del núcleo", el El director de la planta de energía Glahe ahora se agregaron 800 bolas trituradas. Según otra información, ya se han roto tantas bolas que uno de los dos recipientes previstos para contener la bola rota ya está lleno; Ambos tanques juntos están diseñados para absorber la rotura de bolas que ocurre durante toda la vida útil del sistema. (El "Westfälische Anzeiger del 19 de mayo de 5 informó:" Casi un año y medio después del inicio de la operación de prueba, se tuvieron que retirar 1987 (!) Elementos combustibles del tamaño de una pelota de tenis ... "; Horst Blume ).
• La acumulación inesperadamente alta de grafito y polvo de combustible contaminados con radiactividad, así como la abrasión metálica, fueron los responsables del accidente del 4 de mayo de 5. Además, surgen problemas por la contaminación y la acumulación de polvo en numerosos puntos del sistema. Entre otras cosas, aumenta la probabilidad de fallas de válvulas y otros equipos. 

2 ejemplo:

Por encima de una determinada potencia, la pila de bolas ya no puede circular, ya que no se pueden retirar más bolas debido a las fuerzas de flujo excesivas del flujo de gas refrigerante en el "separador" en el tubo de extracción de bolas. Esto da lugar a restricciones operativas.

3 ejemplo:

Un dimensionamiento incorrecto del aislamiento en el anillo del generador de vapor, así como un diseño inadecuado del sistema de ventilación, pueden provocar temperaturas excesivas en partes del sistema a determinadas salidas y a determinadas temperaturas exteriores.

4 ejemplo:

Debido a una guía incorrecta de los flujos de gas de enfriamiento primario, el rendimiento de enfriamiento a través del núcleo es menor de lo planeado debido a la presencia de un llamado bypass. Como resultado, no es posible alcanzar la carga completa, lo que el operador probablemente tratará de evitar mediante manipulaciones adicionales en el núcleo del reactor.

5 ejemplo:

El llamado edificio de protección del reactor no es hermético, por lo que la presión negativa destinada a reducir las posibles emisiones radiactivas de la sala del reactor al medio ambiente no puede acumularse en todas partes. Se intenta controlar este error mediante medidas de sellado provisionales.

Además de estos defectos y deficiencias de diseño, hay una serie de otras deficiencias que se dice que se han eliminado parcial o completamente, e. B. una fuga en el sistema de enfriamiento del revestimiento y una falla en el sistema de carga. Por el momento, no es posible evaluar si estos y otros errores se han subsanado de forma definitiva y completa.

Incidencias en el THTR-300

Ciertamente, los incidentes son siempre, en última instancia, eventos imprevistos e inesperados si se evalúan como eventos individuales. No obstante, al evaluar la lista de accidentes del THTR-300 que ha estado disponible hasta ahora, uno tiene que determinar retrospectivamente que una serie de incidentes y / o tipos de accidentes se remontan a fallas de diseño y ocurrieron casi inevitablemente. La lista de incidentes incluye los siguientes eventos:

23.11.1985:

Siete de las cuarenta y dos varillas del núcleo del sistema de parada a largo plazo no pudieron introducirse en toda la profundidad del grupo de guijarros como estaba previsto. Solo el uso del accionamiento operativo de carrera corta condujo a la retracción total. La causa real de esta falla parcial del sistema de varillas de núcleo radica en el aumento de las fuerzas de las varillas como resultado del grupo de guijarros comprimido. La política de información y los intentos de explicación por parte del operador resultaron inverosímiles. (Por ejemplo, la inserción de las varillas de núcleo, por supuesto, también debe garantizarse sin alimentar amoniaco como "lubricante", ya que la alimentación de amoniaco no es un sistema de seguridad según el permiso).

04.05.1986:

La causa de este accidente con un aumento de las emisiones radiactivas se remonta al aumento de la acumulación de grafito y polvo de combustible y la abrasión. Después de que una válvula en el lado de baja presión de la zona de amortiguación del sistema de carga no se cerró debido a la contaminación por polvo y este error no pudo remediarse incluso con gas de purga (no radiactivo), el operador abrió la válvula en el lado primario con el propósito de purgar. Una cantidad considerable de gas de enfriamiento primario contaminado radiactivamente con polvo se liberó directamente y sin filtrar a través de la chimenea al medio ambiente a través del conducto de alivio de presión. Además de los aspectos radiológicos, lo especialmente preocupante de este incidente es que el cirujano cometió un error evidente y que por el diseño y diseño (por falta de enclavamientos) es posible que un solo error pueda desencadenar un error. Liberación directa de gas de enfriamiento primario, que de lo contrario, en caso de un error adicional (por ejemplo, debido a un error de operación adicional o falla de la función de cierre de la válvula del lado primario), una pérdida casi completa de refrigerante en el ambiente podría se han expandido.

Además de estos dos descritos con más precisión y conocidos públicamente, hubo una serie de otros incidentes relevantes para la seguridad:

• Error en la fuente de alimentación de emergencia.
• Fallos en la tecnología de medición y en el equipo de control.
• El procedimiento de enfriamiento de emergencia NK 11 ya se ha activado 45 veces; esto significaría que el contingente de 45 procedimientos de parada de enfriamiento de emergencia para toda la vida útil del sistema ya se utilizaría hasta una cuarta parte. 

clasificación

Las desventajosas propiedades de seguridad específicas del THTR-300, las características especiales de diseño, los defectos de construcción conocidos hasta la fecha y los resultados de la fase de puesta en servicio hasta ahora hacen que sea urgentemente necesario no volver a poner en marcha el THTR-300. De lo contrario, serán inevitables más sorpresas negativas, dificultades e incidentes. Desde el punto de vista de la seguridad (pero también debido a consideraciones económicas) se solicita al operador que cancele la peligrosa prueba a gran escala con el THTR-300. Ya se puede sacar la conclusión de que la tecnología del reactor de lecho de guijarros ha fallado.

(Liberación de radiación atómica desde principios de la década de 1940: ver INES - La escala de clasificación internacional y la lista de accidentes nucleares en todo el mundo.)

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