Основные проблемы безопасности

в высокотемпературном реакторе и особенности дефицита THTR-300

Лотар Хан - июнь 1986 г.

К предполагаемой "внутренней" безопасности HTR

С самого начала разработки высокотемпературных реакторов заинтересованные стороны пытались внушить общественности, что HTR «по своей сути» безопасен. Эта грамотно разработанная рекламная стратегия, несомненно, имела определенный успех, потому что она привела к беспрецедентной дезинформации даже в дебатах об атомной энергии. Как вряд ли любое другое утверждение ядерной промышленности, оно основано на несостоятельных с научной точки зрения предположениях и неверных выводах.

В технологии, в частности в ядерной технологии, система считается безопасной по своей природе, если она остается в своем проектном состоянии исключительно на основе физических и химических законов и если она не зависит от функционирования активных устройств безопасности при авариях. вмешательство персонала предписано (согласно определению Алвина Вайнберга).

Как известно, легководный реактор этими свойствами не обладает. Однако также совершенно очевидно, что практически все концепции HTR, которые серьезно реализовывались до сих пор, небезопасны по своей сути и что THTR-300, в частности, не обладает этим свойством. Например, два из основных требований, связанных с безопасностью, останов и отвод остаточного тепла (и, таким образом, в конечном итоге также удержание продуктов деления), зависят от активных устройств безопасности и / или рукояток, если серьезные аварии и значительные выбросы) радиоактивного инвентаря должны быть предотвращенным.

В качестве доказательства предполагаемой внутренней безопасности промышленность HTR обычно приводит некоторые свойства, которыми HTR отличается от легководного реактора и которые, как утверждается, имеют благоприятные эффекты с точки зрения безопасности. Однако HTR по своей сути далеко не безопасен от этого, потому что в дополнение к предположительно благоприятным свойствам HTR также имеет связанные с безопасностью невыгодные свойства, которых нет у других типов реакторов. Ниже представлены и комментируются наиболее часто упоминаемые предполагаемые преимущества HTR:

• Eigenschaft: Низкое отношение удельной мощности к теплоемкости, то есть более медленный рост температуры по сравнению с (по сравнению с легководным реактором или размножителем) в случае отказа охлаждения.
• комментарий: Это неверно, но применимо только к событиям с определенными отказами охлаждения. В случае аварий с проникновением воды, воздуха и реактивности, характерных для HTR, это свойство имеет меньшее значение. Если требуется быстрое охлаждение, высокая теплоемкость весьма невыгодна.
• Eigenschaft: Высокая термостойкость керамических тепловыделяющих элементов и материалов конструкции активной зоны, отсутствие расплавления активной зоны, например Б. возможно с легководным реактором.
• комментарий: Утверждение правильное, но игнорирует реальную проблему. Речь идет в первую очередь не о возможности расплавления активной зоны, а о том, могут ли и как быть выпущены радиоактивные продукты деления. При температуре выше 1600^o C заметные доли продуктов деления выделяются из топливных частиц и из тепловыделяющих сборок. Этот эффект усиливается при еще более высоких температурах, самое позднее примерно до 2500.^oC есть массивные расцепители в первичной цепи. Температуры, при которых происходят опасные выбросы, могут быть достигнуты в активной зоне всех больших и больших высокотемпературных реакторов из-за аварий без потери графита своей механической прочности. Утверждение о том, что расплавление активной зоны невозможно при использовании HTR, вводит в заблуждение и не имеет отношения к механизмам выпуска.
• Eigenschaft: Отрицательный температурный коэффициент реактивности, т.е. уменьшение выработки электроэнергии при повышении температуры.
• комментарий: Это свойство не является специфическим для HTR, но также присутствует в легководных реакторах; без этого свойства ни HTR, ни легководный реактор не были бы одобрены. В частности, для HTR необходим отрицательный температурный коэффициент реактивности, поскольку в случае аварийного нагрева - в отличие от легководного реактора - эффект замедлителя сохраняется. Кроме того, можно констатировать, что температурный коэффициент становится все менее и менее отрицательным с повышением температуры, что в то же время неопределенности в знании его хода становятся все больше и больше, и что выше примерно 1200^oC его значения экспериментально не проверены. Другим особым недостатком HTR является то, что при быстром охлаждении возможны аварии, связанные с реактивностью.
• Eigenschaft: Внутренний, фазостабильный, нейтронно-физический нейтральный теплоноситель гелий.
• комментарий: Охлаждающий газ действительно содержит примеси, которые могут вызвать коррозию топливных сборок; поэтому необходимо было предусмотреть систему очистки газа специально для того, чтобы уменьшить количество этих примесей, среди прочего. Два других свойства гелия (фазовая стабильность, нейтронная нейтральность) не имеют большого значения. В противном случае в качестве хладагента можно использовать только гелий.

Выявленные очевидные преимущества HTR в плане безопасности, конечно же, следует сравнивать с его конкретными недостатками и проблемами безопасности. Некоторые из упомянутых якобы положительных свойств основаны на выборе графита в качестве замедлителя и конструкционного материала. Свойства графита также являются причиной возможных аварий, характерных для HTR, и специфических для HTR, а именно реакций графит-вода после аварий с проникновением воды (вызванных утечками парогенератора) и возгораний графита после аварий с проникновением воздуха. В случае дополнительного отказа требуемых функций безопасности (например, в случае попадания воды: отключение парогенератора, отвод остаточного тепла, останов реактора) эти инциденты не контролируются и могут привести к неконтролируемым выбросам со значительным повреждением оборудования. близость реактора. По той причине, среди прочего, что эти выбросы происходят раньше, чем после аварии с чистым нагревом активной зоны, можно предположить, что аварии, вызванные попаданием воды и воздуха, инициируют аварийные процессы с преобладающим риском на ВТР.

В дополнение к этим типам аварий, так называемые аварии реактивности, то есть аварии, которые вызваны неисправностями в системах управления и останова стержней, значительно увеличивают риск аварий в высокотемпературных реакторах.

Можно с уверенностью сказать, что лобби HTR будет ссылаться на расследование инцидентов как часть процесса утверждения THTR-300 и анализа безопасности HTR KFA (ядерного исследовательского центра) в Юлихе, чтобы обосновать свое утверждение о том, что упомянутые инциденты контролируются или не приводят к значительным повреждениям в непосредственной близости от системы, даже если другие системы безопасности выходят из строя. Следует отметить, что представленные до сих пор исследования риска аварий высокотемпературных реакторов являются предварительными, неполными, в значительной степени необеспеченными и противоречивыми с научной точки зрения. Еще до того, как станет возможным консенсус или даже сужение разногласий, основные элементы и предпосылки научно-технического обсуждения все еще не рассмотрены. B. Критический и независимый обзор, отслеживаемость и доступность источников.

Кроме того, странно, что до сих пор исследования рисков проводились только по концепциям HTR, которые либо никогда не будут реализованы (HTR-1160), либо существовали только на бумаге (HTR-500, модуль), но являются единственными. В Германии существующая крупномасштабная система HTR, THTR-300, за исключением поверхностного краткого исследования, не проводит расследования рисков.

Недостатки THTR-300 с точки зрения безопасности

Оценка безопасности THTR-300, основанная на его конструктивных особенностях и принципах конструкции - независимо от каких-либо негативных сюрпризов при вводе в эксплуатацию - выявляет ряд недостатков, связанных с безопасностью. Всесторонняя оценка конструкции THTR-300, связанной с безопасностью, на данном этапе не проводится. Здесь в качестве примеров следует рассматривать только три конструктивные особенности, которые не только кажутся сомнительными с критической точки зрения, но также противоречат ядерным нормам и правилам и так называемой философии безопасности в ядерных технологиях. Также, принимая во внимание различия между легководными реакторами (на которых в основном основаны ядерные правила) и THTR-300, нарушение фундаментальных принципов реакторной технологии в THTR-300 становится очевидным на основе следующих примеров.

Пример 1:

Две системы останова недостаточно независимы, не различаются и не соответствуют предъявляемым к ним требованиям во всех рабочих состояниях и неисправностях. Таким образом, вопреки мнению Комиссии по безопасности реакторов, системы останова не соответствуют критериям безопасности BMI для АЭС (критерий 5.3.). В течение долгого времени существовали концепции отключения, которые явно и намного превосходят концепцию THTR-300 с точки зрения разнообразия, баланса останова и надежности, а также технически осуществимы.

Пример 2:

THTR-300 не имеет независимой системы аварийного охлаждения, как это предписано и реализовано для легководного реактора. Остаточное тепло отводится с помощью рабочего вентилятора и парогенератора. Кстати, предлагаемый реактор-преемник HTR-500 должен быть оборудован двумя независимыми блоками отвода остаточного тепла.

Пример 3:

THTR-300 не имеет защитной оболочки, как легководный реактор, который состоит из газонепроницаемого предохранительного контейнера и бетонной оболочки. THTR-300 оборудован только (не герметичным) так называемым зданием защиты реактора (концепция промышленного зала).

Выявленные до сих пор строительные дефекты

В дополнение к недостаткам безопасности, которые оправданы в конструкции THTR-300, на предыдущем этапе ввода в эксплуатацию был выявлен ряд конструктивных дефектов и ошибок конструкции, некоторые из которых являются причиной инцидентов и дополнительных проблем с безопасностью.

Пример 1:

Галька более компактная, чем предполагалось в проекциях. Это имеет ряд последствий:

• Когда стержни сердечника перемещаются в гальку с целью длительного останова, на стержни действуют повышенные силы, которые находятся на пределе проектных значений.
• И без того неблагоприятная надежность стержневой системы сердечника ухудшается еще больше. Б. показал событие 23 ноября 11 г. (см. Главу 1985).
• В результате возникает необходимость разрыхлить кучу гальки путем ее циркуляции, что, однако, не дает никакого решения, поскольку куча гальки многократно сжимается при перемещении стержня внутрь.
• Скорость поломки мяча намного выше расчетной. В то время как в «Atomwirtschaft» (atw) с декабря 1982 г. в статье сотрудников компании High-temperature Rector Construction GmbH было сказано, что «за два года эксплуатации в среднем только один тепловыделяющий элемент разрушается стержнями активной зоны», Директор электростанции Глахе теперь добавил 800 дробленых шаров. По другой информации, уже разбилось столько мячей, что один из двух контейнеров, предназначенных для хранения разбитого мяча, полон; Оба резервуара вместе спроектированы с учетом поломки шара, которая происходит в течение всего срока службы системы. ("Westfälische Anzeiger" от 19 мая 5 г. сообщала: "Спустя почти полтора года после начала пробной эксплуатации пришлось удалить 1987 (!) Топливных элементов размером с теннисный мяч ..."; Хорст Блюм ).
• Неожиданно большое скопление радиоактивно загрязненного графита и топливной пыли, а также металлическое истирание стали причиной аварии 4 мая 5 года. Кроме того, проблемы возникают из-за загрязнения и накопления пыли во многих точках системы. Помимо прочего, это увеличивает вероятность выхода из строя клапана и другого оборудования. 

Пример 2:

При мощности, превышающей определенную мощность, куча шариков больше не может циркулировать, так как шарики больше не могут быть извлечены из-за чрезмерных сил потока охлаждающего газа на «сепаратор» на трубе для отвода шариков. Это приводит к эксплуатационным ограничениям.

Пример 3:

Неправильный выбор размеров изоляции в кольцевом пространстве парогенератора, а также несоответствующая конструкция системы вентиляции могут привести к возникновению чрезмерных температур в частях системы с определенной мощностью и с определенными внешними температурами.

Пример 4:

Из-за неправильного направления потоков первичного охлаждающего газа производительность охлаждения через активную зону ниже запланированной из-за наличия так называемого байпаса. В результате невозможно достичь полной нагрузки, чего оператор, вероятно, попытается избежать путем дополнительных манипуляций в активной зоне реактора.

Пример 5:

Так называемое здание защиты реактора не является воздухонепроницаемым, поэтому отрицательное давление, предназначенное для уменьшения возможных радиоактивных выбросов из реакторного зала в окружающую среду, не может создаваться повсюду. Эту ошибку пытаются контролировать с помощью временных мер по пломбированию.

Помимо этих конструктивных недостатков и недостатков, существует ряд других недостатков, которые, как утверждается, были частично или полностью устранены, например. Б. течь в системе охлаждения гильзы и неисправность в системе загрузки. На данный момент невозможно оценить, действительно ли эти и другие ошибки действительно окончательно и полностью исправлены.

Инциденты в THTR-300

Конечно, инциденты в конечном итоге всегда являются непредвиденными и неожиданными событиями, если их оценивать как отдельные события. Тем не менее, при оценке списка аварий THTR-300, который был доступен до сих пор, необходимо ретроспективно определить, что ряд инцидентов и / или типов аварий может быть прослежен до конструктивных недостатков и почти неизбежно произошел. В список инцидентов вошли следующие события:

23.11.1985:

Семь из сорока двух стержней активной зоны системы длительного останова не удалось ввести на всю глубину галечного узла, как планировалось. Только использование оперативного короткоходового привода приводило к полному втягиванию. Фактическая причина этого частичного отказа стержневой системы керна заключается в увеличении усилий на стержне в результате сжатия гальки. Информационная политика и попытки объяснения оператора оказались неправдоподобными. (Например, введение стержней сердечника, конечно, должно быть гарантировано даже без подачи аммиака в качестве «смазки», поскольку подача аммиака не является системой безопасности в соответствии с разрешением.)

04.05.1986:

Причина этой аварии с повышенным выбросом радиоактивных веществ может быть связана с повышенным накоплением графитовой и топливной пыли и истирания. После того, как клапан на стороне низкого давления буферной зоны системы зарядки не закрылся из-за загрязнения пылью, и эту ошибку нельзя было исправить даже с помощью (нерадиоактивного) продувочного газа, оператор открыл клапан на стороне первого контура. с целью продувки. Значительное количество радиоактивно загрязненного первичного охлаждающего газа с пылью было выпущено напрямую и не отфильтровано через дымоход в окружающую среду через канал сброса давления. В дополнение к радиологическим аспектам, что особенно беспокоит в этом инциденте, так это то, что хирург совершил очевидную ошибку и что из-за конструкции и конструкции (из-за отсутствия блокировок) вполне возможно, что одна ошибка может вызвать прямой выпуск охлаждающего газа первичного контура, что в противном случае, в случае дополнительной ошибки (например, из-за дополнительной ошибки в работе или отказа функции закрытия клапана первичной стороны), может произойти почти полная утечка охлаждающей жидкости в окружающую среду. расширились.

Помимо этих двух, более точно описанных и широко известных, произошел ряд других инцидентов, связанных с безопасностью:

• Ошибка в аварийном электроснабжении
• Неисправности в измерительной технике и контрольной аппаратуре.
• Процедура аварийного расхолаживания НК 11 срабатывала уже 45 раз; это будет означать, что контингент из 45 таких процедур аварийного отключения охлаждения на весь срок службы системы будет использован уже до четверти. 

Оценка результата

Неблагоприятные свойства безопасности, характерные для THTR-300, особые конструктивные особенности, конструктивные дефекты, известные на сегодняшний день, и результаты этапа ввода в эксплуатацию до настоящего времени заставляют срочно не запускать THTR-300 снова. В противном случае неизбежны дальнейшие негативные сюрпризы, трудности и инциденты. С точки зрения безопасности (но также и по экономическим соображениям) оператора просят прервать опасное крупномасштабное испытание с THTR-300. Уже можно сделать вывод, что технология реактора с шаровидным слоем потерпела неудачу.

(Выбросы атомной радиации с начала 1940-х гг .: см. INES - Международная рейтинговая шкала и список ядерных аварий в мире)

- Карта ядерного мира -

От добычи и переработки урана до ядерных исследований, строительства и эксплуатации ядерных объектов, включая аварии на атомных электростанциях, до обращения с урановыми боеприпасами, ядерным оружием и ядерными отходами.
- Почти все в мире с первого взгляда с Google Maps -

назад к

Исследования THTR

верх страницы