Grundläggande säkerhetsproblem

i högtemperaturreaktorn och särskilda underskott i THTR-300

Lothar Hahn - juni 1986

Till den förmodade "inneboende" säkerheten hos HTR

Sedan början av utvecklingen av högtemperaturreaktorer har intresserade parter försökt föreslå för allmänheten att HTR är "inneboende" säker. Denna skickligt konstruerade reklamstrategi har utan tvekan haft viss framgång, eftersom den har lett till oöverträffad desinformation, även i atomenergidebatten. Som knappast något annat påstående från kärnkraftsindustrin bygger det på vetenskapligt ohållbara antaganden och felaktiga slutsatser.

Inom teknik, i synnerhet kärnteknik, kallas ett system för naturligt säkert om det förblir i dess designtillstånd enbart på grundval av fysikaliska och kemiska lagar och om det inte är beroende av aktiva säkerhetsanordningars funktion vid hantering av olyckor. ingripande av personal instrueras (enligt definitionen av Alwin Weinberg).

Som bekant har lättvattenreaktorn inte dessa egenskaper. Men det är också helt klart att praktiskt taget alla HTR-koncept som har eftersträvats på allvar hittills inte är i sig säkra och att i synnerhet THTR-300 inte har denna egenskap. Exempelvis är två av de centrala säkerhetsrelaterade kraven, avstängning och bortledning av restvärme (och därmed i slutändan även kvarhållande av klyvningsprodukter) beroende av aktiva säkerhetsanordningar och/eller handtag om allvarliga olyckor och betydande utsläpp av det radioaktiva lagret skulle förhindras.

Som bevis på den påstådda inneboende säkerheten brukar HTR-branschen anföra några egenskaper där HTR skiljer sig från lättvattenreaktorn och som sägs ha fördelaktiga effekter säkerhetsmässigt. HTR:n är dock långt ifrån i sig säker från detta, eftersom HTR:n förutom förment gynnsamma sådana också har säkerhetsrelaterade ofördelaktiga egenskaper som andra reaktortyper inte har. De mest citerade påstådda fördelarna med HTR presenteras och kommenteras nedan:

• Eigenschaft: Lågt förhållande mellan effekttäthet och värmekapacitet, dvs långsammare temperaturökning jämfört med (jämfört med lättvattenreaktorn eller uppfödaren) vid kylningsfel.
• Kommentar: Detta är inte korrekt, utan gäller endast händelser med vissa kylningsfel. Vid de HTR-specifika olyckorna med vatteninträngning, luftinträngning och reaktivitetsolyckor är denna egenskap av mindre betydelse. Om snabb kylning krävs är den höga värmekapaciteten ganska ofördelaktig.
• Eigenschaft: Högtemperaturbeständighet hos de keramiska bränsleelementen och kärnstrukturmaterialen, ingen härdsmälta som t.ex B. möjligt med lättvattenreaktorn.
• Kommentar: Påståendet är korrekt, men ignorerar det verkliga problemet. Det handlar inte i första hand om möjligheten till en härdsmälta, utan snarare frågan om och hur radioaktiva fissionsprodukter kan frigöras. Vid temperaturer över 1600^o C märkbara andelar av klyvningsprodukter frigörs från bränslepartiklarna och från bränslepatronerna. Denna effekt ökar vid ännu högre temperaturer och senast vid ca 2500^oC det finns massiva utsläpp i primärkretsen. Temperaturer vid vilka farliga utsläpp sker kan nås i kärnan av alla stora och stora högtemperaturreaktorer på grund av olyckor utan att grafiten förlorar sin mekaniska konsistens. Påståendet att härdsmältningar inte är möjliga med HTR är därför missvisande och inte relevant för utlösningsmekanismerna.
• Eigenschaft: Negativ temperaturkoefficient för reaktivitet, dvs minskning av elproduktion med ökande temperatur.
• Kommentar: Denna egenskap är inte specifik för HTR, men finns också i lättvattenreaktorer; utan denna egenskap skulle varken HTR eller lättvattenreaktorn godkännas. Särskilt HTR behöver en negativ temperaturkoefficient för reaktivitet, eftersom moderatoreffekten bibehålls i händelse av oavsiktlig uppvärmning - till skillnad från fallet med lättvattenreaktorn. Vidare kan konstateras att temperaturkoefficienten blir mindre och mindre negativ med stigande temperatur, att samtidigt osäkerheterna i kunskapen om dess förlopp blir större och större och att över ca 1200^oC dess värden är inte experimentellt verifierade. En annan speciell nackdel med HTR är att reaktivitetsolyckor är möjliga med snabb kylning.
• Eigenschaft: Inre, fasstabil, neutronfysisk neutral kylvätska helium.
• Kommentar: Det är korrekt att kylgasen innehåller föroreningar som kan leda till korrosionsfenomen på bränslepatronerna; därför måste ett gasreningssystem tillhandahållas specifikt för att bland annat minska dessa föroreningar. De andra två egenskaperna hos helium (fasstabilitet, neutronfysikalisk neutralitet) är av liten relevans. Annars kan bara helium användas som kylvätska.

De skisserade uppenbara säkerhetsfördelarna med HTR måste naturligtvis också jämföras med dess specifika nackdelar och säkerhetsproblem. Några av de påstådda positiva egenskaperna som nämns är baserade på valet av grafit som moderator och strukturmaterial. Grafitens egenskaper är också ansvariga för HTR-typiska och HTR-specifika olycksmöjligheter, nämligen grafit-vattenreaktioner efter vatteninträngningsolyckor (orsakade av ånggeneratorläckor) och grafitbränder efter luftinträngningsolyckor. Vid ytterligare fel på erforderliga säkerhetsfunktioner (t.ex. vid vatteninträngning: avstängning av ånggeneratorn, bortledning av restvärme, avstängning av reaktorn), kontrolleras dessa incidenter inte och kan leda till okontrollerade utsläpp med betydande skador i i närheten av reaktorn. Bland annat av det skälet att dessa utsläpp sker tidigare än efter en ren härdvärmningsolycka kan man anta att olyckor orsakade av vatten- och luftinträngning initierar de riskdominerande olycksprocesserna vid HTR.

Utöver dessa typer av olyckor bidrar så kallade reaktivitetsolyckor, det vill säga olyckor som utlöses av funktionsfel i styr- och avstängningsstavsystemen, väsentligt till risken för olyckor i högtemperaturreaktorer.

Det kan anses säkert att HTR-lobbyn kommer att hänvisa till incidentutredningarna som en del av godkännandeprocessen för THTR-300 och HTR-säkerhetsanalyserna av KFA (kärnforskningsanläggningen) Jülich för att styrka deras påstående att de nämnda incidenterna är kontrollerade eller inte leder till relevanta skador i närheten av systemet även om andra säkerhetssystem fallerar. Det bör noteras att de hittills presenterade studierna om olycksrisken med högtemperaturreaktorer är provisoriska, ofullständiga, till stor del osäkra och vetenskapligt inkonsekventa. Innan en konsensus ens skulle vara tänkbar eller en oliktänkande ens minskat, återstår fortfarande väsentliga delar och förutsättningar för en vetenskaplig-teknisk diskussionsprocess. B. den kritiska och oberoende granskningen, källornas spårbarhet och tillgänglighet.

Dessutom är det konstigt att det hittills endast har genomförts riskstudier på HTR-koncept som antingen aldrig kommer att realiseras (HTR-1160) eller bara har funnits på papper (HTR-500, modul), men som är de enda i Tyskland existerande storskaliga HTR-system, THTR-300, med undantag för en ytlig kort studie, finns det ingen riskutredning.

Funktioner hos THTR-300 som är ofördelaktiga vad gäller säkerhet

En säkerhetsrelaterad bedömning av THTR-300 baserat på dess designegenskaper och konstruktionsprinciper - oavsett eventuella negativa överraskningar under driftsättningen - avslöjar ett antal säkerhetsrelaterade nackdelar. En heltäckande bedömning av den säkerhetsrelaterade utformningen av THTR-300 ska inte göras vid denna tidpunkt. Endast tre konstruktionsdrag ska här tas upp som exempel, som inte bara framstår som tvivelaktiga från en kritisk position, utan också kolliderar med kärntekniska regler och föreskrifter och den så kallade säkerhetsfilosofin inom kärnteknik. Även med hänsyn till skillnaderna mellan lättvattenreaktorer (på vilka kärnkraftsreglerna huvudsakligen är baserade) och THTR-300, blir kränkningen av grundläggande principer för reaktorteknologi i THTR-300 uppenbar på grundval av följande exempel.

Exempel 1:

De två avstängningssystemen är inte tillräckligt oberoende, inte olika och uppfyller inte de krav som ställs på dem i alla drifttillstånd och felfunktioner. Tvärtemot reaktorsäkerhetskommissionens uppfattning uppfyller således avstängningssystemen inte BMI-säkerhetskriterierna för kärnkraftverk (kriterium 5.3.). Det har funnits avstängningskoncept under lång tid som är klart och vida överlägsna THTR-300 när det gäller mångfald, avstängningsbalanser och tillförlitlighet och som dessutom är tekniskt genomförbara.

Exempel 2:

THTR-300 har inget oberoende nödkylningssystem, som föreskrivs och implementeras för lättvattenreaktorn. Restvärmen avlägsnas med hjälp av den fungerande fläkten och ånggeneratorn. Den föreslagna efterträdareaktorn HTR-500 ska för övrigt utrustas med två oberoende enheter för bortledning av restvärme.

Exempel 3:

THTR-300 har ingen inneslutning som lättvattenreaktorn, som består av en gastät säkerhetsbehållare och ett betongskal. THTR-300 är endast utrustad med en (ej lufttät) så kallad reaktorskyddsbyggnad (industrihallskoncept)

Byggfel som framkommit hittills

Utöver de säkerhetsbrister som är motiverade i konstruktionen av THTR-300, har ett antal konstruktionsbrister och konstruktionsfel uppdagats i den tidigare driftsättningsfasen, varav några är ansvariga för incidenter och ytterligare säkerhetsproblem.

Exempel 1:

Småstenen är mer kompakt än vad som antas i projektionerna. Detta har ett antal konsekvenser:

• När kärnstavarna flyttas in i stenen i syfte av långtidsavstängning, verkar ökade krafter, som är på gränsen för konstruktionen, på stavarna.
• Tillförlitligheten hos kärnstångssystemet, som redan är ogynnsam, försämras ytterligare. B. visade händelsen den 23 november 11 (se kapitel 1985).
• Resultatet är behovet av att lossa stenhögen genom att cirkulera den, vilket dock inte ger något botemedel, eftersom stenhögen upprepade gånger trycks ihop genom att röra in stången.
• Kulbrottshastigheten är mycket högre än beräknat. Medan det i "Atomwirtschaft" (atw) från december 1982 i en artikel av anställda vid högtemperaturreaktorkonstruktion GmbH sades att "under två års drift i genomsnitt bara ett bränsleelement krossas av härdstavarna", kraftverksdirektör Glahe nu 800 krossade kulor tillsatta. Enligt andra uppgifter har så många bollar redan gått sönder att en av de två behållare som är avsedda för att hålla den trasiga bollen är full; Båda tankarna tillsammans är designade för att klara det kulbrott som uppstår under systemets hela livslängd. ("Westfälische Anzeiger den 19 maj 5 rapporterade:" Nästan ett och ett halvt år efter försöksverksamhetens början måste 1987 8.000 (!) bränsleelement lika stora som en tennisboll avlägsnas ... "; Horst Blume ).
• Den oväntat höga ansamlingen av radioaktivt förorenad grafit och bränsledamm samt metallisk nötning var orsaken till olyckan den 4 maj 5. Dessutom uppstår problem från kontaminering och ansamling av damm på många punkter i systemet. Det ökar bland annat sannolikheten för fel på ventiler och annan utrustning. 

Exempel 2:

Över en viss effekt kan kulhögen inte längre cirkuleras, eftersom inga fler kulor kan dras ut på grund av de alltför stora flödeskrafterna från kylgasflödet på "separatorn" på kulutsugningsröret. Detta resulterar i driftsrestriktioner.

Exempel 3:

Felaktig dimensionering av isoleringen i ånggeneratorns ringrum samt otillräcklig utformning av ventilationssystemet kan leda till att för höga temperaturer uppstår i delar av systemet med vissa effekter och med vissa utetemperaturer.

Exempel 4:

På grund av felaktig styrning av de primära kylgasflödena blir kylgenomströmningen genom härden lägre än planerat på grund av närvaron av en så kallad bypass. Som ett resultat är det inte möjligt att uppnå full belastning, vilket operatören troligen kommer att försöka undvika genom ytterligare manipulationer i reaktorhärden.

Exempel 5:

Den så kallade reaktorskyddsbyggnaden är inte lufttät, varför det undertryck som är avsett att minska eventuella radioaktiva utsläpp från reaktorhallen till miljön inte kan byggas upp överallt. Man försöker få detta fel under kontroll med hjälp av provisoriska tätningsåtgärder.

Utöver dessa konstruktionsbrister och brister finns det ett antal andra brister som sägs ha eliminerats helt eller delvis, t.ex. B. en läcka i linerkylsystemet och ett fel i lastsystemet. I nuläget är det inte möjligt att bedöma om dessa och andra fel verkligen är slutgiltigt och fullständigt åtgärdade.

Incidenter i THTR-300

Förvisso är incidenter i slutändan alltid oförutsedda och oväntade händelser om de bedöms som enskilda händelser. Icke desto mindre, när man utvärderar THTR-300:s lista över olyckor som har varit tillgänglig hittills, måste man i efterhand fastställa att ett antal incidenter och/eller typer av olyckor kan spåras tillbaka till designfel och nästan oundvikligen inträffade. Listan över incidenter inkluderar följande händelser:

23.11.1985:

Sju av de fyrtiotvå kärnstavarna i det långsiktiga avstängningssystemet kunde inte drivas in i stenklustrets fulla djup som planerat. Endast användningen av den operativa korttaktsdriften ledde till full indragning. Den faktiska orsaken till detta partiella haveri i kärnstångssystemet ligger i de ökade stångkrafterna till följd av den sammanpressade stenklumpen. Informationspolicyn och operatörens försök till förklaring visade sig vara osannolik. (T.ex. ska införandet av kärnstavarna givetvis garanteras även utan inmatning av ammoniak som "smörjmedel", eftersom ammoniakinmatningen inte är ett säkerhetssystem enligt tillståndet.)

04.05.1986:

Orsaken till denna olycka med ökat radioaktivt utsläpp kan spåras tillbaka till den ökade ansamlingen av grafit och bränsledamm och nötning. Efter att en ventil på lågtryckssidan av laddningssystemets buffertzon inte stängdes på grund av förorening av damm och detta fel inte kunde åtgärdas även med (icke-radioaktiv) reningsgas, öppnade operatören ventilen på primärsidan i syfte att rensa. En betydande mängd radioaktivt förorenad primär kylgas med damm släpptes direkt och ofiltrerat genom skorstenen ut i miljön via tryckavlastningskanalen. Utöver de radiologiska aspekterna är det som är särskilt oroande med denna incident att kirurgen begick ett uppenbart misstag och att det på grund av design och design (på grund av avsaknaden av förreglingar) överhuvudtaget är möjligt att ett enstaka misstag kan utlösa en direkt utsläpp av primärkylgas, vilket annars, i händelse av ett ytterligare fel (t.ex. på grund av ett ytterligare driftfel eller fel i stängningsfunktionen hos primärsidans ventil), kan en nästan fullständig förlust av kylvätska till miljön har utökats.

Utöver dessa två mer exakt beskrivna och allmänt kända, fanns det ett antal andra säkerhetsrelevanta incidenter:

• Fel i nödströmförsörjningen
• Fel i mättekniken och i styrutrustningen
• Nödkylningsproceduren NK 11 har redan utlösts 45 gånger; detta skulle innebära att kontingenten av 45 sådana nödkylningsavstängningsprocedurer för hela systemets livslängd redan skulle användas upp till en fjärdedel. 

rating

De THTR-300-specifika ofördelaktiga säkerhetsegenskaperna, de speciella designegenskaperna, de konstruktionsfel som är kända hittills och resultaten av idrifttagningsfasen så här långt gör det akut nödvändigt att inte starta THTR-300 igen. Annars är ytterligare negativa överraskningar, svårigheter och incidenter oundvikliga. Ur säkerhetssynpunkt (men också av ekonomiska skäl) uppmanas operatören att avbryta det farliga storskaliga testet med THTR-300. Redan nu kan slutsatsen dras att stenbäddsreaktortekniken har misslyckats.

(Utsläpp av atomär strålning sedan början av 1940-talet: se INES - Den internationella klassificeringsskalan och listan över kärnkraftsolyckor över hela världen)

- Kartan över kärnkraftsvärlden -

Från utvinning och bearbetning av uran, till kärnforskning, konstruktion och drift av kärnkraftsanläggningar, inklusive olyckor i kärnkraftverk, till hantering av uranammunition, kärnvapen och kärnavfall.
- Över hela världen, nästan, allt på ett ögonkast med Google Maps -

tillbaka till

Studier om THTR

***

***

Förstasidan

***