בעיות אבטחה בסיסיות

בכור בטמפרטורה גבוהה וגירעונות מיוחדים ב-THTR-300

לותר האן - יוני 1986

לביטחון ה"טבוע" כביכול של ה-HTR

מאז תחילת פיתוח הכורים בטמפרטורה גבוהה, גורמים מעוניינים ניסו להציע לציבור שה-HTR בטוח "מטבעו". אסטרטגיית הפרסום שהונדסה בחוכמה זו זכתה ללא ספק להצלחה מסוימת, מכיוון שהיא הובילה לדיסאינפורמציה חסרת תקדים, אפילו בוויכוח על האנרגיה האטומית. כמעט כמו כל קביעה אחרת של תעשיית הגרעין, היא מבוססת על הנחות בלתי נסבלות מבחינה מדעית ומסקנות שגויות.

בטכנולוגיה, בפרט טכנולוגיה גרעינית, מערכת מכונה בטוחה מטבעה אם היא נשארת במצב התכנון שלה רק על בסיס חוקים פיסיקליים וכימיים ואם היא אינה תלויה בתפקודם של התקני בטיחות פעילים בעת התמודדות עם תאונות. מודרכת התערבות כוח אדם (לפי הגדרתו של אלווין ויינברג).

כידוע, לכור המים הקלים אין תכונות אלו. עם זאת, ברור לחלוטין שלמעשה כל מושגי ה-HTR שנבדקו ברצינות עד כה אינם בטוחים מטבעם וכי ל-THTR-300 בפרט אין את המאפיין הזה. לדוגמה, שתיים מהדרישות המרכזיות הקשורות לבטיחות, כיבוי והסרת חום שיורי (ולכן בסופו של דבר גם שמירה של מוצרי ביקוע) תלויות בהתקני בטיחות ו/או ידיות אקטיביות אם תאונות חמורות ושחרורים משמעותיים של המלאי הרדיואקטיבי צריכים למנוע.

כהוכחה לבטיחות האינהרנטית לכאורה, תעשיית ה-HTR מציינת בדרך כלל כמה מאפיינים שבהם ה-HTR שונה מכור המים הקלים ואשר נאמר שיש להם השפעות מועילות מבחינת בטיחות. עם זאת, ה-HTR רחוק מלהיות בטוח מכך, מכיוון שבנוסף לאלו המועדפים כביכול, ל-HTR יש גם תכונות חסרות הקשורות לבטיחות שאין לסוגי כורים אחרים. היתרונות הנטענים הנפוצים ביותר של ה-HTR מוצגים ומופיעים להלן:

• Eigenschaft: יחס נמוך של צפיפות הספק ליכולת החום, כלומר עליית טמפרטורה איטית יותר בהשוואה ל(בהשוואה לכור המים הקלים או המגדל) במקרה של כשל בקירור.
• הערה: זה לא נכון, אלא חל רק על אירועים עם כשלי קירור מסוימים. במקרה של תאונות ספציפיות ל-HTR של חדירת מים, חדירת אוויר ותגובתיות, לנכס זה יש חשיבות פחותה. אם נדרש קירור מהיר, קיבולת החום הגבוהה היא די לרעה.
• Eigenschaft: עמידות בטמפרטורה גבוהה של אלמנטי הדלק הקרמיים וחומרי מבנה הליבה, ללא התמוססות הליבה כגון ב. אפשרי עם כור המים הקלים.
• הערה: ההצהרה נכונה, אך מתעלמת מהבעיה האמיתית. לא מדובר בראש ובראשונה באפשרות של התמוססות הליבה, אלא בשאלה האם וכיצד ניתן לשחרר תוצרי ביקוע רדיואקטיביים. בטמפרטורות מעל 1600^o C פרופורציות ניכרות של מוצרי ביקוע משתחררים מחלקיקי הדלק וממכלולי הדלק. השפעה זו מתגברת בטמפרטורות גבוהות עוד יותר, ולכל המאוחר בכ-2500^oC יש שחרורים מסיביים למעגל הראשי. ניתן להגיע לטמפרטורות שבהן מתרחשים שחרורים מסוכנים בליבת כל הכורים הגדולים והגדולים בטמפרטורה גבוהה עקב תאונות מבלי שהגרפיט יאבד את עקביותו המכנית. האמירה לפיה אי אפשר להתפרק הליבה עם ה-HTR היא אפוא מטעה ואינה רלוונטית למנגנוני השחרור.
• Eigenschaft: מקדם טמפרטורה שלילי של תגובתיות, כלומר ירידה בייצור החשמל עם עליית הטמפרטורה.
• הערה: מאפיין זה אינו ספציפי ל-HTR, אלא קיים גם בכורי מים קלים; ללא נכס זה, לא ה-HTR ולא כור המים הקלים יאושרו. ה-HTR בפרט זקוק למקדם טמפרטורה שלילי של תגובתיות, שכן במקרה של חימום בשוגג - בניגוד למקרה של כור המים הקלים - אפקט המנחה נשמר. יתרה מכך, ניתן לקבוע כי מקדם הטמפרטורה הופך פחות ופחות שלילי עם עליית הטמפרטורה, שבמקביל אי הוודאות בידע על מהלכו הולכים וגדלים ומעל ל-1200 לערך.^oC הערכים שלו אינם מאומתים בניסוי. חיסרון מיוחד נוסף של ה-HTR הוא שתאונות תגובתיות אפשריות עם קירור מהיר.
• Eigenschaft: הליום נוזל קירור נייטרלי נייטרלי פנימי, יציב פאזה.
• הערה: נכון שגז הקירור מכיל זיהומים שעלולים להוביל לתופעות קורוזיה על מכלולי הדלק; לכן היה צורך לספק מערכת ניקוי גז במיוחד על מנת להפחית זיהומים אלו, בין היתר. לשתי התכונות האחרות של הליום (יציבות פאזה, ניטרליות פיזית של נויטרונים) אין חשיבות רבה. אחרת, רק הליום יכול לשמש כנוזל קירור.

יש כמובן גם להשוות את יתרונות הבטיחות המתוארים של ה-HTR עם החסרונות הספציפיים ובעיות הבטיחות שלו. חלק מהמאפיינים החיוביים לכאורה שהוזכרו מבוססים על בחירת הגרפיט כחומר מנחה ומבנה. תכונות הגרפיט אחראיות גם לאפשרויות תאונות טיפוסיות וספציפיות ל-HTR, כלומר תגובות גרפיט-מים לאחר תאונות חדירת מים (הנגרמות מדליפות מחולל קיטור) ושריפות גרפיט לאחר תאונות חדירת אוויר. במקרה של כשל נוסף בפונקציות הבטיחות הנדרשות (למשל במקרה של חדירת מים: כיבוי מחולל קיטור, סילוק חום שיורי, השבתת הכור), אירועים אלו אינם מבוקרים ועלולים להוביל לשחרורים בלתי מבוקרים עם נזק ניכר ב בקרבת הכור. מהסיבה, בין היתר, שהשחרורים הללו מתרחשים מוקדם יותר מאשר לאחר תאונת חימום ליבה טהורה, ניתן להניח כי תאונות הנגרמות מחדירת מים ואוויר יוזמות את תהליכי התאונה השולטים בסיכון ב-HTR.

בנוסף לתאונות מסוג זה, מה שנקרא תאונות תגובתיות, כלומר תאונות המופעלות מתקלות במערכות מוטות הבקרה והכיבוי, תורמות באופן משמעותי לסיכון לתאונות בכורים בטמפרטורה גבוהה.

ניתן לראות בוודאות כי השדולה HTR תתייחס לחקירות האירועים כחלק מתהליך האישור של ה-THTR-300 וניתוחי הבטיחות של HTR של KFA (מתקן מחקר גרעיני) יוליך על מנת לבסס את טענתם כי האירועים שהוזכרו נשלטים או אינם מובילים לנזק רלוונטי בקרבת המערכת גם אם מערכות בטיחות אחרות נכשלות. יש לציין שהמחקרים שהוצגו עד כה על סיכון התאונות של כורים בטמפרטורה גבוהה הם זמניים, לא שלמים, לא מאובטחים ברובם ולא עקביים מבחינה מדעית. לפני שניתן יהיה להעלות על הדעת קונצנזוס או התנגדות אפילו מצומצמת, מרכיבים ותנאים מוקדמים של תהליך דיון מדעי-טכני עדיין תלויים ועומדים. ב. הסקירה הביקורתית והבלתי תלויה, העקיבות והנגשת המקורות.

בנוסף, מוזר שעד כה מחקרי סיכונים בוצעו רק על מושגי HTR שאו לעולם לא יושמו (HTR-1160) או שהיו קיימים רק על הנייר (HTR-500, מודול), אבל הם היחידים. בגרמניה הקיימת מערכת HTR בקנה מידה גדול, ה-THTR-300, למעט מחקר קצר שטחי, אין חקירת סיכונים.

תכונות של THTR-300 חסרות ערך מבחינת בטיחות

הערכה הקשורה לבטיחות של ה-THTR-300 בהתבסס על תכונות התכנון ועקרונות הבנייה שלו - ללא קשר להפתעות שליליות כלשהן במהלך ההפעלה - חושפת מספר מאפיינים חסרי בטיחות הקשורים לבטיחות. הערכה מקיפה של התכנון הקשור לבטיחות של ה-THTR-300 לא תתבצע בשלב זה. יש להתייחס כאן רק לשלוש מאפייני עיצוב כדוגמאות, אשר לא רק נראות מפוקפקות מעמדה קריטית, אלא גם מתנגשות עם הכללים והתקנות הגרעיניים ומה שנקרא פילוסופיית הבטיחות בטכנולוגיה גרעינית. גם בהתחשב בהבדלים בין כורי מים קלים (שהתקנות הגרעין מבוססות עליהם בעיקר) לבין ה-THTR-300, ההפרה של עקרונות היסוד של טכנולוגיית הכור ב-THTR-300 מתבררת על סמך הדוגמאות הבאות.

דוגמה 1:

שתי מערכות ההשבתה אינן עצמאיות מספיק, אינן מגוונות ואינן עומדות בדרישות המוטלות עליהן בכל מצבי הפעולה והתקלות. לפיכך, בניגוד לדעת ועדת הבטיחות בכור, מערכות ההשבתה אינן עומדות בקריטריוני הבטיחות של BMI לתחנות כוח גרעיניות (קריטריון 5.3.). יש כבר הרבה זמן תפיסות כיבוי שהם בבירור ובהרבה על זה של ה-THTR-300 מבחינת גיוון, מאזני כיבוי ואמינות ואשר גם אפשריים מבחינה טכנית.

דוגמה 2:

ל-THTR-300 אין מערכת קירור חירום עצמאית, כפי שנקבע ומיושם עבור כור המים הקלים. החום השיורי מוסר בעזרת המאוורר הפועל ומחולל הקיטור. אגב, הכור היורש המוצע HTR-500 אמור להיות מצויד בשתי יחידות עצמאיות להסרת חום שיורי.

דוגמה 3:

ל-THTR-300 אין בלימה כמו כור המים הקלים, המורכב ממיכל בטיחות אטום לגז ומעטפת בטון. ה-THTR-300 מצויד רק בבניין (לא אטום) מה שנקרא הגנת כור (קונספט של אולם תעשייתי)

ליקויי בנייה שהתגלו עד כה

בנוסף לליקויים הבטיחותיים המוצדקים בתכנון ה-THTR-300, התגלו מספר ליקויי תכנון וטעויות תכנון בשלב ההפעלה הקודם, חלקם אחראים לתקלות ולבעיות בטיחות נוספות.

דוגמה 1:

חלוקי הנחל קומפקטיים יותר ממה שהניחו בתחזיות. יש לכך מספר השלכות:

• כאשר מוטות הליבה מועברים לתוך חלוק הנחל לצורך השבתה לטווח ארוך, פועלים על המוטות כוחות מוגברים, הנמצאים בגבול התכנון.
• האמינות של מערכת מוטות הליבה, שהיא כבר לא חיובית, מתדרדרת עוד יותר. ב' הראה את האירוע מיום 23 (ראה פרק 11).
• התוצאה היא הצורך לשחרר את ערימת חלוקי הנחל על ידי זרימתה, מה שלמרות זאת אינו מספק כל תרופה, שכן ערימת חלוקי הנחל נדחסת שוב ושוב על ידי הזזת המוט פנימה.
• קצב שבירת הכדור גבוה בהרבה מהמחושב. בעוד שב"Atomwirtschaft" (atw) מדצמבר 1982 במאמר של עובדי ה-Reactor Building GmbH בטמפרטורה גבוהה נאמר כי "בשנתיים של פעילות בממוצע רק אלמנט דלק אחד נמחץ על ידי מוטות הליבה", מנהל תחנת הכוח Glahe כעת נוספו 800 כדורים מרוסקים. לפי מידע אחר, כל כך הרבה כדורים כבר נשברו עד שאחד משני המיכלים שסופקו להחזקת הכדור השבור מלא; שני הטנקים ביחד מתוכננים להכיל את שבירת הכדור המתרחשת במהלך כל חיי השירות של המערכת. (ה"Westfälische Anzeiger מ-19 במאי 5 דיווח:" כמעט שנה וחצי לאחר תחילת מבצע הניסיון, נאלצו להסיר 1987 (!) יסודות דלק בגודל של כדור טניס..."; הורסט בלום ).
• הצטברות גבוהה באופן בלתי צפוי של גרפיט ואבק דלק מזוהמים רדיואקטיבית וכן שחיקה מתכתית היו אחראים לתאונה ב-4 במאי 5. בנוסף, נוצרות בעיות מזיהום והצטברות אבק במספר נקודות במערכת. בין היתר, זה מגדיל את הסבירות לכשל בשסתומים וציוד אחר. 

דוגמה 2:

מעל עוצמה מסוימת, לא ניתן עוד להזרים את ערימת הכדורים, שכן לא ניתן למשוך יותר כדורים בגלל כוחות הזרימה המוגזמים של זרימת גז הקירור על ה"מפריד" בצינור חילוץ הכדור. זה גורם להגבלות תפעוליות.

דוגמה 3:

מימד שגוי של הבידוד בטבעת מחולל הקיטור וכן תכנון לקוי של מערכת האוורור עלולים להוביל לטמפרטורות מוגזמות בחלקי המערכת בתפוקות מסוימות ובטמפרטורות מסוימות בחוץ.

דוגמה 4:

עקב הנחייה שגויה של זרימות גז הקירור הראשוני, תפוקת הקירור דרך הליבה נמוכה מהמתוכנן עקב נוכחות של מה שנקרא מעקף. כתוצאה מכך, לא ניתן להגיע לעומס מלא, מה שהמפעיל כנראה ינסה להימנע ממנו באמצעות מניפולציות נוספות בליבת הכור.

דוגמה 5:

מה שנקרא מבנה הגנת הכור אינו אטום, כך שלא ניתן לבנות בכל מקום את הלחץ השלילי שנועד לצמצם פליטות רדיואקטיביות אפשריות מאולם הכור לסביבה. מנסים להשתלט על השגיאה הזו באמצעות אמצעי איטום זמניים.

בנוסף לפגמים ולליקויים העיצוביים הללו, ישנם מספר ליקויים נוספים שנאמר כי בוטלו באופן חלקי או מלא, למשל. ב. נזילה במערכת קירור האונייה ותקלה במערכת העמסה. כרגע לא ניתן להעריך האם טעויות אלו ואחרות באמת תוקנו באופן סופי ומוחלט.

תקריות ב-THTR-300

בהחלט, אירועים הם בסופו של דבר תמיד אירועים בלתי צפויים ובלתי צפויים אם הם מוערכים כאירועים בודדים. עם זאת, כאשר מעריכים את רשימת התאונות של ה-THTR-300 שהייתה זמינה עד כה, יש לקבוע בדיעבד שניתן לאתר מספר תקריות ו/או סוגי תאונות לפגמי תכנון והתרחשו כמעט באופן בלתי נמנע. רשימת התקריות כוללת את האירועים הבאים:

23.11.1985:

שבעה מתוך ארבעים ושניים מוטות הליבה של מערכת ההשבתה ארוכת הטווח לא ניתנו לדחיפה לתוך מלוא העומק של מקבץ חלוקי הנחל כפי שתוכנן. רק השימוש בכונן הקצר המבצעי הוביל לנסיגה מלאה. הסיבה האמיתית לכשל החלקי הזה של מערכת מוטות הליבה נעוצה בכוחות המוטות המוגברים כתוצאה מאשכול חלוקי הנחל הדחוסים. מדיניות המידע וניסיונות ההסבר של המפעיל התבררו כלא סבירים. (למשל, הכנסת מוטות הליבה חייבת כמובן להיות מובטחת גם ללא הזנה באמוניה כ"חומר סיכה", שכן הזנת האמוניה אינה מערכת בטיחותית על פי ההיתר).

04.05.1986:

הגורם לתאונה זו עם שחרור רדיואקטיבי מוגבר ניתן לייחס להצטברות מוגברת של גרפיט ואבק ושחיקה. לאחר ששסתום בצד הלחץ הנמוך של אזור החיץ של מערכת הטעינה לא נסגר עקב זיהום באבק ושגיאה זו לא ניתן לתיקון גם עם גז טיהור (לא רדיואקטיבי), המפעיל פתח את השסתום בצד הראשוני לצורך טיהור. כמות ניכרת של גז קירור ראשוני מזוהם רדיואקטיבית עם אבק שוחררה ישירות וללא סינון דרך הארובה אל הסביבה דרך תעלת שחרור הלחץ. בנוסף להיבטים הרדיולוגיים, מה שמדאיג במיוחד באירוע הזה הוא שהמנתח ביצע טעות ברורה ושבשל התכנון והעיצוב (בשל היעדר חיבורים) ייתכן בכלל שטעות בודדת יכולה לעורר שחרור ישיר של גז קירור ראשוני, שאם לא כן, במקרה של שגיאה נוספת (למשל עקב שגיאת הפעלה נוספת או כשל בפונקציית הסגירה של השסתום בצד הראשוני), אובדן כמעט מוחלט של נוזל קירור לסביבה עלול התרחבו.

בנוסף לשני אלו המתוארים בצורה מדויקת יותר וידועים בציבור, היו עוד מספר אירועים רלוונטיים לביטחון:

• שגיאה באספקת החשמל לשעת חירום
• תקלות בטכנולוגיית המדידה ובציוד הבקרה
• הליך קירור החירום NK 11 הופעל כבר 45 פעמים; פירוש הדבר הוא ש-45 הליכי כיבוי של קירור חירום כאלה במשך כל חיי השירות של המערכת כבר ינוצלו עד רבע. 

הערכה

תכונות הבטיחות החסרות הספציפיות ל-THTR-300, מאפייני התכנון המיוחדים, ליקויי הבנייה הידועים עד כה ותוצאות שלב ההפעלה עד כה מחייבים בדחיפות לא להפעיל את ה-THTR-300 שוב. אחרת, הפתעות שליליות נוספות, קשיים ותקריות הן בלתי נמנעות. מנקודת מבט בטיחותית (אך גם משיקולים כלכליים) המפעיל מתבקש לבטל את הבדיקה המסוכנת בקנה מידה גדול עם ה-THTR-300. ניתן כבר להסיק את המסקנה שטכנולוגיית הכור במיטת חלוקים נכשלה.

(שחרור קרינה אטומית מאז תחילת שנות ה-1940: ראה INES - סולם הדירוג הבינלאומי ורשימת תאונות גרעיניות ברחבי העולם)

- מפת העולם הגרעיני -

מכרייה ועיבוד אורניום, למחקר גרעיני, הקמה והפעלה של מתקנים גרעיניים, לרבות תאונות בתחנות כוח גרעיניות, ועד לטיפול בתחמושת אורניום, נשק גרעיני ופסולת גרעינית.
- ברחבי העולם, כמעט, הכל במבט חטוף עם מפות Google -

חזרה ל

מחקרים על ה-THTR

***

***

לראש הדף

***