Základné bezpečnostné problémy

vo vysokoteplotnom reaktore a konkrétne nedostatky v THTR-300

Lothar Hahn - jún 1986

K údajnej „inherentnej“ bezpečnosti HTR

Od začiatku vývoja vysokoteplotného reaktora sa zainteresované strany pokúšali verejnosti naznačiť, že HTR je „inherentne“ bezpečný. Táto šikovne vytvorená reklamná stratégia mala nepochybne určitý úspech, pretože viedla k bezprecedentným dezinformáciám, dokonca aj v diskusii o atómovej energii. Ako takmer žiadne iné tvrdenie jadrového priemyslu je založené na vedecky neudržateľných predpokladoch a nesprávnych záveroch.

V technológii, najmä jadrovej, sa systém označuje ako inherentne bezpečný, ak zostáva vo svojom konštrukčnom stave výlučne na základe fyzikálnych a chemických zákonov a ak nezávisí od fungovania aktívnych bezpečnostných zariadení pri riešení havárií, je nariadený zásah personálu (podľa definície Alwina Weinberga).

Ako je známe, ľahkovodný reaktor tieto vlastnosti nemá. Je však tiež úplne jasné, že prakticky všetky koncepty HTR, ktoré boli doteraz seriózne sledované, nie sú vo svojej podstate bezpečné a že najmä THTR-300 túto vlastnosť nemá. Napríklad dve z centrálnych bezpečnostných požiadaviek, odstavenie a odvod zvyškového tepla (a teda v konečnom dôsledku aj zadržiavanie produktov štiepenia), závisia od aktívnych bezpečnostných zariadení a/alebo manipulácií, ak by došlo k vážnym nehodám a významným únikom rádioaktívneho inventára. zabrániť.

Ako dôkaz údajnej inherentnej bezpečnosti priemysel HTR zvyčajne uvádza niektoré vlastnosti, v ktorých sa HTR líši od ľahkovodného reaktora a o ktorých sa hovorí, že majú priaznivé účinky z hľadiska bezpečnosti. HTR však od toho nie je ani zďaleka bezpečný, pretože okrem údajne priaznivých má HTR aj nevýhodné bezpečnostné vlastnosti, ktoré iné typy reaktorov nemajú. Najčastejšie uvádzané údajné výhody HTR sú uvedené a komentované nižšie:

• Eigenschaft: Nízky pomer hustoty výkonu k tepelnej kapacite, tj pomalší nárast teploty v porovnaní s (v porovnaní s ľahkovodným reaktorom alebo množivom) pri výpadku chladenia.
• komentár: Toto nie je správne, ale týka sa to iba udalostí s určitými poruchami chladenia. V prípade havárií špecifických pre HTR pri vniknutí vody, vniknutí vzduchu a reaktívnych haváriách má táto vlastnosť menší význam. V prípade potreby rýchleho chladenia je vysoká tepelná kapacita skôr nevýhodná.
• Eigenschaft: Vysoká teplotná odolnosť keramických palivových článkov a materiálov štruktúry jadra, nedochádza k roztaveniu jadra, ako napr B. možné v ľahkovodnom reaktore.
• komentár: Výrok je správny, ale ignoruje skutočný problém. Nejde v prvom rade o možnosť roztavenia jadra, ale skôr o otázku, či a ako sa môžu uvoľňovať produkty rádioaktívneho štiepenia. Pri teplotách nad 1600 st^o Z častíc paliva az palivových kaziet sa uvoľňujú značné podiely štiepnych produktov. Tento efekt sa zvyšuje pri ešte vyšších teplotách a najneskôr pri cca 2500^oC dochádza k masívnym únikom do primárneho okruhu. Teploty, pri ktorých dochádza k nebezpečným únikom, môžu byť dosiahnuté v aktívnej zóne všetkých veľkých a veľkých vysokoteplotných reaktorov v dôsledku havárií bez toho, aby grafit stratil svoju mechanickú konzistenciu. Tvrdenie, že roztavenie aktívnej zóny nie je možné s HTR, je preto zavádzajúce a nie je relevantné pre mechanizmy uvoľňovania.
• Eigenschaft: Záporný teplotný koeficient reaktivity, tj pokles výroby energie so zvyšujúcou sa teplotou.
• komentár: Táto vlastnosť nie je špecifická pre HTR, ale je prítomná aj v ľahkovodných reaktoroch; bez tejto vlastnosti by nebol schválený ani HTR, ani ľahkovodný reaktor. Najmä HTR potrebuje negatívny teplotný koeficient reaktivity, pretože v prípade náhodného zahriatia - na rozdiel od ľahkovodného reaktora - zostáva zachovaný moderátorový efekt. Ďalej možno konštatovať, že teplotný koeficient sa s rastúcou teplotou stáva stále menej negatívnym, že zároveň sa zväčšujú neistoty v poznaní jeho priebehu a že nad cca 1200^oC jeho hodnoty nie sú overené experimentálne. Ďalšou konkrétnou nevýhodou HTR je, že pri rýchlom ochladzovaní sú možné havárie reaktivity.
• Eigenschaft: Vnútorné, fázovo stabilné, neutrónové fyzikálne neutrálne chladiace hélium.
• komentár: Je správne, že chladiaci plyn obsahuje nečistoty, ktoré môžu viesť ku korózii palivových článkov; preto bolo potrebné špeciálne zabezpečiť systém čistenia plynov, aby sa okrem iného tieto nečistoty znížili. Ďalšie dve vlastnosti hélia (fázová stabilita, fyzikálna neutralita neutrónov) sú málo relevantné. Inak sa ako chladivo môže použiť iba hélium.

Načrtnuté zjavné bezpečnostné výhody HTR treba samozrejme tiež porovnať s jeho špecifickými nevýhodami a bezpečnostnými problémami. Niektoré zo spomínaných údajne pozitívnych vlastností sú založené na výbere grafitu ako moderátora a konštrukčného materiálu. Vlastnosti grafitu sú zodpovedné aj za havarijné možnosti typické pre HTR a špecifické pre HTR, a to reakcie grafit-voda po haváriách so vniknutím vody (spôsobené netesnosťami parogenerátora) a požiare grafitu po haváriách so vzduchom. V prípade dodatočného zlyhania požadovaných bezpečnostných funkcií (napr. pri vniknutí vody: odstavenie parogenerátora, odvod zvyškového tepla, odstavenie reaktora) nie sú tieto udalosti kontrolované a môžu viesť k nekontrolovaným únikom so značnými škodami v blízkosti reaktora. Okrem iného z dôvodu, že k týmto únikom dochádza skôr ako po čistom havárii ohrevu aktívnej zóny, možno predpokladať, že havárie spôsobené vniknutím vody a vzduchu iniciujú rizikové havarijné procesy na HTR.

Okrem týchto typov havárií k riziku havárií vo vysokoteplotných reaktoroch významne prispievajú aj takzvané havárie reaktivity, teda havárie, ktoré sú vyvolané poruchami v systéme riadiacich a odstavovacích tyčí.

Dá sa považovať za isté, že loby HTR sa odvolá na vyšetrovanie incidentov v rámci schvaľovacieho procesu pre THTR-300 a na bezpečnostné analýzy HTR KFA (zariadenie jadrového výskumu) Jülich, aby dokázala svoje tvrdenie, že spomínané incidenty sú kontrolované alebo nevedú k relevantným škodám v blízkosti systému, aj keď iné bezpečnostné systémy zlyhajú. Treba poznamenať, že doteraz prezentované štúdie o riziku havárie vysokoteplotných reaktorov sú dočasné, neúplné, do značnej miery nezabezpečené a vedecky nekonzistentné. Predtým, ako by bolo možné dosiahnuť konsenzus alebo dokonca zúženie nesúhlasu, stále sa čakajú základné prvky a predpoklady procesu vedecko-technickej diskusie. B. kritické a nezávislé preskúmanie, vysledovateľnosť a dostupnosť zdrojov.

Okrem toho je zvláštne, že štúdie rizík sa doteraz robili len na konceptoch HTR, ktoré sa buď nikdy nerealizujú (HTR-1160), alebo existujú len na papieri (HTR-500, modul), ale sú jediné. v Nemecku existujúci rozsiahly systém HTR, THTR-300, okrem povrchnej krátkej štúdie sa nevyšetruje žiadne riziko.

Vlastnosti THTR-300, ktoré sú z hľadiska bezpečnosti nevýhodné

Hodnotenie THTR-300 z hľadiska bezpečnosti na základe jeho konštrukčných prvkov a konštrukčných princípov – bez ohľadu na akékoľvek negatívne prekvapenia počas uvádzania do prevádzky – odhaľuje množstvo nevýhodných vlastností súvisiacich s bezpečnosťou. V tomto bode nie je potrebné vykonať komplexné hodnotenie konštrukcie THTR-300 súvisiaceho s bezpečnosťou. Ako príklady sa tu uvádzajú len tri konštrukčné prvky, ktoré sa nielen z kritického postavenia javia ako sporné, ale sú aj v rozpore s jadrovými pravidlami a predpismi a takzvanou filozofiou bezpečnosti v jadrovej technológii. Aj s prihliadnutím na rozdiely medzi ľahkovodnými reaktormi (na ktorých sú založené najmä jadrové predpisy) a THTR-300 je porušenie základných princípov technológie reaktora v THTR-300 evidentné na základe nasledujúcich príkladov.

Príklad 1:

Obidva vypínacie systémy nie sú dostatočne nezávislé, rôznorodé a nespĺňajú požiadavky na ne kladené pri všetkých prevádzkových stavoch a poruchách. Na rozdiel od názoru Komisie pre bezpečnosť reaktorov teda systémy odstavenia nespĺňajú bezpečnostné kritériá BMI pre jadrové elektrárne (kritérium 5.3.). Už dlho existujú koncepcie odstavenia, ktoré sú jednoznačne a ďaleko lepšie ako THTR-300, pokiaľ ide o rozmanitosť, vyváženie odstávok a spoľahlivosť a ktoré sú tiež technicky realizovateľné.

Príklad 2:

THTR-300 nemá nezávislý systém núdzového chladenia, ako je predpísané a implementované pre ľahkovodný reaktor. Zvyškové teplo sa odvádza pomocou prevádzkového ventilátora a parogenerátora. Mimochodom, navrhovaný nástupnícky reaktor HTR-500 má byť vybavený dvoma nezávislými blokmi na odvod zvyškového tepla.

Príklad 3:

THTR-300 nemá kontajnment ako ľahkovodný reaktor, ktorý pozostáva z plynotesnej bezpečnostnej nádoby a betónového plášťa. THTR-300 je vybavený iba (nie vzduchotesnou) takzvanou budovou ochrany reaktora (koncept priemyselnej haly)

Stavebné závady, ktoré doteraz vyšli najavo

Okrem bezpečnostných nedostatkov, ktoré sú opodstatnené pri návrhu THTR-300, sa v predchádzajúcej fáze uvádzania do prevádzky objavilo množstvo konštrukčných nedostatkov a konštrukčných chýb, z ktorých niektoré sú zodpovedné za incidenty a ďalšie bezpečnostné problémy.

Príklad 1:

Kamienok je kompaktnejší, ako sa predpokladalo v projekciách. Má to niekoľko dôsledkov:

• Keď sa jadrové tyče zasúvajú do štrku za účelom dlhodobého odstavenia, na tyče pôsobia zvýšené sily, ktoré sú na hranici konštrukcie.
• Spoľahlivosť systému jadrových tyčí, ktorá je už aj tak nepriaznivá, sa ešte viac zhoršuje. B. ukázal udalosť z 23. novembra 11 (pozri kapitolu 1985).
• Dôsledkom toho je nutnosť kyprenia oblázky cirkuláciou, čo však neprináša nápravu, nakoľko sa kamienok opakovane zasúvaním tyče zhutňuje.
• Miera rozbitia lopty je oveľa vyššia, ako sa vypočítalo. Kým v „Atomwirtschaft“ (atw) z decembra 1982 sa v článku zamestnancov Hoch Temperatur-Reaktorbau GmbH hovorilo, že „za dva roky prevádzky je v priemere rozdrvený iba jeden palivový článok jadrovými tyčami“, elektráreň riaditeľ Glahe teraz pridal 800 rozdrvených loptičiek. Podľa iných informácií sa už rozbilo toľko loptičiek, že jedna z dvoch nádob určených na uloženie rozbitej lopty je plná; Obidve nádrže spolu sú navrhnuté tak, aby vyhovovali zlomeniu gule, ku ktorému dochádza počas celej životnosti systému. ("Westfälische Anzeiger z 19. mája 5 uvádza:" Takmer jeden a pol roka po začatí skúšobnej prevádzky bolo potrebné odstrániť 1987 8.000 (!) palivových článkov veľkosti tenisovej loptičky... "; Horst Blume ).
• Príčinou havárie zo 4. mája 5 bola neočakávane vysoká akumulácia rádioaktívne kontaminovaného grafitu a palivového prachu, ako aj kovová abrázia. Okrem toho vznikajú problémy z kontaminácie a hromadenia prachu na mnohých miestach v systéme. Okrem iného zvyšuje pravdepodobnosť zlyhania ventilov a iných zariadení. 

Príklad 2:

Nad určitým výkonom už nemôže hromada guľôčok cirkulovať, pretože v dôsledku nadmerných prietokových síl prúdu chladiaceho plynu na "separátor" na potrubí na odber guľôčok sa už nemôžu odoberať žiadne guľôčky. To má za následok prevádzkové obmedzenia.

Príklad 3:

Nesprávne dimenzovanie izolácie v medzikruží parogenerátora, ako aj nevhodná konštrukcia ventilačného systému môže viesť k nadmerným teplotám v častiach systému s určitými výkonmi a pri určitých vonkajších teplotách.

Príklad 4:

Ak sú prúdy primárneho chladiaceho plynu smerované nesprávne, chladiaci výkon cez aktívnu zónu je nižší, ako sa plánovalo, v dôsledku prítomnosti takzvaného bypassu. To znamená, že nie je možné dosiahnuť plné zaťaženie, čomu sa operátor pravdepodobne bude snažiť vyhnúť dodatočnými manipuláciami v aktívnej zóne reaktora.

Príklad 5:

Takzvaná budova ochrany reaktora nie je vzduchotesná, takže podtlak určený na zníženie prípadných rádioaktívnych únikov z reaktorovej sály do okolia sa nemôže vytvárať všade. Túto chybu sa snažíme dostať pod kontrolu pomocou provizórnych tesniacich opatrení.

Okrem týchto konštrukčných chýb a nedostatkov existuje množstvo ďalších nedostatkov, o ktorých sa hovorí, že sú čiastočne alebo úplne odstránené, napr. B. netesnosť v chladiacom systéme vložky a porucha v nakladacom systéme. V súčasnosti nie je možné posúdiť, či tieto a ďalšie chyby boli skutočne definitívne a úplne odstránené.

Incidenty v THTR-300

Samozrejme, incidenty sú v konečnom dôsledku vždy nepredvídané a neočakávané udalosti, ak sa hodnotia ako jednotlivé udalosti. Napriek tomu pri vyhodnocovaní zoznamu nehôd THTR-300, ktorý bol doteraz k dispozícii, je potrebné spätne určiť, že množstvo incidentov a/alebo typov nehôd možno vysledovať až k konštrukčným chybám a takmer nevyhnutne sa vyskytli. Zoznam incidentov obsahuje nasledujúce udalosti:

23.11.1985:

Sedem zo štyridsiatich dvoch jadrových tyčí systému dlhodobého odstavenia sa nepodarilo zaraziť do celej hĺbky kamienkového zhluku, ako sa plánovalo. Iba použitie funkčného pohonu s krátkym zdvihom viedlo k úplnému zatiahnutiu. Skutočná príčina tohto čiastočného zlyhania jadrového tyčového systému spočíva vo zvýšených silách tyčí v dôsledku stlačených kamienkových zhlukov. Informačná politika a pokusy operátora o vysvetlenie sa ukázali ako nepravdepodobné. (Napríklad zasunutie jadrových tyčí musí byť samozrejme zaručené aj bez privádzania čpavku ako „maziva“, keďže čpavkový prívod nie je podľa povolenia bezpečnostný systém.)

04.05.1986:

Príčinu tejto havárie so zvýšeným rádioaktívnym únikom možno hľadať vo zvýšenej akumulácii grafitu a palivového prachu a abrázii. Po tom, čo sa ventil na nízkotlakovej strane vyrovnávacej zóny nabíjacieho systému neuzatvoril z dôvodu kontaminácie prachom a túto chybu nebolo možné odstrániť ani (nerádioaktívnym) čistiacim plynom, operátor otvoril ventil na primárnej strane za účelom čistenia. Značné množstvo rádioaktívne kontaminovaného primárneho chladiaceho plynu s prachom bolo vypustené priamo a nefiltrovane cez komín do okolia cez pretlakový kanál. Okrem rádiologických aspektov je na tomto incidente obzvlášť znepokojujúce, že sa chirurg dopustil zjavnej chyby a že vzhľadom na dizajn a dizajn (kvôli chýbajúcim prepojeniam) je vôbec možné, že jediná chyba môže spustiť priamy únik primárneho chladiaceho plynu, ktorý je V opačnom prípade v prípade dodatočnej chyby (napr. v dôsledku ďalšej prevádzkovej chyby alebo zlyhania uzatváracej funkcie ventilu na primárnej strane) môže dôjsť k takmer úplnému úniku chladiva do okolia. rozšírili.

Okrem týchto dvoch presnejšie popísaných a verejne známych došlo k niekoľkým ďalším bezpečnostným incidentom:

• Chyba v núdzovom napájaní
• Poruchy v meracej technike a v riadiacom zariadení
• Procedúra núdzového chladenia NK 11 bola spustená už 45-krát; to by znamenalo, že kontingent 45 takýchto postupov núdzového odstavenia chladenia za celú životnosť systému by sa už využil až na štvrtinu. 

Posúdenie

Nevýhodné bezpečnostné vlastnosti špecifické pre THTR-300, špeciálne konštrukčné prvky, doteraz známe konštrukčné chyby a doterajšie výsledky fázy uvádzania do prevádzky spôsobujú, že je naliehavo potrebné nespúšťať THTR-300 znova. V opačnom prípade sú nevyhnutné ďalšie negatívne prekvapenia, ťažkosti a incidenty. Z bezpečnostného hľadiska (ale aj z ekonomických dôvodov) sa od operátora žiada, aby prerušil nebezpečný rozsiahly test s THTR-300. Už teraz možno vyvodiť záver, že technológia reaktora s kamienkovým lôžkom zlyhala.

(Uvoľňovanie atómového žiarenia od začiatku 1940. rokov XNUMX. storočia: pozri INES - Medzinárodná hodnotiaca stupnica a zoznam jadrových nehôd na celom svete)

- Mapa jadrového sveta -

Od ťažby a spracovania uránu, cez jadrový výskum, výstavbu a prevádzku jadrových zariadení vrátane havárií v jadrových elektrárňach, až po manipuláciu s uránovou muníciou, jadrovými zbraňami a jadrovým odpadom.
- Celosvetovo, takmer všetko na prvý pohľad s Mapami Google -

späť k

Štúdie o THTR

***

***

Horná časť stránky

***