Fundamentele beveiligingsproblemen

in de hogetemperatuurreactor en met name tekorten in de THTR-300

Lothar Hahn - juni 1986

Naar de veronderstelde "inherente" beveiliging van de HTR

Sinds het begin van de ontwikkeling van hogetemperatuurreactoren hebben geïnteresseerde partijen geprobeerd het publiek voor te stellen dat de HTR "inherent" veilig is. Deze slim geconstrueerde reclamestrategie heeft ongetwijfeld enig succes gehad, omdat het tot ongekende desinformatie heeft geleid, zelfs in het debat over atoomenergie. Zoals bijna geen enkele andere bewering van de nucleaire industrie is deze gebaseerd op wetenschappelijk onhoudbare aannames en onjuiste conclusies.

In technologie, in het bijzonder nucleaire technologie, wordt een systeem als inherent veilig beschouwd als het uitsluitend op basis van fysische en chemische wetten in zijn ontwerpstaat blijft en als het niet afhankelijk is van de werking van actieve veiligheidsvoorzieningen bij het omgaan met ongevallen, tussenkomst van personeel is geïnstrueerd (volgens de definitie door Alwin Weinberg).

Zoals bekend heeft de lichtwaterreactor deze eigenschappen niet. Het is echter ook volkomen duidelijk dat vrijwel alle HTR-concepten die tot nu toe serieus zijn nagestreefd niet inherent veilig zijn en dat met name de THTR-300 deze eigenschap niet heeft. Zo zijn twee van de centrale veiligheidsgerelateerde eisen, uitschakeling en restwarmteafvoer (en dus uiteindelijk ook het vasthouden van splijtingsproducten) afhankelijk van actieve veiligheidsvoorzieningen en/of handgrepen indien ernstige ongevallen en significant vrijkomen van de ) radioactieve inventaris voorkomen.

Als bewijs van de vermeende inherente veiligheid noemt de HTR-industrie meestal enkele eigenschappen waarin de HTR verschilt van de lichtwaterreactor en die gunstige effecten zouden hebben op het gebied van veiligheid. De HTR is hier echter verre van inherent veilig voor, omdat de HTR naast zogenaamd gunstige eigenschappen ook veiligheidsgerelateerde nadelige eigenschappen heeft die andere reactortypen niet hebben. De meest genoemde vermeende voordelen van de HTR worden hieronder weergegeven en becommentarieerd:

• Eigenschaft: Lage verhouding tussen vermogensdichtheid en warmtecapaciteit, dwz langzamere temperatuurstijging in vergelijking met (vergeleken met de lichtwaterreactor of kweekbak) in het geval van een storing in de koeling.
• Opmerkingen: Dit is niet correct, maar geldt alleen voor gebeurtenissen met bepaalde koelingsstoringen. Bij de HTR-specifieke ongevallen van binnendringend water, binnendringen van lucht en reactiviteit is deze eigenschap van minder belang. Indien een snelle afkoeling gewenst is, is de hoge warmtecapaciteit nogal nadelig.
• Eigenschaft: Hoge temperatuurbestendigheid van de keramische brandstofelementen en kernstructuurmaterialen, geen kernsmelting zoals: B. mogelijk met de lichtwaterreactor.
• Opmerkingen: De stelling is correct, maar negeert het echte probleem. Het gaat niet in de eerste plaats om de mogelijkheid van een kernsmelting, maar om de vraag of en hoe radioactieve splijtingsproducten kunnen vrijkomen. Bij temperaturen boven 1600^o C merkbare hoeveelheden splijtingsproducten komen vrij uit de brandstofdeeltjes en uit de brandstofassemblages. Dit effect neemt toe bij nog hogere temperaturen, en uiterlijk bij ca. 2500^oC zijn er massale releases in het primaire circuit. In de kern van alle grote en grote hogetemperatuurreactoren kunnen door ongevallen temperaturen worden bereikt waarbij gevaarlijke lozingen plaatsvinden zonder dat het grafiet zijn mechanische consistentie verliest. De stelling dat core meltdowns niet mogelijk zijn met de HTR is daarom misleidend en niet relevant voor de afgiftemechanismen.
• Eigenschaft: Negatieve temperatuurcoëfficiënt van reactiviteit, dwz afname van energieopwekking met toenemende temperatuur.
• Opmerkingen: Deze eigenschap is niet specifiek voor HTR, maar is ook aanwezig in lichtwaterreactoren; zonder deze eigenschap zou noch de HTR, noch de lichtwaterreactor worden goedgekeurd. Vooral de HTR heeft een negatieve temperatuurcoëfficiënt van reactiviteit nodig, omdat bij accidentele verwarming - in tegenstelling tot bij de lichtwaterreactor - het moderatoreffect behouden blijft. Verder kan worden gesteld dat de temperatuurcoëfficiënt met toenemende temperatuur steeds minder negatief wordt, dat tegelijkertijd de onzekerheden in de kennis van zijn verloop groter en groter worden en dat boven ca. 1200^oC zijn waarden zijn niet experimenteel geverifieerd. Een ander bijzonder nadeel van de HTR is dat bij snelle afkoeling reactiviteitsongevallen mogelijk zijn.
• Eigenschaft: Innerlijk, fasestabiel, neutronenfysisch neutraal koelmiddel helium.
• Opmerkingen: Het is juist dat het koelgas onzuiverheden bevat die kunnen leiden tot corrosieverschijnselen op de brandstofassemblages; daarom moest er specifiek worden voorzien in een gasreinigingssysteem om onder meer deze onzuiverheden te verminderen. De andere twee eigenschappen van helium (fasestabiliteit, neutronenfysische neutraliteit) zijn van weinig belang. Anders kan alleen helium als koelmiddel worden gebruikt.

De geschetste schijnbare veiligheidsvoordelen van de HTR moeten natuurlijk ook worden vergeleken met de specifieke nadelen en veiligheidsproblemen. Enkele van de genoemde vermeende positieve eigenschappen zijn gebaseerd op de keuze van grafiet als moderator en constructiemateriaal. De eigenschappen van grafiet zijn ook verantwoordelijk voor HTR-typische en HTR-specifieke ongevallenmogelijkheden, namelijk grafiet-waterreacties na ongevallen met binnendringend water (veroorzaakt door lekkage van stoomgeneratoren) en grafietbranden na ongevallen met luchtinfiltratie. Bij extra uitval van de vereiste veiligheidsfuncties (bijv. bij binnendringen van water: uitschakelen stoomgenerator, afvoer restwarmte, uitschakeling reactor) worden deze incidenten niet beheerst en kunnen ze leiden tot ongecontroleerd vrijkomen met aanzienlijke schade aan de omgeving van de reactor. Onder meer omdat deze lozingen eerder plaatsvinden dan na een zuiver kernopwarmongeval, kan worden aangenomen dat ongevallen door water- en luchtindringing de risicodominante ongevallenprocessen op de HTR initiëren.

Naast dit soort ongevallen dragen de zogenaamde reactiviteitsongevallen, dwz ongevallen die worden veroorzaakt door storingen in de regel- en uitschakelstangsystemen, aanzienlijk bij tot het risico op ongevallen in hogetemperatuurreactoren.

Het kan als zeker worden beschouwd dat de HTR-lobby zal verwijzen naar de incidentenonderzoeken als onderdeel van het goedkeuringsproces voor de THTR-300 en de HTR-veiligheidsanalyses van de KFA (nucleaire onderzoeksfaciliteit) Jülich om hun bewering te staven dat de genoemde incidenten worden gecontroleerd of leiden niet tot relevante schade in de buurt van het systeem, zelfs als andere veiligheidssystemen falen. Opgemerkt moet worden dat de tot dusver gepresenteerde studies over het ongevalsrisico van hogetemperatuurreactoren voorlopig, onvolledig, grotendeels onbeveiligd en wetenschappelijk inconsistent zijn. Voordat een consensus zelfs maar denkbaar zou zijn of een dissidentie zelfs maar verengd zou zijn, zijn essentiële elementen en voorwaarden van een wetenschappelijk-technisch discussieproces nog hangende. B. de kritische en onafhankelijke beoordeling, de traceerbaarheid en de toegankelijkheid van de bronnen.

Daarnaast is het vreemd dat tot nu toe alleen risicostudies zijn uitgevoerd naar HTR-concepten die ofwel nooit zullen worden gerealiseerd (HTR-1160) of alleen op papier hebben bestaan ​​(HTR-500, module), maar de enige zijn in Duitsland bestaat een grootschalig HTR-systeem, de THTR-300, behalve een oppervlakkig kort onderzoek, er is geen risico-onderzoek.

Kenmerken van de THTR-300 die nadelig zijn qua veiligheid

Een veiligheidsgerelateerde beoordeling van de THTR-300 op basis van zijn ontwerpkenmerken en constructieprincipes - ongeacht eventuele negatieve verrassingen tijdens de inbedrijfstelling - onthult een aantal veiligheidsgerelateerde nadelige kenmerken. Een uitgebreide beoordeling van het veiligheidsgerelateerde ontwerp van de THTR-300 hoeft op dit moment niet te worden uitgevoerd. Slechts drie ontwerpkenmerken worden hier als voorbeeld genoemd, die niet alleen vanuit een kritische positie twijfelachtig lijken, maar ook botsen met de nucleaire regels en voorschriften en de zogenaamde veiligheidsfilosofie in de nucleaire technologie. Ook rekening houdend met de verschillen tussen lichtwaterreactoren (waarop de nucleaire regelgeving voornamelijk is gebaseerd) en de THTR-300, wordt de schending van fundamentele principes van reactortechnologie in de THTR-300 duidelijk aan de hand van de volgende voorbeelden.

Voorbeeld 1:

De beide uitschakelsystemen zijn niet voldoende onafhankelijk, niet divers en voldoen niet in alle bedrijfstoestanden en storingen aan de daaraan gestelde eisen. Zo voldoen de shutdown-systemen, in tegenstelling tot het oordeel van de Reactor Safety Commission, niet aan de BMI-veiligheidscriteria voor kerncentrales (criterium 5.3.). Er zijn al heel lang shutdown-concepten die duidelijk en veel beter zijn dan die van de THTR-300 in termen van diversiteit, shutdown-saldi en betrouwbaarheid en die ook technisch haalbaar zijn.

Voorbeeld 2:

De THTR-300 heeft geen onafhankelijk noodkoelsysteem, zoals voorgeschreven en geïmplementeerd voor de lichtwaterreactor. De restwarmte wordt afgevoerd met behulp van de werkende ventilator en de stoomgenerator. Overigens wordt de voorgestelde opvolgerreactor HTR-500 uitgerust met twee onafhankelijke units voor restwarmteafvoer.

Voorbeeld 3:

De THTR-300 heeft geen insluiting zoals de lichtwaterreactor, die bestaat uit een gasdichte veiligheidscontainer en een betonnen omhulsel. De THTR-300 is alleen voorzien van een (niet luchtdicht) zogenaamd reactorbeveiligingsgebouw (industriehal concept)

Constructiefouten die tot nu toe aan het licht zijn gekomen

Naast de veiligheidstekorten die gerechtvaardigd zijn in het ontwerp van de THTR-300, zijn er in de vorige inbedrijfstellingsfase een aantal ontwerpfouten en ontwerpfouten aan het licht gekomen, waarvan sommige verantwoordelijk zijn voor incidenten en extra veiligheidsproblemen.

Voorbeeld 1:

De kiezel is compacter dan in de projecties werd aangenomen. Dit heeft een aantal gevolgen:

• Wanneer de kernstaven in de kiezelsteen worden bewogen met het oog op langdurige uitschakeling, werken verhoogde krachten, die aan de limiet van het ontwerp liggen, op de staven.
• De reeds ongunstige betrouwbaarheid van het kernstaafsysteem gaat nog verder achteruit. B. toonde de gebeurtenis van 23 november 11 (zie hoofdstuk 1985).
• Het resultaat is de noodzaak om de kiezelsteen los te maken door deze te laten circuleren, wat echter geen oplossing biedt, aangezien de kiezelsteen herhaaldelijk wordt samengedrukt door de staaf naar binnen te bewegen.
• Het balbreukpercentage is veel hoger dan berekend. Terwijl in de "Atomwirtschaft" (atw) van december 1982 in een artikel van medewerkers van de hogetemperatuurreactorconstructie GmbH werd gezegd dat "in twee jaar bedrijf gemiddeld slechts één splijtstofelement wordt verpletterd door de kernstaven", de energiecentrale directeur Glahe nu 800 gemalen ballen toegevoegd. Volgens andere informatie zijn er al zoveel ballen gebroken dat een van de twee containers die zijn voorzien voor het vasthouden van de gebroken bal vol is; Beide tanks samen zijn ontworpen om de kogelbreuk op te vangen die optreedt gedurende de gehele levensduur van het systeem. (De "Westfälische Anzeiger van 19 mei 5 meldde:" Bijna anderhalf jaar na de start van de proefoperatie moesten 1987 (!) brandstofelementen ter grootte van een tennisbal worden verwijderd..."; Horst Blume ).
• De onverwacht hoge ophoping van radioactief besmet grafiet en brandstofstof en metaalslijtage waren de oorzaak van het ongeval op 4 mei 5. Daarnaast ontstaan ​​er problemen door vervuiling en ophoping van stof op tal van punten in het systeem. Het vergroot onder andere de kans op storingen aan kleppen en andere apparatuur. 

Voorbeeld 2:

Boven een bepaald vermogen kan de kogelstapel niet meer worden rondgepompt, aangezien er geen kogels meer kunnen worden teruggetrokken vanwege de te grote stromingskrachten van de koelgasstroom op de "separator" op de kogelafzuigleiding. Dit leidt tot operationele beperkingen.

Voorbeeld 3:

Een onjuiste dimensionering van de isolatie in de stoomgeneratorring en een gebrekkig ontwerp van het ventilatiesysteem kunnen leiden tot te hoge temperaturen in delen van het systeem bij bepaalde vermogens en bij bepaalde buitentemperaturen.

Voorbeeld 4:

Door een verkeerde geleiding van de primaire koelgasstromen is de koeldoorvoer door de kern lager dan gepland door de aanwezigheid van een zogenaamde bypass. Als gevolg hiervan is het niet mogelijk om volledige belasting te bereiken, wat de operator waarschijnlijk zal proberen te vermijden door extra manipulaties in de reactorkern.

Voorbeeld 5:

Het zogenaamde reactorbeschermingsgebouw is niet luchtdicht, zodat de onderdruk die bedoeld is om mogelijke radioactieve lozingen vanuit de reactorhal naar het milieu te verminderen niet overal kan worden opgebouwd. Men probeert deze fout onder controle te krijgen door middel van voorlopige afdichtingsmaatregelen.

Naast deze ontwerpfouten en tekortkomingen zijn er een aantal andere tekortkomingen waarvan wordt gezegd dat ze gedeeltelijk of volledig zijn verholpen, bijv. B. een lek in het koelsysteem van de voering en een storing in het laadsysteem. Op dit moment kan niet worden beoordeeld of deze en andere fouten werkelijk definitief en volledig zijn verholpen.

Incidenten in de THTR-300

Zeker, incidenten zijn uiteindelijk altijd onvoorziene en onverwachte gebeurtenissen als ze als afzonderlijke gebeurtenissen worden beoordeeld. Desalniettemin moet men bij het evalueren van de tot nu toe beschikbare lijst met ongevallen van de THTR-300 achteraf vaststellen dat een aantal incidenten en/of typen ongevallen terug te voeren zijn op ontwerpfouten en bijna onvermijdelijk zijn opgetreden. De lijst met incidenten omvat de volgende gebeurtenissen:

23.11.1985:

Zeven van de tweeënveertig kernstaven van het systeem voor langdurige stilstand konden niet zoals gepland in de volledige diepte van de kiezelcluster worden gedreven. Alleen het gebruik van de operationele korte slag aandrijving leidde tot volledige terugtrekking. De werkelijke oorzaak van dit gedeeltelijk falen van het kernstaafsysteem ligt in de verhoogde staafkrachten als gevolg van het samengedrukte kiezelcluster. Het informatiebeleid en de pogingen tot uitleg door de exploitant bleken ongeloofwaardig. (Zo moet het inbrengen van de kernstaven natuurlijk ook zonder toevoer van ammoniak als "smeermiddel" worden gegarandeerd, aangezien de ammoniaktoevoer volgens de vergunning geen veiligheidssysteem is.)

04.05.1986:

De oorzaak van dit ongeval met verhoogde radioactieve afgifte is terug te voeren op de toegenomen ophoping van grafiet- en brandstofstof en slijtage. Nadat een klep aan de lagedrukzijde van de bufferzone van het laadsysteem niet sloot door vervuiling door stof en deze fout ook met (niet-radioactief) spoelgas niet kon worden verholpen, heeft de operator de klep aan de primaire zijde geopend met het oog op het zuiveren. Een aanzienlijke hoeveelheid radioactief besmet primair koelgas met stof is direct en ongefilterd via de schoorsteen via het overdrukkanaal in de omgeving terechtgekomen. Naast de radiologische aspecten is het bij dit incident vooral verontrustend dat de chirurg een duidelijke fout heeft begaan en dat door het ontwerp en ontwerp (door het ontbreken van interlocks) het überhaupt mogelijk is dat een enkele fout kan leiden tot een direct vrijkomen van primair koelgas, anders kan in geval van een extra fout (bijv. door een verdere bedieningsfout of uitval van de sluitfunctie van de klep aan de primaire zijde), een bijna volledig verlies van koelmiddel naar de omgeving hebben uitgebreid.

Naast deze twee nauwkeuriger beschreven en algemeen bekend, waren er nog een aantal andere veiligheidsrelevante incidenten:

• Fout in de noodstroomvoorziening
• Storingen in de meettechniek en in de regelapparatuur
• De noodkoelprocedure NK 11 is al 45 keer geactiveerd; dit zou betekenen dat het contingent van 45 van dergelijke noodstopprocedures voor de koeling gedurende de gehele levensduur van het systeem al tot een kwart zou worden gebruikt. 

waardering

De THTR-300-specifieke nadelige veiligheidseigenschappen, de bijzondere ontwerpkenmerken, de tot nu toe bekende constructiefouten en de resultaten van de inbedrijfstellingsfase tot dusver maken het dringend noodzakelijk om de THTR-300 niet opnieuw in gebruik te nemen. Anders zijn verdere negatieve verrassingen, moeilijkheden en incidenten onvermijdelijk. Uit veiligheidsoogpunt (maar ook uit economische overwegingen) wordt de bediener verzocht de gevaarlijke grootschalige test met de THTR-300 af te breken. De conclusie kan nu al worden getrokken dat de technologie van de kiezelbedreactor heeft gefaald.

(Vrijgave van atomaire straling sinds de vroege jaren 1940: zie INES - De internationale beoordelingsschaal en lijst van nucleaire ongevallen wereldwijd)

- De kaart van de nucleaire wereld -

Van uraniumwinning en -verwerking, tot nucleair onderzoek, de bouw en exploitatie van nucleaire installaties, inclusief ongevallen in kerncentrales, tot de behandeling van uraniummunitie, kernwapens en kernafval.
- Wereldwijd, bijna alles in één oogopslag met Google Maps -

terug naar de

Studies over de THTR

***

***

top of page

***