Фундаментальні проблеми безпеки

у високотемпературному реакторі та особливий дефіцит у THTR-300

Лотар Хан - червень 1986 року

Для нібито «притаманної» безпеки HTR

З початку розробки високотемпературного реактора зацікавлені сторони намагалися припустити громадськості, що HTR «за своєю природою» безпечний. Ця грамотно розроблена рекламна стратегія, безсумнівно, мала певний успіх, оскільки призвела до безпрецедентної дезінформації навіть у дискусіях щодо атомної енергії. Як майже будь-яке інше твердження атомної промисловості, воно ґрунтується на науково необґрунтованих припущеннях і невірних висновках.

У техніці, зокрема ядерній, систему називають безпечною за своєю природою, якщо вона залишається у своєму проектному стані виключно на основі фізичних і хімічних законів і якщо вона не залежить від функціонування пристроїв активної безпеки під час аварій. втручання персоналу інструктується (за визначенням Алвіна Вайнберга).

Як відомо, легководний реактор цими властивостями не володіє. Однак також цілком зрозуміло, що практично всі концепції HTR, які серйозно розглядалися до цього часу, не є за своєю природою безпечними і що THTR-300, зокрема, не володіє цією властивістю. Наприклад, дві головні вимоги, пов’язані з безпекою, зупинка та відведення залишкового тепла (і, отже, в кінцевому підсумку також утримання продуктів поділу) залежать від пристроїв активної безпеки та/або ручок, якщо серйозні аварії та значні викиди радіоактивного запасу повинні запобігти.

Як доказ нібито притаманної безпеки промисловість HTR зазвичай наводить деякі властивості, за якими HTR відрізняється від легководного реактора і які, як кажуть, мають переваги з точки зору безпеки. Однак HTR далеко не застрахований від цього, оскільки, крім нібито сприятливих, HTR також має недоліки, пов’язані з безпекою, яких немає інших типів реакторів. Нижче представлені та прокоментовані найбільш часто цитовані переваги HTR:

• Eigenschaft: Низьке відношення щільності потужності до теплоємності, тобто більш повільне підвищення температури в порівнянні з (порівняно з легководяним реактором або розмножувачем) у разі відмови охолодження.
• коментар: Це невірно, але стосується лише подій із певними збоями в охолодженні. У випадку особливих для HTR аварій надходження води, повітря та аварій реактивності ця властивість має менше значення. Якщо потрібне швидке охолодження, то висока теплоємність досить невигідна.
• Eigenschaft: Висока температурна стійкість керамічних паливних елементів і матеріалів сердечника, відсутність розплавлення активної зони, наприклад B. можливо з легководяним реактором.
• коментар: Твердження правильне, але ігнорує справжню проблему. Йдеться насамперед не про можливість розплавлення активної зони, а скоріше про те, чи можуть і як вивільнятися радіоактивні продукти поділу. При температурі вище 1600^o З частинок палива і з паливних збірок виділяються помітні частки продуктів поділу. Цей ефект посилюється при ще вищих температурах і щонайпізніше приблизно до 2500^oC є масові викиди в первинний контур. Температура, при якій відбуваються небезпечні викиди, може бути досягнута в активній зоні всіх великих і великих високотемпературних реакторів через аварії без втрати графіту своєї механічної консистенції. Тому твердження про те, що розплавлення ядра неможливе з HTR, вводить в оману і не стосується механізмів випуску.
• Eigenschaft: Від’ємний температурний коефіцієнт реакційної здатності, тобто зниження виробництва електроенергії з підвищенням температури.
• коментар: Ця властивість не є специфічною для HTR, але також присутня в легководних реакторах; без цієї властивості ні HTR, ні легководяний реактор не будуть затверджені. HTR, зокрема, потребує негативного температурного коефіцієнта реакційної здатності, оскільки в разі випадкового нагрівання – на відміну від легководяного реактора – зберігається ефект сповільнювача. Крім того, можна констатувати, що температурний коефіцієнт стає все менш негативним із підвищенням температури, що в той же час невизначеності у знанні його перебігу стають все більшими і вище приблизно 1200^oC його значення експериментально не перевірені. Іншим особливим недоліком HTR є те, що при швидкому охолодженні можливі реактивні аварії.
• Eigenschaft: Внутрішній, фазово стабільний, нейтронно-фізичний нейтральний теплоносій гелій.
• коментар: Правильно, що охолоджуючий газ містить домішки, які можуть призвести до явищ корозії на паливних збірках; тому система очищення газу мала бути передбачена спеціально для того, щоб зменшити кількість цих домішок, серед іншого. Дві інші властивості гелію (фазова стабільність, нейтронна фізична нейтральність) не мають великого значення. В іншому випадку в якості теплоносія можна використовувати тільки гелій.

Окреслені очевидні переваги безпеки HTR, звичайно, необхідно також порівняти з його конкретними недоліками та проблемами безпеки. Деякі зі згаданих нібито позитивних властивостей засновані на виборі графіту як сповільнювача і конструкційного матеріалу. Властивості графіту також є відповідальними за HTR-типові та HTR-специфічні можливості аварій, а саме реакції графіт-вода після аварій з проникненням води (спричинених витоками парогенератора) та загорянь графіту після аварій з проникненням повітря. У разі додаткового збою необхідних функцій безпеки (наприклад, у разі потрапляння води: відключення парогенератора, відведення залишкового тепла, зупинка реактора) ці інциденти не контролюються і можуть призвести до неконтрольованих викидів із значними пошкодженнями в поблизу реактора. З огляду на те, що ці викиди відбуваються раніше, ніж після аварії чистого перегріву активної зони, можна припустити, що аварії, спричинені потраплянням води та повітря, ініціюють процеси аварій, які переважають у ризику на HTR.

Крім цих видів аварій, значною мірою ризику аварій у високотемпературних реакторах сприяють так звані аварії реактивності, тобто аварії, які спричинені несправністю стрижневих систем управління та відключення.

Можна вважати певним, що лобі HTR посилатиметься на розслідування інцидентів як частину процесу схвалення THTR-300 та аналізу безпеки HTR KFA (об’єкт ядерних досліджень) Юліха, щоб обґрунтувати свою заяву про те, що згадані інциденти контролюються або не призводять до відповідних пошкоджень поблизу системи, навіть якщо інші системи безпеки виходять з ладу. Слід зазначити, що представлені дотепер дослідження щодо ризику аварій високотемпературних реакторів є тимчасовими, неповними, значною мірою незахищеними та науково суперечливими. До того, як можна було б уявити консенсус або навіть звужувати розбіжність, суттєві елементи та передумови процесу науково-технічної дискусії ще не вирішені. B. критичний і незалежний огляд, простежуваність і доступність джерел.

Крім того, дивно, що дотепер дослідження ризику проводилися лише на концепціях HTR, які або ніколи не будуть реалізовані (HTR-1160), або існували лише на папері (HTR-500, модуль), але є єдиними. у Німеччині існуюча великомасштабна система HTR, THTR-300, за винятком поверхневого короткого дослідження, немає жодного дослідження ризику.

Невигідні з точки зору безпеки особливості THTR-300

Оцінка безпеки THTR-300 на основі його конструктивних особливостей і принципів конструкції - незалежно від будь-яких негативних сюрпризів під час введення в експлуатацію - виявляє ряд недоліків, пов'язаних з безпекою. На даний момент не проводиться комплексна оцінка конструкції THTR-300, пов’язаної з безпекою. Тут як приклади слід розглянути лише три конструктивні особливості, які не тільки виглядають сумнівними з критичної позиції, але й суперечать ядерним правилам і нормам, а також так званій філософії безпеки в ядерній технології. Крім того, беручи до уваги відмінності між легководними реакторами (на яких переважно базуються ядерні норми) і THTR-300, порушення фундаментальних принципів реакторної технології в THTR-300 стає очевидним на основі наступних прикладів.

Приклад 1:

Дві системи відключення недостатньо незалежні, не різноманітні і не відповідають вимогам, що пред'являються до них у всіх робочих станах і несправностях. Таким чином, всупереч висновку Комісії з безпеки реактора, системи зупинки не відповідають критеріям безпеки ІМТ для АЕС (критерій 5.3.). Протягом тривалого часу існували концепції вимкнення, які явно і набагато перевершували THTR-300 з точки зору різноманітності, балансу вимкнення та надійності, а також які є технічно здійсненними.

Приклад 2:

THTR-300 не має незалежної системи аварійного охолодження, як це передбачено та реалізовано для легководного реактора. Залишкове тепло відводиться за допомогою робочого вентилятора і парогенератора. До речі, пропонований реактор-наступник HTR-500 має бути оснащений двома незалежними блоками для відведення залишкового тепла.

Приклад 3:

THTR-300 не має захисної оболонки, як легководний реактор, який складається з газонепроникного безпечного контейнера та бетонної оболонки. THTR-300 оснащений лише (не герметичним) так званим корпусом захисту реактора (концепція промислового залу)

Виявлені дотепер будівельні дефекти

На додаток до недоліків безпеки, які виправдовуються в конструкції THTR-300, на попередньому етапі введення в експлуатацію було виявлено ряд конструктивних дефектів і помилок, деякі з яких спричиняють інциденти та додаткові проблеми безпеки.

Приклад 1:

Галька більш компактна, ніж передбачалося в проекціях. Це має ряд наслідків:

• При переміщенні стрижнів керна в гальку з метою тривалого відключення на стрижні діють підвищені зусилля, що знаходяться на межі конструкції.
• І без того несприятлива надійність стрижневої системи стрижня погіршується ще більше. Б. показав подію 23 листопада 11 р. (див. розділ 1985).
• Результатом є необхідність розпушити купу гальки шляхом її циркуляції, що, однак, не дає жодного засобу, оскільки купа гальки багаторазово стискається шляхом переміщення стрижня.
• Швидкість поломки м’яча набагато вища, ніж розрахована. Якщо в «Atomwirtschaft» (atw) з грудня 1982 р. у статті співробітників Hoch Temperatur-Reaktorbau GmbH говорилося, що «за два роки роботи в середньому тільки один паливний елемент розчавлюється стрижнями активної зони», електростанція Директор Глахе тепер додано 800 подрібнених кульок. За іншою інформацією, так багато кульок вже зламалося, що одна з двох ємностей, передбачених для утримання зламаної кульки, переповнена; Обидва бака разом розроблені для того, щоб витримати поломку кульки, яка виникає протягом усього терміну служби системи. ("Westfälische Anzeiger" від 19 травня 5 р. повідомляв: "Майже через півтора роки після початку дослідної експлуатації довелося вилучити 1987 (!) паливних елементів розміром з тенісний м'яч..."; Хорст Блюме ).
• Причиною аварії 4 травня 5 року стало несподівано велике скупчення радіоактивно забрудненого графіту та паливного пилу, а також металеве стирання. Крім того, проблеми виникають через забруднення та накопичення пилу в багатьох точках системи. Крім усього іншого, це підвищує ймовірність виходу з ладу клапана та іншого обладнання. 

Приклад 2:

При перевищенні певної потужності кулькова купа більше не може циркулювати, оскільки більше не можна витягувати кульки через надмірні сили потоку потоку охолоджуючого газу на «сепаратор» на трубі для вилучення куль. Це призводить до експлуатаційних обмежень.

Приклад 3:

Неправильний розмір ізоляції в затрубному просторі парогенератора, а також неналежна конструкція вентиляційної системи можуть призвести до виникнення надмірної температури в частинах системи з певною потужністю та з певними зовнішніми температурами.

Приклад 4:

Через неправильне наведення потоків первинного охолоджуючого газу пропускна здатність охолодження через активну зону нижче запланованої через наявність так званого байпаса. В результаті не вдається досягти повного навантаження, чого, ймовірно, оператор спробує уникнути за допомогою додаткових маніпуляцій в активній зоні реактора.

Приклад 5:

Так звана будівля захисту реактора не є герметичною, тому негативний тиск, призначений для зменшення можливих викидів радіоактивних речовин з реакторної зали в навколишнє середовище, не може накопичуватися скрізь. Цю помилку намагаються контролювати за допомогою тимчасових заходів герметизації.

На додаток до цих недоліків і недоліків конструкції, існує ряд інших недоліків, які, як кажуть, були частково або повністю усунені, напр. B. витік в системі охолодження гільзи та несправність системи завантаження. Наразі неможливо оцінити, чи дійсно ці та інші помилки були остаточно і повністю виправлені.

Інциденти в THTR-300

Звичайно, інциденти в кінцевому підсумку завжди є непередбачуваними і несподіваними подіями, якщо їх оцінювати як окремі події. Тим не менш, при оцінці списку аварій THTR-300, який був доступний до цього часу, необхідно ретроспективно визначити, що ряд інцидентів та/або типів аварій можна простежити до недоліків конструкції та майже неминуче відбутися. У список інцидентів входять такі події:

23.11.1985:

Сім із сорока двох стержнів системи тривалого відключення не вдалося загнати на всю глибину галькового скупчення, як планувалося. Лише використання робочого короткоходного приводу призвело до повного втягування. Справжня причина цього часткового відмови системи стрижневого стрижня полягає в підвищених зусиллях стержня в результаті стиснення галькового кластера. Інформаційна політика та спроби роз'яснення з боку оператора виявилися неправдоподібними. (Наприклад, введення стрижнів стрижнів, звичайно, має бути гарантовано навіть без подачі аміаку як «мастильного матеріалу», оскільки подача аміаку не є системою безпеки відповідно до дозволу.)

04.05.1986:

Причину цієї аварії зі збільшенням радіоактивного викиду можна простежити у підвищеному накопиченні графітового та паливного пилу та стирання. Після того, як клапан на стороні низького тиску буферної зони системи заряджання не закрився через забруднення пилом і цю помилку не можна було виправити навіть за допомогою (нерадіоактивного) продувного газу, оператор відкрив клапан на первинній стороні. з метою очищення. Значна кількість радіоактивно забрудненого первинного охолоджувального газу з пилом викидалася безпосередньо та нефільтроване через димохід у навколишнє середовище через канал скидання тиску. На додаток до радіологічних аспектів, що особливо турбує цей інцидент, так це те, що хірург припустився очевидної помилки і що завдяки конструкції та конструкції (через відсутність блокувань) взагалі можливо, що одна помилка може спровокувати безпосередній випуск газу первинного охолодження, що є В іншому випадку, у разі додаткової помилки (наприклад, через подальшу помилку в роботі або збій функції закриття клапана первинної сторони), може майже повна втрата теплоносія в навколишнє середовище розширилися.

На додаток до цих двох більш точно описаних і загальновідомих, була низка інших інцидентів, що стосуються безпеки:

• Помилка аварійного електропостачання
• Несправності вимірювальної техніки та контрольної апаратури
• Процедуру аварійного охолодження NK 11 запускали вже 45 разів; це означало б, що контингент із 45 таких процедур аварійного охолодження за весь термін служби системи вже буде використаний до чверті. 

Оцінка

Специфічні для THTR-300 недоліки безпеки, особливі конструктивні особливості, відомі на сьогоднішній день дефекти конструкції та результати етапу введення в експлуатацію викликають гостру необхідність не запускати THTR-300 знову. Інакше подальші негативні сюрпризи, труднощі та інциденти неминучі. З точки зору безпеки (але також з економічних міркувань) оператора просять припинити небезпечне великомасштабне випробування THTR-300. Вже можна зробити висновок, що технологія реактора з гальковим шаром зазнала невдачі.

(Викид атомної радіації з початку 1940-х років: див INES - Міжнародна рейтингова шкала та список ядерних аварій у всьому світі)

- Карта ядерного світу -

Від видобутку та переробки урану до ядерних досліджень, будівництва та експлуатації ядерних установок, включаючи аварії на атомних електростанціях, до поводження з урановими боєприпасами, ядерною зброєю та ядерними відходами.
- У всьому світі майже все з одного погляду за допомогою Google Maps -

повернутися до

Дослідження на THTR

***

***

верх сторінки

***