Podstawowe problemy bezpieczeństwa

w reaktorze wysokotemperaturowym i szczególne deficyty w THTR-300

Lothar Hahn - czerwiec 1986

Do rzekomego „nieodłącznego” bezpieczeństwa HTR

Od początku rozwoju reaktora wysokotemperaturowego zainteresowane strony próbowały sugerować opinii publicznej, że HTR jest „z natury” bezpieczny. Ta sprytnie zaprojektowana strategia reklamowa bez wątpienia odniosła pewien sukces, ponieważ doprowadziła do bezprecedensowej dezinformacji, nawet w debacie o energii atomowej. Jak mało które twierdzenie przemysłu jądrowego opiera się na naukowo niemożliwych do przyjęcia założeniach i błędnych wnioskach.

W technologii, w szczególności jądrowej, system określany jest jako wewnętrznie bezpieczny, jeżeli pozostaje w stanie konstrukcyjnym wyłącznie na podstawie praw fizykochemicznych i nie jest zależny od działania aktywnych urządzeń zabezpieczających podczas postępowania z awariami. instruowana jest interwencja personelu (zgodnie z definicją Alwina Weinberga).

Jak dobrze wiadomo, reaktor na lekką wodę nie ma tych właściwości. Jednak jest również całkowicie jasne, że praktycznie wszystkie koncepcje HTR, które do tej pory były poważnie realizowane, nie są z natury bezpieczne, a w szczególności THTR-300 nie ma tej właściwości. Na przykład dwa z głównych wymagań związanych z bezpieczeństwem, wyłączanie i usuwanie ciepła resztkowego (a zatem ostatecznie również zatrzymywanie produktów rozszczepienia) są zależne od aktywnych urządzeń zabezpieczających i / lub uchwytów, jeśli poważne wypadki i znaczące uwolnienia substancji promieniotwórczych powinny zapobiec.

Jako dowód rzekomego nieodłącznego bezpieczeństwa, przemysł HTR zwykle przytacza pewne właściwości, którymi HTR różni się od reaktora lekkowodnego i które podobno mają korzystne skutki pod względem bezpieczeństwa. Jednak HTR jest daleki od tego z natury bezpieczny, ponieważ oprócz rzekomo korzystnych właściwości, HTR ma również niekorzystne właściwości związane z bezpieczeństwem, których nie mają inne typy reaktorów. Poniżej przedstawiono i skomentowano najczęściej przytaczane rzekome zalety HTR:

• Eigenschaft: Niski stosunek gęstości mocy do pojemności cieplnej, tj. wolniejszy wzrost temperatury w porównaniu do (w porównaniu z reaktorem na lekką wodę lub reaktorem regeneracyjnym) w przypadku awarii chłodzenia.
• Komentarz: To nie jest poprawne, ale dotyczy tylko zdarzeń z pewnymi awariami chłodzenia. W przypadku typowych dla HTR wypadków wnikania wody, wnikania powietrza i wypadków reaktywności właściwość ta ma mniejsze znaczenie. Jeśli wymagane jest szybkie chłodzenie, to wysoka pojemność cieplna jest raczej niekorzystna.
• Eigenschaft: Odporność na wysoką temperaturę ceramicznych elementów paliwowych i materiałów struktury rdzenia, brak stopienia rdzenia, takich jak B. możliwe z lekkim reaktorem wodnym.
• Komentarz: Stwierdzenie jest poprawne, ale pomija prawdziwy problem. Nie chodzi tu przede wszystkim o możliwość stopienia jądra, ale raczej o to, czy i jak można uwolnić radioaktywne produkty rozszczepienia. W temperaturach powyżej 1600^o C zauważalne proporcje produktów rozszczepienia są uwalniane z cząstek paliwa iz zespołów paliwowych. Efekt ten wzrasta przy jeszcze wyższych temperaturach, a najpóźniej przy ok. 2500^oC są masowe wydania w obwodzie pierwotnym. Temperatury, w których występują niebezpieczne emisje, mogą być osiągane w rdzeniu wszystkich dużych i dużych reaktorów wysokotemperaturowych w wyniku awarii, bez utraty konsystencji mechanicznej grafitu. Stwierdzenie, że stopienie rdzenia nie jest możliwe w przypadku HTR, jest zatem mylące i nieistotne dla mechanizmów uwalniania.
• Eigenschaft: Ujemny temperaturowy współczynnik reaktywności, czyli spadek wytwarzania energii wraz ze wzrostem temperatury.
• Komentarz: Ta właściwość nie jest specyficzna dla HTR, ale występuje również w reaktorach na lekką wodę; bez tej właściwości ani HTR, ani reaktor na lekką wodę nie zostałyby zatwierdzone. W szczególności HTR potrzebuje ujemnego temperaturowego współczynnika reaktywności, ponieważ w przypadku przypadkowego nagrzania – inaczej niż w przypadku reaktora na lekką wodę – efekt moderatora zostaje zachowany. Ponadto można stwierdzić, że wraz ze wzrostem temperatury współczynnik temperaturowy staje się coraz mniej ujemny, że jednocześnie coraz większe są niepewności w znajomości jego przebiegu i powyżej ok. 1200^oC jego wartości nie są eksperymentalnie weryfikowane. Inną szczególną wadą HTR jest to, że przy szybkim chłodzeniu możliwe są wypadki związane z reaktywnością.
• Eigenschaft: Wewnętrzny, stabilny fazowo, neutralny fizycznie neutronowy hel.
• Komentarz: Prawdą jest, że gaz chłodzący zawiera zanieczyszczenia, które mogą prowadzić do korozji zespołów paliwowych; dlatego trzeba było zapewnić system oczyszczania gazu specjalnie w celu zmniejszenia między innymi tych zanieczyszczeń. Pozostałe dwie właściwości helu (stabilność faz, fizyczna neutralność neutronów) mają niewielkie znaczenie. W przeciwnym razie jako chłodziwo można używać tylko helu.

Zarysowane widoczne zalety bezpieczeństwa HTR muszą oczywiście być również porównane z jego konkretnymi wadami i problemami bezpieczeństwa. Niektóre z wymienionych rzekomo pozytywnych właściwości wynikają z wyboru grafitu jako materiału moderującego i strukturalnego. Właściwości grafitu są również odpowiedzialne za typowe dla HTR i specyficzne dla HTR możliwości wypadkowe, a mianowicie reakcje grafit-woda po wnikaniu wody (spowodowane nieszczelnością generatora pary) oraz pożary grafitu po wnikaniu powietrza. W przypadku dodatkowych awarii wymaganych funkcji bezpieczeństwa (np. w przypadku wniknięcia wody: wyłączenie generatora pary, odprowadzenie ciepła resztkowego, wyłączenie reaktora), zdarzenia te nie są kontrolowane i mogą prowadzić do niekontrolowanych uwolnień ze znacznymi uszkodzeniami w sąsiedztwo reaktora. M.in. ze względu na to, że uwolnienia te następują wcześniej niż po awarii z czystym zagrzaniem rdzenia, można przyjąć, że awarie spowodowane przedostawaniem się wody i powietrza inicjują dominujące ryzyko procesy wypadkowe w HTR.

Oprócz tego typu awarii, na ryzyko wystąpienia awarii w reaktorach wysokotemperaturowych znacząco przyczyniają się tzw.

Można uznać za pewne, że lobby HTR odniesie się do dochodzeń w sprawie incydentów w ramach procesu zatwierdzania THTR-300 i analiz bezpieczeństwa HTR KFA (ośrodka badań jądrowych) Jülich, aby uzasadnić swoje twierdzenie, że wspomniane incydenty są kontrolowane lub nie prowadzą do istotnych uszkodzeń w pobliżu systemu, nawet w przypadku awarii innych systemów bezpieczeństwa. Należy zauważyć, że przedstawione dotychczas badania dotyczące ryzyka awarii reaktorów wysokotemperaturowych są tymczasowe, niekompletne, w dużej mierze niezabezpieczone i naukowo niespójne. Zanim konsensus byłby w ogóle możliwy, a sprzeciw nawet zawężony, zasadnicze elementy i warunki wstępne procesu dyskusji naukowo-technicznej wciąż czekają. B. krytyczny i niezależny przegląd, identyfikowalność i dostępność źródeł.

Ponadto dziwne jest, że do tej pory badania ryzyka były prowadzone tylko na koncepcjach HTR, które albo nigdy nie zostaną zrealizowane (HTR-1160) albo istniały tylko na papierze (HTR-500, moduł), ale są jedynymi w Niemczech istniejący wielkoskalowy system HTR, THTR-300, z wyjątkiem powierzchownego krótkiego badania, nie ma badania ryzyka.

Cechy THTR-300 niekorzystne z punktu widzenia bezpieczeństwa

Ocena bezpieczeństwa THTR-300 na podstawie jego cech konstrukcyjnych i zasad konstrukcyjnych – niezależnie od negatywnych niespodzianek podczas rozruchu – ujawnia szereg wad związanych z bezpieczeństwem. W tym momencie nie należy przeprowadzać kompleksowej oceny projektu związanego z bezpieczeństwem THTR-300. Jako przykłady można tu przytoczyć tylko trzy cechy konstrukcyjne, które nie tylko wydają się wątpliwe z krytycznego punktu widzenia, ale także kolidują z przepisami i regulacjami jądrowymi oraz tak zwaną filozofią bezpieczeństwa w technologii jądrowej. Również biorąc pod uwagę różnice między reaktorami lekkowodnymi (na których opierają się głównie przepisy jądrowe) a THTR-300, naruszenie podstawowych zasad technologii reaktora w THTR-300 staje się oczywiste na podstawie poniższych przykładów.

Przykładem 1:

Oba systemy wyłączania nie są wystarczająco niezależne, nie są zróżnicowane i nie spełniają stawianych im wymagań we wszystkich stanach pracy i awariach. Tym samym, wbrew opinii Komisji Bezpieczeństwa Reaktorów, systemy wyłączania nie spełniają kryteriów bezpieczeństwa BMI dla elektrowni jądrowych (kryterium 5.3.). Od dawna istnieją koncepcje wyłączania, które wyraźnie i znacznie przewyższają koncepcję THTR-300 pod względem różnorodności, balansu wyłączania i niezawodności, a także technicznie wykonalne.

Przykładem 2:

THTR-300 nie posiada niezależnego systemu chłodzenia awaryjnego, jak jest to zalecone i zaimplementowane dla reaktora na lekką wodę. Ciepło resztkowe jest usuwane za pomocą działającego wentylatora i wytwornicy pary. Nawiasem mówiąc, proponowany następca reaktora HTR-500 ma być wyposażony w dwie niezależne jednostki do odprowadzania ciepła resztkowego.

Przykładem 3:

THTR-300 nie ma obudowy jak reaktor na lekką wodę, który składa się z gazoszczelnego pojemnika bezpieczeństwa i betonowej skorupy. THTR-300 jest wyposażony tylko w (nie hermetyczny) tak zwany budynek ochrony reaktora (koncepcja hali przemysłowej)

Wady konstrukcyjne, które do tej pory wyszły na jaw

Oprócz niedostatków bezpieczeństwa, które są uzasadnione przy projektowaniu THTR-300, w poprzedniej fazie rozruchu wyszło na jaw szereg wad konstrukcyjnych i błędów konstrukcyjnych, z których niektóre są odpowiedzialne za incydenty i dodatkowe problemy z bezpieczeństwem.

Przykładem 1:

Kamyk jest bardziej zwarty niż zakładano w projekcjach. Ma to szereg konsekwencji:

• Kiedy pręty rdzenia są wprowadzane do kamyka w celu długotrwałego wyłączenia, na pręty działają zwiększone siły, które są na granicy konstrukcji.
• Jeszcze bardziej pogarsza się niezawodność systemu prętów rdzeniowych, która jest już niekorzystna. B. przedstawił wydarzenie z 23 listopada 11 r. (zob. rozdział 1985).
• Skutkiem tego jest konieczność poluzowania stosu kamyczków poprzez jego cyrkulację, co jednak nie daje żadnego rozwiązania, ponieważ stos kamyków jest wielokrotnie ściskany przez wsuwanie pręta.
• Wskaźnik pękania kuli jest znacznie wyższy niż obliczono. Podczas gdy w „Atomwirtschaft” (atw) z grudnia 1982 r. w artykule pracowników firmy Konstrukcji Reaktorów Wysokotemperaturowych GmbH powiedziano, że „w ciągu dwóch lat eksploatacji przez pręty rdzenia kruszy się średnio tylko jeden element paliwowy”, dyrektor elektrowni Glahe dodał teraz 800 zmiażdżonych kulek. Według innych informacji, tak wiele kulek już pękło, że jeden z dwóch pojemników przewidzianych do przechowywania złamanej kuli jest pełny; Oba zbiorniki razem są zaprojektowane tak, aby pomieścić pęknięcie kuli, które występuje podczas całego okresu użytkowania systemu. ("Westfälische Anzeiger" z 19 maja 5 r. donosiło: "Prawie półtora roku po rozpoczęciu próbnej eksploatacji, 1987 (!) elementów paliwowych wielkości piłki tenisowej musiało zostać usuniętych..."; Horst Blume ).
• Niespodziewanie wysokie nagromadzenie skażonego radioaktywnie grafitu i pyłu paliwowego oraz ścieranie metaliczne były odpowiedzialne za wypadek 4 maja 5 roku. Ponadto pojawiają się problemy związane z zanieczyszczeniem i gromadzeniem się kurzu w wielu punktach układu. Między innymi zwiększa prawdopodobieństwo awarii zaworów i innego sprzętu. 

Przykładem 2:

Powyżej pewnej mocy stos kulek nie może już krążyć, ponieważ kulki nie mogą być wyciągane z powodu nadmiernych sił przepływu strumienia gazu chłodzącego na „separatorze” na rurze odprowadzającej kulki. Powoduje to ograniczenia operacyjne.

Przykładem 3:

Nieprawidłowe zwymiarowanie izolacji w pierścieniu wytwornicy pary oraz nieodpowiednia konstrukcja instalacji wentylacyjnej mogą prowadzić do występowania nadmiernych temperatur w częściach instalacji o określonych mocach i przy określonych temperaturach zewnętrznych.

Przykładem 4:

Z powodu nieprawidłowego prowadzenia pierwotnych przepływów gazu chłodzącego, przepustowość chłodzenia przez rdzeń jest niższa niż planowano ze względu na obecność tzw. bypassu. W efekcie nie jest możliwe osiągnięcie pełnego obciążenia, czego operator prawdopodobnie będzie starał się uniknąć poprzez dodatkowe manipulacje w rdzeniu reaktora.

Przykładem 5:

Tak zwany budynek ochrony reaktora nie jest hermetyczny, przez co nie wszędzie może powstać podciśnienie mające na celu ograniczenie ewentualnych emisji promieniotwórczych z hali reaktora do środowiska. Próbuje się opanować ten błąd za pomocą tymczasowych środków uszczelniających.

Oprócz tych wad konstrukcyjnych i niedociągnięć istnieje szereg innych niedociągnięć, o których mówi się, że zostały częściowo lub całkowicie wyeliminowane, m.in. B. nieszczelność w układzie chłodzenia wykładziny i usterka w układzie załadowczym. W tej chwili nie można ocenić, czy te i inne błędy rzeczywiście zostały ostatecznie i całkowicie naprawione.

Incydenty w THTR-300

Oczywiście incydenty są ostatecznie zawsze zdarzeniami nieprzewidzianymi i nieoczekiwanymi, jeśli są oceniane jako zdarzenia indywidualne. Niemniej jednak, oceniając listę wypadków THTR-300, która była dostępna do tej pory, należy retrospektywnie ustalić, że wiele incydentów i/lub rodzajów wypadków można prześledzić wstecz do wad konstrukcyjnych i prawie nieuchronnie wystąpiły. Lista incydentów obejmuje następujące zdarzenia:

23.11.1985:

Siedem z czterdziestu dwóch prętów rdzenia systemu długoterminowego wyłączania nie mogło zostać wbitych na pełną głębokość skupiska kamyków, jak planowano. Dopiero użycie działającego napędu o krótkim skoku doprowadziło do pełnego wycofania. Rzeczywista przyczyna tej częściowej awarii systemu prętów rdzeniowych leży w zwiększonych siłach prętów w wyniku ściśniętego skupiska kamyków. Polityka informacyjna i próby wyjaśnień ze strony operatora okazały się nieprawdopodobne. (Na przykład, wprowadzenie prętów rdzenia musi być oczywiście zagwarantowane nawet bez podawania amoniaku jako „smaru”, ponieważ podawanie amoniaku nie jest systemem bezpieczeństwa zgodnie z pozwoleniem.)

04.05.1986:

Przyczyną tego wypadku ze zwiększonym uwalnianiem radioaktywności można doszukiwać się w zwiększonej akumulacji grafitu i pyłu paliwowego oraz ścieraniu. Po tym, jak zawór po stronie niskiego ciśnienia strefy buforowej układu ładowania nie zamknął się z powodu zanieczyszczenia kurzem i błędu tego nie dało się naprawić nawet za pomocą (nieradioaktywnego) gazu oczyszczającego, operator otworzył zawór po stronie pierwotnej w celu oczyszczenia. Znaczna ilość skażonego radioaktywnie gazu pierwotnego z pyłem została uwolniona bezpośrednio i niefiltrowana przez komin do otoczenia poprzez przewód upustowy. Oprócz aspektów radiologicznych, szczególnie niepokojące w tym zdarzeniu jest to, że chirurg popełnił oczywisty błąd i że ze względu na konstrukcję i konstrukcję (ze względu na brak blokad) jest w ogóle możliwe, że pojedynczy błąd może wywołać bezpośrednie uwolnienie pierwotnego gazu chłodzącego, co w przeciwnym razie w przypadku dodatkowego błędu (np. z powodu dalszego błędu obsługi lub awarii funkcji zamykania zaworu po stronie pierwotnej) prawie całkowita utrata chłodziwa do otoczenia może rozszerzyły się.

Oprócz tych dwóch dokładniej opisanych i znanych publicznie, miało miejsce wiele innych incydentów związanych z bezpieczeństwem:

• Błąd zasilania awaryjnego
• Awarie w technologii pomiarowej i w sprzęcie kontrolnym
• Procedura awaryjnego chłodzenia NK 11 została uruchomiona już 45 razy; oznaczałoby to, że 45 takich procedur awaryjnego wyłączenia chłodzenia przez cały okres eksploatacji systemu zostałoby wykorzystane do jednej czwartej. 

ocena

Specyficzne dla THTR-300 niekorzystne właściwości bezpieczeństwa, szczególne cechy konstrukcyjne, znane do tej pory wady konstrukcyjne oraz wyniki fazy rozruchu do tej pory sprawiają, że nie jest konieczne ponowne uruchamianie THTR-300. W przeciwnym razie kolejne negatywne niespodzianki, trudności i incydenty są nieuniknione. Z punktu widzenia bezpieczeństwa (ale także ze względów ekonomicznych) operator jest proszony o przerwanie niebezpiecznego testu na dużą skalę z THTR-300. Już teraz można wyciągnąć wniosek, że technologia reaktora ze złożem żwirowym zawiodła.

(Uwalnianie promieniowania atomowego od wczesnych lat czterdziestych: patrz INES - Międzynarodowa skala ratingowa i lista awarii jądrowych na świecie)

- Mapa świata nuklearnego -

Od wydobycia i przetwarzania uranu po badania jądrowe, budowę i eksploatację obiektów jądrowych, w tym awarie w elektrowniach jądrowych, po postępowanie z amunicją uranową, bronią jądrową i odpadami nuklearnymi.
- Na całym świecie, prawie wszystko na pierwszy rzut oka dzięki Google Maps -

powrót do

Badania nad THTR

***

***

góra strony

***