Temeljni varnostni problemi

v visokotemperaturnem reaktorju in posebne pomanjkljivosti v THTR-300

Lothar Hahn - junij 1986

Za domnevno "inherentno" varnost HTR

Že od začetka razvoja visokotemperaturnega reaktorja so zainteresirani javnosti poskušali namigovati, da je HTR "inherentno" varen. Ta pametno zasnovana oglaševalska strategija je nedvomno imela nekaj uspeha, saj je vodila do dezinformacij brez primere, tudi v razpravi o atomski energiji. Kot skoraj katera koli druga trditev jedrske industrije temelji na znanstveno nevzdržnih predpostavkah in napačnih sklepih.

V tehnologiji, zlasti jedrski tehnologiji, se sistem označuje kot sam po sebi varen, če ostane v svojem načrtovanem stanju izključno na podlagi fizikalnih in kemijskih zakonov in če ni odvisen od delovanja aktivnih varnostnih naprav pri obravnavi nesreč. posredovanje osebja je poučeno (po definiciji Alwina Weinberga).

Kot je znano, lahki vodni reaktor teh lastnosti nima. Povsem jasno pa je tudi, da tako rekoč vsi koncepti HTR, ki so bili resno zasledovani do zdaj, sami po sebi niso varni in da zlasti THTR-300 te lastnosti nima. Na primer, dve od osrednjih varnostnih zahtev, zaustavitev in odvajanje preostale toplote (in s tem tudi zadrževanje fisijskih produktov) sta odvisni od aktivnih varnostnih naprav in/ali ročajev, če bi morale biti resne nesreče in znatni izpusti radioaktivnega inventarja preprečiti.

Kot dokaz domnevne inherentne varnosti industrija HTR običajno navaja nekatere lastnosti, po katerih se HTR razlikuje od lahkega vodnega reaktorja in naj bi imele ugodne učinke z vidika varnosti. Vendar pa HTR še zdaleč ni sam po sebi varen pred tem, saj ima HTR poleg domnevno ugodnih tudi varnostno povezane lastnosti, ki jih drugi tipi reaktorjev nimajo. Spodaj so predstavljene in komentirane najpogosteje citirane domnevne prednosti HTR:

• Eigenschaft: Nizko razmerje med gostoto moči in toplotno zmogljivostjo, torej počasnejši dvig temperature v primerjavi z (v primerjavi z lahkim vodnim reaktorjem ali vzrejnikom) v primeru izpada hlajenja.
• komentar: To ni pravilno, ampak velja samo za dogodke z določenimi okvarami hlajenja. V primeru nesreč z vdorom vode, zraka in reaktivnostjo, značilnimi za HTR, je ta lastnost manj pomembna. Če je potrebno hitro hlajenje, je visoka toplotna zmogljivost precej neugodna.
• Eigenschaft: Visoka temperaturna odpornost keramičnih gorivnih elementov in materialov strukture jedra, brez taljenja jedra, kot je npr B. možno z lahkim vodnim reaktorjem.
• komentar: Izjava je pravilna, vendar ne upošteva resničnega problema. Ne gre predvsem za možnost taljenja jedra, temveč za vprašanje, ali in kako se lahko sproščajo radioaktivni fisijski produkti. Pri temperaturah nad 1600^o Iz delcev goriva in gorivnih sestavov se sprostijo opazni deleži produktov cepitve. Ta učinek se poveča pri še višjih temperaturah, najkasneje pa pri približno 2500^oC prihaja do velikih izpustov v primarni krog. Temperature, pri katerih pride do nevarnih izpustov, je mogoče zaradi nesreč doseči v jedru vseh velikih in velikih visokotemperaturnih reaktorjev, ne da bi grafit izgubil mehansko konsistenco. Izjava, da s HTR-om ni mogoča zloma jedra, je zato zavajajoča in ni pomembna za mehanizme sproščanja.
• Eigenschaft: Negativni temperaturni koeficient reaktivnosti, to je zmanjšanje proizvodnje električne energije z naraščanjem temperature.
• komentar: Ta lastnost ni specifična za HTR, vendar je prisotna tudi v lahkih vodnih reaktorjih; brez te lastnosti ne bi bila odobrena niti HTR niti lahki vodni reaktor. Zlasti HTR potrebuje negativni temperaturni koeficient reaktivnosti, saj se v primeru nenamernega segrevanja – v nasprotju z lahkim vodnim reaktorjem – ohrani učinek moderatorja. Nadalje je mogoče trditi, da postaja temperaturni koeficient z naraščanjem temperature vedno manj negativen, da hkrati postajajo vedno večje negotovosti v poznavanju njegovega poteka in da je nad cca 1200^oC njegove vrednosti niso eksperimentalno preverjene. Druga posebna pomanjkljivost HTR je, da so pri hitrem hlajenju možne reaktivne nesreče.
• Eigenschaft: Notranji, fazno stabilen, nevtronski fizikalno nevtralni helij hladilne tekočine.
• komentar: pravilno je, da hladilni plin vsebuje nečistoče, ki lahko povzročijo pojav korozije na gorivnih sklopih; zato je bilo treba posebej zagotoviti sistem za čiščenje plina, da bi med drugim zmanjšali te nečistoče. Drugi dve lastnosti helija (fazna stabilnost, nevtronska fizična nevtralnost) sta malo pomembni. V nasprotnem primeru se lahko kot hladilno sredstvo uporablja samo helij.

Začrtane navidezne varnostne prednosti HTR je seveda treba primerjati tudi z njegovimi specifičnimi pomanjkljivostmi in varnostnimi težavami. Nekatere izmed omenjenih domnevno pozitivnih lastnosti temeljijo na izbiri grafita kot moderatorja in konstrukcijskega materiala. Lastnosti grafita so odgovorne tudi za HTR-tipične in HTR-specifične možnosti nesreč, in sicer reakcije grafit-voda po nesrečah z vdorom vode (povzročene zaradi puščanja parnega generatorja) in požari grafita po nesrečah z vdorom zraka. V primeru dodatne okvare zahtevanih varnostnih funkcij (npr. v primeru vdora vode: izklop parnega generatorja, odvzem preostale toplote, zaustavitev reaktorja) ti incidenti niso nadzorovani in lahko povzročijo nenadzorovane izpuste s precejšnjo škodo v bližini reaktorja. Med drugim zato, ker se ti izpusti zgodijo prej kot po nesreči čistega segrevanja sredice, je mogoče domnevati, da nesreče, ki jih povzroči vdor vode in zraka, sprožijo tvegane procese nesreč na HTR.

Poleg tovrstnih nesreč k nevarnosti nesreč v visokotemperaturnih reaktorjih pomembno prispevajo tudi tako imenovane reaktivne nesreče, torej nesreče, ki jih sprožijo motnje v delovanju krmilnih in izklopnih paličnih sistemov.

Zagotovo se lahko šteje, da se bo lobi HTR skliceval na preiskave incidentov kot del postopka odobritve za THTR-300 in varnostne analize HTR KFA (jedrske raziskovalne ustanove) Jülich, da bi podkrepil svojo trditev, da so omenjeni incidenti so nadzorovani ali ne povzročajo ustrezne škode v bližini sistema, tudi če drugi varnostni sistemi odpovejo. Opozoriti je treba, da so doslej predstavljene študije o nevarnosti nesreče pri visokotemperaturnih reaktorjih začasne, nepopolne, večinoma nezavarovane in znanstveno nedosledne. Preden bi bilo soglasje sploh mogoče zamisliti ali nesoglasje celo zožilo, so bistveni elementi in predpogoji procesa znanstveno-tehnične razprave še vedno v teku. B. kritičen in neodvisen pregled, sledljivost in dostopnost virov.

Poleg tega je nenavadno, da so bile do zdaj študije tveganja izvedene samo na konceptih HTR, ki bodisi nikoli ne bodo uresničeni (HTR-1160) bodisi so obstajali samo na papirju (HTR-500, modul), vendar so edini v Nemčiji obstoječi obsežni sistem HTR, THTR-300, razen površne kratke študije, ni preiskave tveganja.

Lastnosti THTR-300, ki so v smislu varnosti pomanjkljive

Varnostna ocena THTR-300 na podlagi njegovih oblikovnih značilnosti in konstrukcijskih načel – ne glede na morebitna negativna presenečenja med zagonom – razkrije številne pomanjkljivosti, povezane z varnostjo. Celovite ocene varnostne zasnove THTR-300 na tej točki ni treba izvesti. Kot primere je treba obravnavati le tri oblikovne značilnosti, ki se ne zdijo vprašljive le s kritičnega vidika, ampak so tudi v trku z jedrskimi pravili in predpisi ter tako imenovano varnostno filozofijo v jedrski tehnologiji. Tudi ob upoštevanju razlik med lahko vodnimi reaktorji (na katerih temeljijo predvsem jedrski predpisi) in THTR-300 se na podlagi naslednjih primerov pokaže kršitev temeljnih načel reaktorske tehnologije v THTR-300.

Primer 1:

Sistema za zaustavitev nista dovolj neodvisna, nista raznolika in ne izpolnjujeta zahtev, ki se jima postavljajo v vseh delovnih stanjih in okvarah. Tako sistemi za zaustavitev v nasprotju z mnenjem Komisije za varnost reaktorja ne izpolnjujejo varnostnih meril BMI za jedrske elektrarne (merilo 5.3.). Že dolgo obstajajo koncepti izklopa, ki so očitno in veliko boljši od konceptov THTR-300 v smislu raznolikosti, uravnoteženosti izklopa in zanesljivosti ter so tudi tehnično izvedljivi.

Primer 2:

THTR-300 nima neodvisnega sistema za hlajenje v sili, kot je predpisano in izvedeno za lahki vodni reaktor. Preostalo toploto odstranimo s pomočjo delujočega ventilatorja in parnega generatorja. Mimogrede, predlagani reaktor HTR-500 naj bi bil opremljen z dvema neodvisnima enotama za odvajanje preostale toplote.

Primer 3:

THTR-300 nima zadrževalnega prostora kot lahki vodni reaktor, ki je sestavljen iz plinotesne varnostne posode in betonske lupine. THTR-300 je opremljen samo s (ne nepredušno) tako imenovano zgradbo za zaščito reaktorja (koncept industrijske hale)

Konstrukcijske napake, ki so prišle na dan do zdaj

Poleg varnostnih pomanjkljivosti, ki so utemeljene pri zasnovi THTR-300, so se v prejšnji fazi zagona pojavile številne konstrukcijske napake in konstrukcijske napake, od katerih so nekatere odgovorne za incidente in dodatne varnostne težave.

Primer 1:

Kamenček je bolj kompakten, kot je predvideno v projekcijah. To ima številne posledice:

• Ko se jedrne palice zaradi dolgotrajnega izklopa premaknejo v kamenček, na palice delujejo povečane sile, ki so na meji konstrukcije.
• Zanesljivost sistema jedrnih palic, ki je že tako neugodna, se še poslabša. B. je prikazal dogodek 23. novembra 11 (glej 1985. poglavje).
• Posledica tega je, da je treba kup kamenčkov zrahljati s kroženjem, kar pa ne nudi nobenega zdravila, saj se prodnata kup večkrat stisne s premikanjem palice.
• Stopnja zloma žoge je veliko višja od izračunane. Medtem ko je v "Atomwirtschaft" (atw) iz decembra 1982 v članku zaposlenih pri visokotemperaturnih reaktorskih konstrukcijah GmbH pisalo, da "v dveh letih delovanja v povprečju le en gorivni element zdrobijo jedrne palice", je direktor elektrarne Glahe zdaj dodanih 800 zdrobljenih kroglic. Po drugih informacijah se je zlomilo že toliko kroglic, da je ena od dveh posod, predvidenih za držanje zlomljene krogle, polna; Oba rezervoarja skupaj sta zasnovana tako, da sprejmeta lom krogle, ki se pojavi med celotno življenjsko dobo sistema. ("Westfälische Anzeiger z dne 19. maja 5 poroča:" Skoraj leto in pol po začetku poskusne operacije je bilo treba odstraniti 1987 (!) gorivnih elementov velikosti teniške žogice ... "; Horst Blume ).
• Nepričakovano veliko kopičenje radioaktivno onesnaženega grafita in prahu goriva ter kovinska odrgnina je bila odgovorna za nesrečo 4. maja 5. Poleg tega težave nastanejo zaradi kontaminacije in kopičenja prahu na številnih točkah sistema. Med drugim povečuje verjetnost okvare ventila in druge opreme. 

Primer 2:

Nad določeno močjo krogelnega kupa ni več mogoče krožiti, saj zaradi prevelikih pretočnih sil toka hladilnega plina na "separatorju" na cevi za odvzem krogel ni več krogel izvleči. Posledica tega so omejitve delovanja.

Primer 3:

Nepravilno dimenzioniranje izolacije v obroču parogeneratorja in neustrezna zasnova prezračevalnega sistema lahko povzročita previsoke temperature v delih sistema z določenimi močmi in določenimi zunanjimi temperaturami.

Primer 4:

Zaradi nepravilnega vodenja tokov primarnega hladilnega plina je pretok hlajenja skozi jedro nižji od načrtovanega zaradi prisotnosti tako imenovanega bypassa. Posledično ni mogoče doseči polne obremenitve, čemur se bo operater verjetno skušal izogniti z dodatnimi manipulacijami v sredici reaktorja.

Primer 5:

Tako imenovana reaktorska zaščitna zgradba ni zrakotesna, tako da ni mogoče povsod nabirati podtlaka, ki bi zmanjšal morebitne radioaktivne izpuste iz reaktorske hale v okolje. To napako poskušamo obvladati z začasnimi ukrepi zapečatenja.

Poleg teh oblikovnih pomanjkljivosti in pomanjkljivosti obstajajo številne druge pomanjkljivosti, ki naj bi bile delno ali v celoti odpravljene, npr. B. puščanje v sistemu hlajenja obloge in napaka v sistemu nakladanja. Trenutno ni mogoče oceniti, ali so te in druge napake res dokončno in v celoti odpravljene.

Incidenti v THTR-300

Vsekakor so incidenti na koncu vedno nepredvideni in nepričakovani dogodki, če jih ocenjujemo kot posamezne dogodke. Kljub temu je treba pri ocenjevanju seznama nesreč THTR-300, ki je bil na voljo do zdaj, za nazaj ugotoviti, da je mogoče številne incidente in/ali vrste nesreč izslediti do napak pri načrtovanju in so se skoraj neizogibno zgodili. Seznam incidentov vključuje naslednje dogodke:

23.11.1985:

Sedem od dvainštiridesetih jedrnih palic sistema za dolgotrajno zaustavitev ni bilo mogoče zabiti v celotno globino gruče kamenčkov, kot je bilo načrtovano. Samo uporaba delujočega kratkohodnega pogona je privedla do popolnega umika. Dejanski vzrok za to delno okvaro sistema jedrnih palic je v povečanih silah palic, ki so posledica stisnjenega prodnega grozda. Informacijska politika in poskusi razlage operaterja so se izkazali za neverjetne. (Na primer, vstavljanje jedrnih palic mora biti seveda zagotovljeno tudi brez dodajanja amoniaka kot "maziva", saj dovajanje amoniaka po dovoljenju ni varnostni sistem.)

04.05.1986:

Vzrok te nesreče s povečanim izpustom radioaktivnih snovi je mogoče izslediti v povečanem kopičenju prahu grafita in goriva ter odrgnine. Potem ko se ventil na nizkotlačni strani varovalnega pasu polnilnega sistema ni zaprl zaradi onesnaženja s prahom in te napake ni bilo mogoče odpraviti niti z (neradioaktivnim) odzračevalnim plinom, je operater odprl ventil na primarni strani z namenom čiščenja. Precejšnja količina radioaktivno onesnaženega primarnega hladilnega plina s prahom se je sproščala neposredno in nefiltrirano skozi dimnik v okolje preko tlačnega razbremenilnega kanala. Poleg radioloških vidikov je pri tem incidentu zaskrbljujoče predvsem to, da je kirurg storil očitno napako in da je zaradi zasnove in zasnove (zaradi pomanjkanja blokad) sploh možno, da ena sama napaka sproži neposredno sproščanje primarnega hladilnega plina, ki je V nasprotnem primeru bi lahko v primeru dodatne napake (npr. zaradi nadaljnje napake v delovanju ali okvare zapiralne funkcije ventila na primarni strani) skoraj popolna izguba hladilne tekočine v okolje so se razširili.

Poleg teh dveh natančneje opisanih in javno znanih je bilo še nekaj drugih varnostno pomembnih incidentov:

• Napaka pri napajanju v sili
• Motnje v merilni tehniki in v krmilni opremi
• Postopek hlajenja v sili NK 11 je bil sprožen že 45-krat; to bi pomenilo, da bi kontingent 45 takih postopkov izklopa hlajenja v sili za celotno življenjsko dobo sistema izkoriščen že do četrtine. 

Ocenjevanje

Zaradi pomanjkljivih varnostnih lastnosti, ki so značilne za THTR-300, posebne konstrukcijske značilnosti, do sedaj znane napake v konstrukciji in rezultati dosedanje faze zagona zahtevajo nujno potrebo, da se THTR-300 ne zažene znova. V nasprotnem primeru so neizogibna nadaljnja negativna presenečenja, težave in incidenti. Z varnostnega vidika (pa tudi zaradi ekonomskih razlogov) se od operaterja zahteva, da prekine nevarni obsežni test s THTR-300. Že zdaj lahko sklepamo, da je tehnologija reaktorja s prodnatim ležiščem odpovedala.

(Sproščanje atomskega sevanja od zgodnjih štiridesetih let prejšnjega stoletja: gl INES - Mednarodna bonitetna lestvica in seznam jedrskih nesreč po vsem svetu)

- Zemljevid jedrskega sveta -

Od pridobivanja in predelave urana do jedrskih raziskav, gradnje in delovanja jedrskih objektov, vključno z nesrečami v jedrskih elektrarnah, do ravnanja z uranovim strelivom, jedrskim orožjem in jedrskimi odpadki.
- Skoraj vse po vsem svetu z Google Zemljevidi -

nazaj na

Študije o THTR

***

***

Vrh strani

***