Problemas de segurança fundamentais

no reator de alta temperatura e déficits particulares no THTR-300

Lothar Hahn - junho de 1986

À suposta segurança "inerente" do HTR

Desde o início do desenvolvimento do reator de alta temperatura, as partes interessadas têm tentado sugerir ao público que o HTR é "inerentemente" seguro. Essa estratégia de publicidade habilmente projetada sem dúvida teve algum sucesso, porque levou a uma desinformação sem precedentes, mesmo no debate sobre energia atômica. Como dificilmente qualquer outra afirmação da indústria nuclear, é baseada em suposições cientificamente insustentáveis ​​e conclusões incorretas.

Em tecnologia, em particular na tecnologia nuclear, um sistema é considerado inerentemente seguro se permanecer em seu estado de projeto exclusivamente com base nas leis físicas e químicas e se não depender do funcionamento de dispositivos de segurança ativos ao lidar com acidentes. intervenção do pessoal é instruída (de acordo com a definição de Alwin Weinberg).

Como é bem sabido, o reator de água leve não possui essas propriedades. No entanto, também está completamente claro que praticamente todos os conceitos de HTR que foram seriamente perseguidos até agora não são inerentemente seguros e que o THTR-300 em particular não tem essa propriedade. Por exemplo, dois dos requisitos centrais relacionados à segurança, desligamento e remoção de calor residual (e, portanto, em última análise, também a retenção de produtos de fissão) são dependentes de dispositivos de segurança ativos e / ou alças em caso de acidentes graves e liberações significativas do) inventário radioativo deve ser evitado.

Como prova da alegada segurança inerente, a indústria de HTR costuma citar algumas propriedades em que o HTR difere do reator de água leve e que teriam efeitos vantajosos em termos de segurança. No entanto, o HTR está longe de ser inerentemente seguro disso, porque além dos supostamente favoráveis, o HTR também tem propriedades desvantajosas relacionadas à segurança que outros tipos de reatores não possuem. As supostas vantagens do HTR citadas com mais frequência são apresentadas e comentadas a seguir:

• Eigenschaft: Baixa relação entre densidade de potência e capacidade de calor, ou seja, aumento mais lento da temperatura em comparação com (em comparação com o reator de água leve ou reprodutor) no caso de uma falha de resfriamento.
• comentário: Isso não está correto, mas se aplica apenas a eventos com certas falhas de resfriamento. No caso de acidentes específicos de HTR de entrada de água, entrada de ar e acidentes de reatividade, esta propriedade é de menor importância. Se o resfriamento rápido for necessário, a alta capacidade de calor é bastante desvantajosa.
• Eigenschaft: Resistência a alta temperatura dos elementos de combustível de cerâmica e materiais da estrutura do núcleo, sem derretimento do núcleo, como B. possível com o reator de água leve.
• comentário: A afirmação está correta, mas ignora o problema real. Não se trata principalmente da possibilidade de um colapso do núcleo, mas sim da questão de se e como os produtos da fissão radioativos podem ser liberados. Em temperaturas acima de 1600^o C proporções perceptíveis de produtos de fissão são liberadas das partículas de combustível e dos conjuntos de combustível. Este efeito aumenta em temperaturas ainda mais altas e, o mais tardar, em aproximadamente 2500^oC, há grandes liberações no circuito primário. As temperaturas nas quais ocorrem liberações perigosas podem ser alcançadas no núcleo de todos os grandes e grandes reatores de alta temperatura devido a acidentes sem que o grafite perca sua consistência mecânica. A afirmação de que colapsos de núcleo não são possíveis com o HTR é, portanto, enganosa e não relevante para os mecanismos de liberação.
• Eigenschaft: Coeficiente de reatividade de temperatura negativo, ou seja, diminuição na geração de energia com o aumento da temperatura.
• comentário: Esta propriedade não é específica do HTR, mas também está presente em reatores de água leve; sem esta propriedade, nem o HTR nem o reator de água leve seriam aprovados. O HTR, em particular, necessita de um coeficiente de reatividade de temperatura negativo, pois em caso de aquecimento acidental - ao contrário do reator de água leve - o efeito moderador é mantido. Além disso, pode-se afirmar que o coeficiente de temperatura torna-se cada vez menos negativo com o aumento da temperatura, que ao mesmo tempo as incertezas no conhecimento de seu curso tornam-se cada vez maiores e acima de aproximadamente 1200^oC seus valores não são verificados experimentalmente. Outra desvantagem particular do HTR é que acidentes de reatividade são possíveis com resfriamento rápido.
• Eigenschaft: Hélio refrigerante neutro físico de nêutron interno, de fase estável.
• comentário: É correto que o gás de resfriamento contenha impurezas que podem levar a fenômenos de corrosão nos conjuntos de combustível; portanto, um sistema de limpeza de gás teve que ser fornecido especificamente para reduzir essas impurezas, entre outras coisas. As outras duas propriedades do hélio (estabilidade de fase, neutralidade física de nêutrons) são de pouca relevância. Caso contrário, apenas o hélio pode ser usado como refrigerante.

As aparentes vantagens de segurança do HTR, evidentemente, também devem ser comparadas com suas desvantagens e problemas de segurança específicos. Algumas das propriedades alegadamente positivas mencionadas baseiam-se na escolha do grafite como moderador e material estrutural. As propriedades do grafite também são responsáveis ​​pelas possibilidades de acidentes típicos e específicos do HTR, a saber, reações grafite-água após acidentes com entrada de água (causados ​​por vazamentos do gerador de vapor) e incêndios com grafite após acidentes com entrada de ar. Em caso de falha adicional das funções de segurança necessárias (por exemplo, no caso de entrada de água: desligamento do gerador de vapor, remoção de calor residual, desligamento do reator), esses incidentes não são controlados e podem levar a liberações descontroladas com danos consideráveis ​​no vizinhança do reator. Pelo motivo, entre outras coisas, que essas liberações ocorrem mais cedo do que após um acidente de aquecimento de núcleo puro, pode-se presumir que os acidentes causados ​​pela entrada de água e ar iniciam os processos de acidentes dominantes de risco no HTR.

Além desses tipos de acidentes, os chamados acidentes de reatividade, ou seja, acidentes que são desencadeados por mau funcionamento dos sistemas de controle e desligamento das hastes, contribuem significativamente para o risco de acidentes em reatores de alta temperatura.

Pode-se considerar que o lobby do HTR fará referência às investigações de incidentes como parte do processo de aprovação do THTR-300 e das análises de segurança do HTR do KFA (instalação de pesquisa nuclear) Jülich, a fim de fundamentar sua alegação de que os incidentes mencionados são controlados ou não causam danos relevantes nas proximidades do sistema, mesmo se outros sistemas de segurança falharem. Deve-se notar que os estudos apresentados até agora sobre o risco de acidentes com reatores de alta temperatura são provisórios, incompletos, em grande parte não garantidos e cientificamente inconsistentes. Antes que um consenso fosse concebível ou uma divergência mesmo reduzida, elementos essenciais e pré-requisitos de um processo de discussão técnico-científico ainda estão pendentes. B. a revisão crítica e independente, a rastreabilidade e a acessibilidade das fontes.

Além disso, é estranho que até agora os estudos de risco tenham sido realizados apenas em conceitos de HTR que nunca serão implementados (HTR-1160) ou existiram apenas no papel (HTR-500, módulo), mas são os únicos na Alemanha existe um sistema HTR em grande escala, o THTR-300, exceto por um breve estudo superficial, não há investigação de risco.

Recursos do THTR-300 que são desvantajosos em termos de segurança

Uma avaliação relacionada à segurança do THTR-300 com base em seus recursos de projeto e princípios de construção - independentemente de quaisquer surpresas negativas durante o comissionamento - revela uma série de características desvantajosas relacionadas à segurança. Uma avaliação abrangente do projeto relacionado à segurança do THTR-300 não deve ser realizada neste momento. Apenas três características de projeto devem ser tratadas aqui como exemplos, que não só parecem questionáveis ​​de uma posição crítica, mas também colidem com as regras e regulamentos nucleares e a chamada filosofia de segurança em tecnologia nuclear. Também levando em consideração as diferenças entre os reatores de água leve (nos quais as regulamentações nucleares se baseiam principalmente) e o THTR-300, a violação dos princípios fundamentais da tecnologia do reator no THTR-300 se torna evidente com base nos exemplos a seguir.

Exemplo 1:

Os dois sistemas de desligamento não são suficientemente independentes, não diversos e não atendem aos requisitos impostos a eles em todos os estados de operação e mau funcionamento. Assim, ao contrário do parecer da Comissão de Segurança do Reator, os sistemas de desligamento não atendem aos critérios de segurança do IMC para usinas nucleares (critério 5.3.). Há muito tempo existem conceitos de desligamento que são claramente e muito superiores aos do THTR-300 em termos de diversidade, equilíbrio de desligamento e confiabilidade, e que também são tecnicamente viáveis.

Exemplo 2:

O THTR-300 não possui sistema de resfriamento de emergência independente, conforme prescrito e implementado para o reator de água leve. O calor residual é removido com o auxílio do ventilador operacional e do gerador de vapor. A propósito, o reator sucessor proposto HTR-500 deve ser equipado com duas unidades independentes para remoção de calor residual.

Exemplo 3:

O THTR-300 não possui contenção como o reator de água leve, que consiste em um recipiente de segurança à prova de gás e uma carcaça de concreto. O THTR-300 é equipado apenas com um (não hermético) chamado edifício de proteção do reator (conceito de hall industrial)

Defeitos de construção que vieram à tona até agora

Além dos déficits de segurança que são justificados no projeto do THTR-300, uma série de defeitos de projeto e erros de projeto surgiram na fase de comissionamento anterior, alguns dos quais são responsáveis ​​por incidentes e problemas de segurança adicionais.

Exemplo 1:

O seixo é mais compacto do que o assumido nas projeções. Isso tem uma série de consequências:

• Quando as hastes do núcleo são movidas para o seixo com o propósito de desligamento de longo prazo, forças aumentadas, que estão no limite do projeto, atuam nas hastes.
• A confiabilidade do sistema da haste central, que já é desfavorável, se deteriora ainda mais. B. mostrou o evento de 23 de novembro de 11 (ver Capítulo 1985).
• O resultado é a necessidade de afrouxar a pilha de seixos circulando-a, o que, entretanto, não oferece nenhum remédio, uma vez que a pilha de seixos é repetidamente comprimida movendo a haste para dentro.
• A taxa de quebra da bola é muito maior do que a calculada. Enquanto no "Atomwirtschaft" (atw) de dezembro de 1982, em um artigo de funcionários da construção do reator de alta temperatura GmbH, foi dito que "em dois anos de operação, em média, apenas um elemento de combustível é esmagado pelas hastes do núcleo", Glahe, diretor da usina, agora adiciona 800 bolas trituradas. Segundo outras informações, já se rebentaram tantas bolas que um dos dois recipientes previstos para conter a bola quebrada está cheio; Os dois tanques juntos são projetados para acomodar a quebra da esfera que ocorre durante toda a vida útil do sistema. (O "Westfälische Anzeiger de 19 de maio de 5 relatou:" Quase um ano e meio após o início da operação experimental, 1987 (!) Elementos de combustível do tamanho de uma bola de tênis tiveram que ser removidos ... "; Horst Blume )
• O acúmulo inesperadamente alto de grafite contaminado radioativamente e poeira de combustível, bem como abrasão metálica, foi responsável pelo acidente em 4 de maio de 5. Além disso, surgem problemas de contaminação e acúmulo de poeira em vários pontos do sistema. Entre outras coisas, aumenta a probabilidade de falha da válvula e de outros equipamentos. 

Exemplo 2:

Acima de uma determinada potência, a pilha de bolas não pode mais circular, uma vez que não é possível retirar mais bolas devido às forças excessivas do fluxo do gás de resfriamento no "separador" do tubo de extração das bolas. Isso resulta em restrições operacionais.

Exemplo 3:

O dimensionamento incorreto do isolamento no anel do gerador de vapor, bem como o projeto inadequado do sistema de ventilação, podem levar a temperaturas excessivas em partes do sistema em certas saídas e em certas temperaturas externas.

Exemplo 4:

Devido à orientação incorreta dos fluxos de gás de resfriamento primário, a vazão de resfriamento através do núcleo é menor do que o planejado devido à presença do chamado bypass. Como resultado, não é possível atingir a carga total, o que o operador provavelmente tentará evitar por meio de manipulações adicionais no núcleo do reator.

Exemplo 5:

O chamado edifício de proteção do reator não é hermético, de modo que a pressão negativa destinada a reduzir possíveis liberações radioativas da sala do reator para o meio ambiente não pode ser acumulada em todos os lugares. Tenta-se controlar esse erro por meio de medidas de selamento provisório.

Além dessas falhas e deficiências de projeto, há uma série de outras deficiências que foram parcialmente ou completamente eliminadas, e. B. um vazamento no sistema de resfriamento da camisa e uma falha no sistema de carregamento. De momento, não é possível avaliar se estes e outros erros foram realmente corrigidos de forma definitiva e completa.

Incidentes no THTR-300

Certamente, os incidentes são, em última análise, sempre eventos imprevistos e inesperados se forem avaliados como eventos individuais. No entanto, ao avaliar a lista de acidentes do THTR-300 que está disponível até agora, deve-se determinar retrospectivamente que uma série de incidentes e / ou tipos de acidentes podem ser rastreados até falhas de projeto e ocorreram quase inevitavelmente. A lista de incidentes inclui os seguintes eventos:

23.11.1985:

Sete das quarenta e duas hastes centrais do sistema de desligamento de longo prazo não puderam ser conduzidas até a profundidade total do aglomerado de seixos conforme planejado. Apenas o uso do acionamento operacional de curso curto levou à retração total. A verdadeira causa desta falha parcial do sistema da haste central reside no aumento das forças da haste como resultado do aglomerado de seixos compactados. A política de informação e as tentativas de explicação por parte do operador revelaram-se implausíveis. (Por exemplo, a inserção das hastes do núcleo deve ser garantida mesmo sem a alimentação de amônia como um "lubrificante", uma vez que a alimentação de amônia não é um sistema de segurança de acordo com a licença.)

04.05.1986:

A causa deste acidente com maior liberação de radioatividade pode ser atribuída ao aumento do acúmulo de grafite e poeira de combustível e abrasão. Depois que uma válvula no lado de baixa pressão da zona tampão do sistema de carga não fechou devido à contaminação por poeira e este erro não pôde ser corrigido mesmo com gás de purga (não radioativo), o operador abriu a válvula no lado primário para fins de purga. Uma quantidade considerável de gás de resfriamento primário contaminado radioativamente com poeira foi liberada diretamente e não filtrada através da chaminé para o ambiente através do duto de alívio de pressão. Além dos aspectos radiológicos, o que é particularmente preocupante neste incidente é que o cirurgião cometeu um erro óbvio e que devido ao projeto e projeto (devido à falta de travas) é possível que um único erro possa desencadear um liberação direta do gás de resfriamento primário, que é caso contrário, no caso de um erro adicional (por exemplo, devido a um erro operacional adicional ou falha da função de fechamento da válvula do lado primário), uma perda quase completa de refrigerante para o ambiente pode se expandiram.

Além desses dois descritos com mais precisão e conhecidos publicamente, houve uma série de outros incidentes relevantes para a segurança:

• Erro na fonte de alimentação de emergência
• Falhas na tecnologia de medição e no equipamento de controle
• O procedimento de resfriamento de emergência NK 11 já foi acionado 45 vezes; isso significaria que o contingente de 45 desses procedimentos de desligamento de resfriamento de emergência para toda a vida útil do sistema já seria usado até um quarto. 

Avaliação

As propriedades de segurança desvantajosas específicas do THTR-300, as características especiais do projeto, os defeitos de construção conhecidos até o momento e os resultados da fase de comissionamento até agora tornam urgentemente necessário não iniciar o THTR-300 novamente. Caso contrário, novas surpresas negativas, dificuldades e incidentes são inevitáveis. Do ponto de vista da segurança (mas também devido a considerações econômicas), o operador é solicitado a abortar o perigoso teste em larga escala com o THTR-300. Já se pode concluir que a tecnologia do reator de leito de seixo falhou.

(Liberação de radiação atômica desde o início dos anos 1940: ver INES - A escala de classificação internacional e lista de acidentes nucleares em todo o mundo)

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