Masalah keselamatan asas

dalam reaktor suhu tinggi dan defisit tertentu dalam THTR-300

Lothar Hahn - Jun 1986

Untuk keselamatan "inherent" yang sepatutnya bagi HTR

Sejak permulaan pembangunan reaktor suhu tinggi, pihak yang berminat telah cuba mencadangkan kepada orang ramai bahawa HTR "secara semula jadi" selamat. Strategi pengiklanan yang direka dengan bijak ini sudah pasti mempunyai beberapa kejayaan, kerana ia telah membawa kepada salah maklumat yang tidak pernah berlaku sebelum ini, walaupun dalam perbahasan tenaga atom. Tidak seperti mana-mana dakwaan lain oleh industri nuklear, ia berdasarkan andaian saintifik yang tidak boleh dipertahankan dan kesimpulan yang salah.

Dalam teknologi, khususnya teknologi nuklear, sistem dirujuk sebagai selamat secara semula jadi jika ia kekal dalam keadaan reka bentuknya semata-mata berdasarkan undang-undang fizikal dan kimia dan jika ia tidak bergantung pada fungsi peranti keselamatan aktif apabila berhadapan dengan kemalangan, campur tangan kakitangan diarahkan (mengikut definisi oleh Alwin Weinberg).

Seperti yang diketahui, reaktor air ringan tidak mempunyai sifat-sifat ini. Walau bagaimanapun, ia juga benar-benar jelas bahawa secara praktikal semua konsep HTR yang telah diusahakan secara serius sehingga kini tidak semestinya selamat dan THTR-300 khususnya tidak mempunyai sifat ini. Sebagai contoh, dua daripada keperluan berkaitan keselamatan pusat, penutupan dan penyingkiran haba sisa (dan dengan itu akhirnya juga pengekalan produk pembelahan) bergantung pada peranti keselamatan aktif dan/atau pemegang jika kemalangan serius dan pelepasan penting inventori radioaktif sepatutnya dihalang.

Sebagai bukti dakwaan keselamatan yang wujud, industri HTR biasanya menyebut beberapa sifat di mana HTR berbeza daripada reaktor air ringan dan yang dikatakan mempunyai kesan berfaedah dari segi keselamatan. Walau bagaimanapun, HTR adalah jauh dari selamat daripada ini, kerana sebagai tambahan kepada yang dikatakan menguntungkan, HTR juga mempunyai sifat merugikan berkaitan keselamatan yang tidak dimiliki oleh jenis reaktor lain. Kelebihan HTR yang paling kerap disebut dinyatakan dan diulas di bawah:

• Ciri: Nisbah ketumpatan kuasa yang rendah kepada kapasiti haba, iaitu kenaikan suhu yang lebih perlahan berbanding (berbanding dengan reaktor air ringan atau pembiak) sekiranya berlaku kegagalan penyejukan.
• Komen: Ini tidak betul, tetapi hanya terpakai pada peristiwa dengan kegagalan penyejukan tertentu. Dalam kes kemalangan kemasukan air, kemasukan udara dan kemalangan kereaktifan khusus HTR, sifat ini kurang penting. Jika penyejukan pantas diperlukan, kapasiti haba yang tinggi agak merugikan.
• Ciri: Rintangan suhu tinggi unsur bahan api seramik dan bahan struktur teras, tiada leburan teras seperti B. mungkin dengan reaktor air ringan.
• Komen: Pernyataan itu betul, tetapi mengabaikan masalah sebenar. Ia bukan terutamanya mengenai kemungkinan keruntuhan teras, tetapi lebih kepada persoalan sama ada dan bagaimana produk pembelahan radioaktif boleh dikeluarkan. Pada suhu melebihi 1600^o C bahagian ketara produk pembelahan dilepaskan daripada zarah bahan api dan daripada pemasangan bahan api. Kesan ini meningkat pada suhu yang lebih tinggi, dan selewat-lewatnya pada lebih kurang 2500^oC terdapat pelepasan besar-besaran ke dalam litar primer. Suhu di mana pelepasan berbahaya berlaku boleh dicapai dalam teras semua reaktor suhu tinggi yang besar dan besar akibat kemalangan tanpa grafit kehilangan ketekalan mekanikalnya. Kenyataan bahawa keruntuhan teras tidak mungkin berlaku dengan HTR adalah mengelirukan dan tidak relevan untuk mekanisme keluaran.
• Ciri: Pekali suhu negatif kereaktifan, iaitu penurunan dalam penjanaan kuasa dengan peningkatan suhu.
• Komen: Sifat ini tidak khusus untuk HTR, tetapi juga terdapat dalam reaktor air ringan; tanpa harta ini, baik HTR mahupun reaktor air ringan tidak akan diluluskan. HTR khususnya memerlukan pekali suhu negatif kereaktifan, kerana sekiranya berlaku pemanasan secara tidak sengaja - tidak seperti dalam kes reaktor air ringan - kesan moderator dikekalkan. Tambahan pula, boleh dinyatakan bahawa pekali suhu menjadi semakin kurang negatif dengan peningkatan suhu, yang pada masa yang sama ketidakpastian dalam pengetahuan perjalanannya menjadi lebih besar dan lebih besar dan melebihi lebih kurang 1200^oC nilainya tidak disahkan secara eksperimen. Satu lagi kelemahan khusus HTR ialah kemalangan reaktiviti mungkin berlaku dengan penyejukan pantas.
• Ciri: Dalaman, fasa stabil, helium penyejuk neutral fizikal neutron.
• Komen: Adalah betul bahawa gas penyejuk mengandungi kekotoran yang boleh membawa kepada fenomena kakisan pada pemasangan bahan api; oleh itu sistem pembersihan gas perlu disediakan secara khusus untuk mengurangkan kekotoran ini, antara lain. Dua lagi sifat helium (kestabilan fasa, neutraliti fizikal neutron) adalah kurang relevan. Jika tidak, hanya helium boleh digunakan sebagai penyejuk.

Kelebihan keselamatan HTR yang digariskan sudah tentu mesti juga dibandingkan dengan kelemahan khusus dan masalah keselamatannya. Beberapa sifat positif yang dinyatakan adalah berdasarkan pilihan grafit sebagai penyederhana dan bahan struktur. Sifat grafit juga bertanggungjawab untuk kemungkinan kemalangan khas HTR dan khusus HTR, iaitu tindak balas air grafit selepas kemalangan kemasukan air (disebabkan oleh kebocoran penjana stim) dan kebakaran grafit selepas kemalangan kemasukan udara. Sekiranya berlaku kegagalan tambahan fungsi keselamatan yang diperlukan (cth sekiranya berlaku kemasukan air: penutupan penjana stim, penyingkiran haba sisa, penutupan reaktor), kejadian ini tidak dikawal dan boleh menyebabkan pelepasan tidak terkawal dengan kerosakan yang besar dalam sekitar reaktor. Atas sebab, antara lain, bahawa pelepasan ini berlaku lebih awal daripada selepas kemalangan pemanasan teras tulen, boleh diandaikan bahawa kemalangan yang disebabkan oleh kemasukan air dan udara memulakan proses kemalangan yang mendominasi risiko di HTR.

Sebagai tambahan kepada jenis kemalangan ini, yang dipanggil kemalangan reaktiviti, iaitu kemalangan yang dicetuskan oleh kerosakan dalam sistem rod kawalan dan penutupan, menyumbang dengan ketara kepada risiko kemalangan dalam reaktor suhu tinggi.

Ia boleh dianggap pasti bahawa lobi HTR akan merujuk kepada penyiasatan insiden sebagai sebahagian daripada proses kelulusan untuk THTR-300 dan analisis keselamatan HTR KFA (kemudahan penyelidikan nuklear) Jülich untuk mengesahkan dakwaan mereka bahawa insiden yang disebut. dikawal atau tidak membawa kepada kerosakan yang berkaitan di sekitar sistem walaupun sistem keselamatan lain gagal. Perlu diingatkan bahawa kajian yang dikemukakan setakat ini mengenai risiko kemalangan reaktor suhu tinggi adalah sementara, tidak lengkap, sebahagian besarnya tidak selamat dan tidak konsisten dari segi saintifik. Sebelum konsensus dapat difikirkan atau perbezaan pendapat dikecilkan, elemen penting dan prasyarat proses perbincangan saintifik-teknikal masih belum selesai. B. kajian kritis dan bebas, kebolehkesanan dan kebolehcapaian sumber.

Di samping itu, adalah pelik bahawa sehingga kini kajian risiko hanya dijalankan pada konsep HTR yang sama ada tidak akan dapat direalisasikan (HTR-1160) atau hanya wujud di atas kertas (HTR-500, modul), tetapi merupakan satu-satunya di Jerman sistem HTR berskala besar yang sedia ada, THTR-300, kecuali untuk kajian ringkas dangkal, tiada penyiasatan risiko.

Ciri-ciri THTR-300 yang merugikan dari segi keselamatan

Penilaian berkaitan keselamatan THTR-300 berdasarkan ciri reka bentuk dan prinsip pembinaannya - tanpa mengira sebarang kejutan negatif semasa pentauliahan - mendedahkan beberapa ciri merugikan berkaitan keselamatan. Penilaian komprehensif reka bentuk berkaitan keselamatan THTR-300 tidak akan dijalankan pada ketika ini. Hanya tiga ciri reka bentuk yang akan ditangani di sini sebagai contoh, yang bukan sahaja kelihatan dipersoalkan dari kedudukan kritikal, tetapi juga bertembung dengan peraturan dan peraturan nuklear dan apa yang dipanggil falsafah keselamatan dalam teknologi nuklear. Juga mengambil kira perbezaan antara reaktor air ringan (yang mana peraturan nuklear berasaskan terutamanya) dan THTR-300, pelanggaran prinsip asas teknologi reaktor dalam THTR-300 menjadi jelas berdasarkan contoh berikut.

Contoh 1:

Kedua-dua sistem penutupan tidak cukup bebas, tidak pelbagai dan tidak memenuhi keperluan yang diletakkan pada mereka dalam semua keadaan operasi dan kerosakan. Oleh itu, bertentangan dengan pendapat Suruhanjaya Keselamatan Reaktor, sistem penutupan tidak memenuhi kriteria keselamatan BMI untuk loji tenaga nuklear (kriteria 5.3.). Terdapat konsep penutupan untuk masa yang lama yang jelas dan jauh lebih baik daripada THTR-300 dari segi kepelbagaian, baki penutupan dan kebolehpercayaan dan yang juga boleh dilaksanakan secara teknikal.

Contoh 2:

THTR-300 tidak mempunyai sistem penyejukan kecemasan bebas, seperti yang ditetapkan dan dilaksanakan untuk reaktor air ringan. Haba sisa dikeluarkan dengan bantuan kipas operasi dan penjana stim. Secara kebetulan, reaktor pengganti HTR-500 yang dicadangkan akan dilengkapi dengan dua unit bebas untuk penyingkiran haba sisa.

Contoh 3:

THTR-300 tidak mempunyai pembendungan seperti reaktor air ringan, yang terdiri daripada bekas keselamatan kedap gas dan cangkang konkrit. THTR-300 hanya dilengkapi dengan (tidak kedap udara) yang dipanggil bangunan perlindungan reaktor (konsep dewan industri)

Kecacatan pembinaan yang telah diketahui setakat ini

Sebagai tambahan kepada defisit keselamatan yang wajar dalam reka bentuk THTR-300, beberapa kecacatan reka bentuk dan ralat reka bentuk telah terbongkar dalam fasa pentauliahan sebelumnya, beberapa daripadanya bertanggungjawab untuk insiden dan masalah keselamatan tambahan.

Contoh 1:

Batu kerikil adalah lebih padat daripada yang diandaikan dalam unjuran. Ini mempunyai beberapa akibat:

• Apabila rod teras dialihkan ke dalam kerikil untuk tujuan penutupan jangka panjang, peningkatan daya, yang berada pada had reka bentuk, bertindak pada rod.
• Kebolehpercayaan sistem rod teras, yang sudah tidak menguntungkan, semakin merosot. B. menunjukkan peristiwa 23 November 11 (lihat Bab 1985).
• Hasilnya ialah keperluan untuk melonggarkan longgokan kerikil dengan mengedarkannya, yang, bagaimanapun, tidak memberikan sebarang ubat, kerana longgokan kerikil berulang kali dimampatkan dengan menggerakkan batang ke dalam.
• Kadar pecah bola jauh lebih tinggi daripada yang dikira. Sementara dalam "Atomwirtschaft" (atw) dari Disember 1982 dalam artikel oleh pekerja pembinaan reaktor suhu tinggi GmbH dikatakan bahawa "dalam dua tahun operasi secara purata hanya satu elemen bahan api dihancurkan oleh rod teras", pengarah loji janakuasa Glahe kini 800 bola hancur ditambah. Menurut maklumat lain, terlalu banyak bola telah pecah sehingga satu daripada dua bekas yang disediakan untuk memegang bola pecah itu penuh; Kedua-dua tangki bersama-sama direka untuk menampung kerosakan bola yang berlaku sepanjang hayat perkhidmatan keseluruhan sistem. (The "Westfälische Anzeiger pada 19 Mei 5 melaporkan:" Hampir satu setengah tahun selepas permulaan operasi percubaan, 1987 (!) Elemen bahan api sebesar bola tenis terpaksa dikeluarkan ... "; Horst Blume ).
• Pengumpulan grafit dan habuk bahan api yang tercemar secara radioaktif secara tidak disangka-sangka serta lelasan logam telah menyebabkan kemalangan pada 4 Mei 5. Di samping itu, masalah timbul daripada pencemaran dan pengumpulan habuk di banyak titik dalam sistem. Antara lain, ia meningkatkan kemungkinan kegagalan injap dan peralatan lain. 

Contoh 2:

Di atas kuasa tertentu, longgokan bola tidak lagi boleh diedarkan, kerana tiada lagi bola boleh ditarik balik kerana daya aliran berlebihan aliran gas penyejuk pada "pemisah" pada paip pengekstrakan bola. Ini mengakibatkan sekatan operasi.

Contoh 3:

Dimensi penebat yang tidak betul dalam anulus penjana stim serta reka bentuk sistem pengudaraan yang tidak mencukupi boleh menyebabkan suhu berlebihan berlaku di bahagian sistem dengan output tertentu dan dengan suhu luar tertentu.

Contoh 4:

Disebabkan panduan aliran gas penyejuk utama yang salah, daya pemprosesan penyejukan melalui teras adalah lebih rendah daripada yang dirancang kerana kehadiran pintasan yang dipanggil. Akibatnya, tidak mungkin untuk mencapai beban penuh, yang mungkin cuba dielakkan oleh pengendali melalui manipulasi tambahan dalam teras reaktor.

Contoh 5:

Bangunan perlindungan reaktor yang dipanggil tidak kedap udara, sehingga tekanan negatif yang bertujuan untuk mengurangkan kemungkinan pelepasan radioaktif dari dewan reaktor ke alam sekitar tidak dapat dibina di mana-mana. Seseorang cuba mengawal ralat ini melalui langkah pengedap sementara.

Sebagai tambahan kepada kecacatan dan kekurangan reka bentuk ini, terdapat beberapa kekurangan lain yang dikatakan telah dihapuskan sebahagian atau sepenuhnya, e. B. kebocoran dalam sistem penyejukan pelapik dan kerosakan pada sistem pemuatan. Pada masa ini adalah tidak mungkin untuk menilai sama ada kesilapan ini dan lain-lain telah benar-benar akhirnya dan sepenuhnya diperbaiki.

Insiden dalam THTR-300

Sudah tentu, kejadian pada akhirnya selalunya adalah peristiwa yang tidak dijangka dan tidak dijangka jika ia dinilai sebagai peristiwa individu. Namun begitu, apabila menilai senarai kemalangan THTR-300 yang telah tersedia sehingga kini, seseorang perlu menentukan secara retrospektif bahawa beberapa kejadian dan/atau jenis kemalangan boleh dikesan kembali kepada kecacatan reka bentuk dan hampir tidak dapat dielakkan berlaku. Senarai insiden termasuk peristiwa berikut:

23.11.1985:

Tujuh daripada empat puluh dua batang teras sistem penutupan jangka panjang tidak dapat dipacu ke kedalaman penuh gugusan kerikil seperti yang dirancang. Hanya penggunaan pemacu lejang pendek operasi menyebabkan penarikan balik sepenuhnya. Punca sebenar kegagalan separa sistem rod teras ini terletak pada daya rod yang meningkat akibat gugusan kerikil termampat. Dasar maklumat dan percubaan penjelasan oleh pengendali ternyata tidak masuk akal. (Sebagai contoh, pemasukan rod teras mestilah dijamin walaupun tanpa penyuapan dalam ammonia sebagai "pelincir", kerana suapan ammonia bukanlah sistem keselamatan mengikut permit.)

04.05.1986:

Punca kemalangan ini dengan peningkatan pelepasan radioaktif boleh dikesan kembali kepada peningkatan pengumpulan grafit dan habuk bahan api dan lelasan. Selepas injap pada bahagian tekanan rendah zon penampan sistem pengecasan tidak ditutup kerana pencemaran oleh habuk dan ralat ini tidak dapat diperbaiki walaupun dengan gas pembersihan (bukan radioaktif), pengendali membuka injap pada bahagian utama untuk tujuan pembersihan. Sebilangan besar gas penyejuk primer tercemar radioaktif dengan habuk dilepaskan terus dan tidak ditapis melalui cerobong ke dalam persekitaran melalui saluran pelepasan tekanan. Sebagai tambahan kepada aspek radiologi, apa yang amat membimbangkan tentang kejadian ini adalah bahawa pakar bedah melakukan kesilapan yang jelas dan disebabkan oleh reka bentuk dan reka bentuk (disebabkan kekurangan interlock) adalah sama sekali mungkin bahawa satu kesilapan boleh mencetuskan pelepasan terus gas penyejuk primer, iaitu Jika tidak, sekiranya berlaku ralat tambahan (cth disebabkan oleh ralat operasi selanjutnya atau kegagalan fungsi penutupan injap sisi primer), kehilangan hampir sepenuhnya penyejuk ke dalam persekitaran boleh telah berkembang.

Sebagai tambahan kepada dua yang diterangkan dengan lebih tepat dan diketahui umum, terdapat beberapa insiden lain yang berkaitan dengan keselamatan:

• Ralat dalam bekalan kuasa kecemasan
• Kepincangan dalam teknologi pengukuran dan dalam peralatan kawalan
• Prosedur penyejukan kecemasan NK 11 telah pun dicetuskan 45 kali; ini bermakna kontinjen 45 prosedur penutupan penyejukan kecemasan sedemikian untuk keseluruhan hayat perkhidmatan sistem akan digunakan sehingga satu perempat. 

Penilaian

Ciri keselamatan merugikan khusus THTR-300, ciri reka bentuk khas, kecacatan pembinaan yang diketahui setakat ini dan keputusan fasa pentauliahan setakat ini menjadikannya amat perlu untuk tidak memulakan THTR-300 semula. Jika tidak, kejutan negatif, kesukaran dan insiden tidak dapat dielakkan lagi. Dari sudut keselamatan (tetapi juga disebabkan pertimbangan ekonomi) pengendali diminta untuk membatalkan ujian berskala besar berbahaya dengan THTR-300. Kesimpulannya sudah boleh dibuat bahawa teknologi reaktor katil kerikil telah gagal.

(Pelepasan sinaran atom sejak awal 1940-an: lihat INES - Skala penarafan antarabangsa dan senarai kemalangan nuklear di seluruh dunia)

- Peta dunia nuklear -

Daripada perlombongan dan pemprosesan uranium, kepada penyelidikan nuklear, pembinaan dan pengendalian kemudahan nuklear, termasuk kemalangan di loji kuasa nuklear, kepada pengendalian peluru uranium, senjata nuklear dan sisa nuklear.
- Di seluruh dunia, hampir, semuanya sepintas lalu dengan Peta Google -

kembali kepada

Kajian mengenai THTR

***

***

bahagian atas laman

***