Các vấn đề cơ bản về bảo mật

trong lò phản ứng nhiệt độ cao và thâm hụt cụ thể trong THTR-300

Lothar Hahn - tháng 1986 năm XNUMX

Đối với bảo mật được cho là "cố hữu" của HTR

Kể từ khi bắt đầu phát triển lò phản ứng nhiệt độ cao, các bên quan tâm đã cố gắng đề xuất với công chúng rằng HTR "vốn đã" an toàn. Chiến lược quảng cáo được thiết kế khéo léo này chắc chắn đã có một số thành công, bởi vì nó đã dẫn đến những thông tin sai lệch chưa từng có, ngay cả trong cuộc tranh luận về năng lượng nguyên tử. Giống như hầu như không có bất kỳ khẳng định nào khác của ngành công nghiệp hạt nhân, nó dựa trên những giả định không thể xác thực về mặt khoa học và những kết luận không chính xác.

Trong công nghệ, cụ thể là công nghệ hạt nhân, một hệ thống được coi là an toàn vốn có nếu nó vẫn ở trạng thái thiết kế chỉ dựa trên cơ sở các quy luật vật lý và hóa học và nếu nó không phụ thuộc vào hoạt động của các thiết bị an toàn chủ động khi đối phó với tai nạn. sự can thiệp của nhân sự được hướng dẫn (theo định nghĩa của Alwin Weinberg).

Như đã biết, lò phản ứng nước nhẹ không có những đặc tính này. Tuy nhiên, cũng hoàn toàn rõ ràng rằng trên thực tế tất cả các khái niệm HTR được theo đuổi nghiêm túc cho đến nay đều không an toàn và THTR-300 nói riêng không có tính chất này. Ví dụ, hai trong số các yêu cầu liên quan đến an toàn trung tâm, tắt máy và loại bỏ nhiệt dư (và do đó cuối cùng là lưu giữ các sản phẩm phân hạch) phụ thuộc vào các thiết bị an toàn chủ động và / hoặc xử lý nếu các tai nạn nghiêm trọng và lượng phóng xạ bị giải phóng đáng kể) được ngăn cản.

Để chứng minh cho sự an toàn vốn có được cho là, ngành HTR thường trích dẫn một số đặc tính mà HTR khác với lò phản ứng nước nhẹ và được cho là có những tác dụng có lợi về mặt an toàn. Tuy nhiên, HTR còn lâu mới an toàn với điều này, bởi vì ngoài những điều được cho là thuận lợi, HTR cũng có những đặc tính bất lợi liên quan đến an toàn mà các loại lò phản ứng khác không có. Những lợi thế được cho là thường xuyên được trích dẫn nhất của HTR được trình bày và bình luận dưới đây:

• Đặc điểm: Tỷ lệ giữa mật độ công suất và công suất nhiệt thấp, tức là nhiệt độ tăng chậm hơn so với (so với lò phản ứng nước nhẹ hoặc lò sưởi) trong trường hợp có sự cố làm mát.
• Bình luận: Điều này không đúng, nhưng chỉ áp dụng cho các trường hợp có một số lỗi làm mát nhất định. Trong trường hợp xảy ra các tai nạn cụ thể đối với HTR về sự cố xâm nhập nước, xâm nhập không khí và phản ứng, đặc tính này ít quan trọng hơn. Nếu cần làm lạnh nhanh, khả năng tỏa nhiệt cao khá bất lợi.
• Đặc điểm: Khả năng chịu nhiệt độ cao của các phần tử nhiên liệu gốm và vật liệu cấu trúc cốt lõi, không có sự nóng chảy lõi như B. có thể với lò phản ứng nước nhẹ.
• Bình luận: Tuyên bố đúng, nhưng bỏ qua vấn đề thực sự. Vấn đề chủ yếu không phải là về khả năng xảy ra một vụ tan chảy lõi, mà là câu hỏi về việc liệu và làm thế nào các sản phẩm phân hạch phóng xạ có thể được giải phóng. Ở nhiệt độ trên 1600^o Tỷ lệ đáng chú ý của các sản phẩm phân hạch được giải phóng từ các hạt nhiên liệu và từ các cụm nhiên liệu. Hiệu ứng này tăng lên ở nhiệt độ cao hơn, và muộn nhất là khoảng 2500^oC có khối lượng giải phóng vào mạch sơ cấp. Nhiệt độ mà tại đó xảy ra sự phóng thích nguy hiểm có thể đạt được trong lõi của tất cả các lò phản ứng nhiệt độ cao lớn và lớn do các sự cố mà than chì không bị mất tính nhất quán cơ học của nó. Do đó, tuyên bố rằng không thể xảy ra sự cố chảy lõi với HTR gây hiểu lầm và không phù hợp với các cơ chế giải phóng.
• Đặc điểm: Hệ số nhiệt độ âm của phản ứng, tức là giảm phát điện khi nhiệt độ tăng.
• Bình luận: Tính chất này không đặc trưng cho HTR, nhưng cũng có trong các lò phản ứng nước nhẹ; nếu không có đặc tính này, HTR và lò phản ứng nước nhẹ sẽ không được chấp thuận. Đặc biệt, HTR cần một hệ số nhiệt độ âm của phản ứng, vì trong trường hợp vô tình làm nóng - không giống như trong trường hợp của lò phản ứng nước nhẹ - hiệu ứng điều tiết được giữ lại. Hơn nữa, có thể nói rằng hệ số nhiệt độ ngày càng trở nên ít âm hơn khi nhiệt độ tăng, đồng thời độ không đảm bảo đo trong kiến ​​thức về khóa học của nó ngày càng lớn hơn và trên khoảng 1200^oC các giá trị của nó không được kiểm chứng bằng thực nghiệm. Một nhược điểm đặc biệt khác của HTR là có thể xảy ra tai nạn phản ứng khi làm lạnh nhanh.
• Đặc điểm: Bên trong, ổn định pha, chất làm mát trung tính vật lý neutron heli.
• Bình luận: Đúng là khí làm mát có lẫn tạp chất có thể dẫn đến hiện tượng ăn mòn cụm nhiên liệu; do đó một hệ thống làm sạch khí phải được cung cấp đặc biệt để giảm các tạp chất này, cùng với những thứ khác. Hai đặc tính khác của heli (ổn định pha, trung tính vật lý của nơtron) ít có liên quan. Nếu không, chỉ heli có thể được sử dụng làm chất làm mát.

Tất nhiên, những ưu điểm an toàn rõ ràng đã nêu của HTR cũng phải được so sánh với những nhược điểm và vấn đề an toàn cụ thể của nó. Một số đặc tính được cho là tích cực được đề cập dựa trên việc lựa chọn than chì làm chất điều tiết và vật liệu cấu trúc. Các đặc tính của graphit cũng là nguyên nhân gây ra các khả năng xảy ra tai nạn đặc trưng cho HTR và HTR, cụ thể là phản ứng graphit-nước sau tai nạn xâm nhập nước (do rò rỉ máy tạo hơi nước) và cháy than chì sau tai nạn xâm nhập không khí. Trong trường hợp có thêm sự cố của các chức năng an toàn cần thiết (ví dụ như trong trường hợp nước xâm nhập: tắt máy tạo hơi nước, loại bỏ nhiệt dư, tắt lò phản ứng), những sự cố này sẽ không được kiểm soát và có thể dẫn đến sự cố không kiểm soát được với thiệt hại đáng kể trong vùng phụ cận của lò phản ứng. Vì lý do, trong số những điều khác, những sự cố thoát ra này diễn ra sớm hơn so với sau sự cố đốt nóng lõi thuần túy, nên có thể giả định rằng các tai nạn do nước và không khí xâm nhập bắt đầu các quá trình tai nạn chi phối rủi ro tại HTR.

Ngoài những loại tai nạn này, cái gọi là tai nạn phản ứng, tức là tai nạn do trục trặc trong hệ thống thanh điều khiển và tắt máy, góp phần đáng kể vào nguy cơ tai nạn trong lò phản ứng nhiệt độ cao.

Có thể coi là chắc chắn rằng hành lang HTR sẽ đề cập đến các cuộc điều tra sự cố như một phần của quá trình phê duyệt THTR-300 và các phân tích an toàn HTR của KFA (cơ sở nghiên cứu hạt nhân) Jülich để chứng minh cho tuyên bố của họ rằng các sự cố đã đề cập được kiểm soát hoặc không dẫn đến hư hỏng liên quan trong vùng lân cận của hệ thống ngay cả khi các hệ thống an toàn khác bị lỗi. Cần lưu ý rằng các nghiên cứu được trình bày cho đến nay về nguy cơ tai nạn của các lò phản ứng nhiệt độ cao là tạm thời, chưa hoàn thiện, phần lớn không đảm bảo và không nhất quán về mặt khoa học. Trước khi có thể hình dung được sự đồng thuận hoặc thậm chí có sự bất đồng quan điểm bị thu hẹp, các yếu tố thiết yếu và điều kiện tiên quyết của một quá trình thảo luận khoa học - kỹ thuật vẫn đang chờ xử lý. B. đánh giá quan trọng và độc lập, xác định nguồn gốc và khả năng tiếp cận của các nguồn.

Ngoài ra, thật kỳ lạ là cho đến nay các nghiên cứu rủi ro chỉ được thực hiện trên các khái niệm HTR hoặc sẽ không bao giờ được thực hiện (HTR-1160) hoặc chỉ tồn tại trên giấy (HTR-500, mô-đun), nhưng là những nghiên cứu duy nhất ở Đức hiện có hệ thống HTR quy mô lớn, THTR-300, ngoại trừ một nghiên cứu ngắn gọn hời hợt, không có điều tra rủi ro.

Các tính năng của THTR-300 bất lợi về mặt an toàn

Đánh giá liên quan đến an toàn của THTR-300 dựa trên các tính năng thiết kế và nguyên tắc xây dựng của nó - bất kể bất kỳ tiêu cực nào trong quá trình vận hành - cho thấy một số tính năng bất lợi liên quan đến an toàn. Việc đánh giá toàn diện về thiết kế liên quan đến an toàn của THTR-300 sẽ không được thực hiện tại thời điểm này. Chỉ có ba đặc điểm thiết kế được đề cập ở đây làm ví dụ, không chỉ xuất hiện nghi vấn từ một vị trí quan trọng, mà còn va chạm với các quy tắc và quy định hạt nhân và cái gọi là triết lý an toàn trong công nghệ hạt nhân. Cũng tính đến sự khác biệt giữa lò phản ứng nước nhẹ (chủ yếu dựa trên các quy định về hạt nhân) và THTR-300, việc vi phạm các nguyên tắc cơ bản của công nghệ lò phản ứng trong THTR-300 trở nên rõ ràng dựa trên các ví dụ sau.

Ví dụ 1:

Hai hệ thống tắt máy không đủ độc lập, không đa dạng và không đáp ứng các yêu cầu đặt ra đối với chúng trong tất cả các trạng thái hoạt động và sự cố. Do đó, trái với ý kiến ​​của Ủy ban An toàn Lò phản ứng, các hệ thống tắt máy không đáp ứng các tiêu chí an toàn BMI đối với nhà máy điện hạt nhân (tiêu chí 5.3.). Từ lâu đã có những khái niệm tắt máy rõ ràng và vượt trội hơn nhiều so với THTR-300 về sự đa dạng, cân bằng tắt máy và độ tin cậy cũng như khả thi về mặt kỹ thuật.

Ví dụ 2:

THTR-300 không có hệ thống làm mát khẩn cấp độc lập, như được quy định và triển khai cho lò phản ứng nước nhẹ. Nhiệt dư được loại bỏ với sự trợ giúp của quạt hoạt động và bộ tạo hơi nước. Ngẫu nhiên, lò phản ứng kế thừa được đề xuất HTR-500 sẽ được trang bị hai thiết bị độc lập để loại bỏ nhiệt dư.

Ví dụ 3:

THTR-300 không có ngăn chứa giống như lò phản ứng nước nhẹ, bao gồm một thùng chứa an toàn kín khí và một vỏ bê tông. THTR-300 chỉ được trang bị (không kín gió) cái gọi là tòa nhà bảo vệ lò phản ứng (khái niệm phòng công nghiệp)

Những khiếm khuyết trong xây dựng đã được đưa ra ánh sáng cho đến nay

Ngoài những thiếu sót về an toàn được chứng minh trong thiết kế của THTR-300, một số lỗi thiết kế và lỗi thiết kế đã được đưa ra ánh sáng trong giai đoạn vận hành trước đó, một số nguyên nhân gây ra các sự cố và các vấn đề an toàn khác.

Ví dụ 1:

Viên sỏi nhỏ gọn hơn so với giả định trong các hình chiếu. Điều này có một số hậu quả:

• Khi các thanh lõi được di chuyển vào viên sỏi với mục đích tắt máy trong thời gian dài, các lực tăng lên, ở mức giới hạn của thiết kế, tác động lên các thanh.
• Độ tin cậy của hệ thống thanh lõi, vốn đã không thuận lợi, lại càng xấu đi. B. cho thấy sự kiện ngày 23 tháng 11 năm 1985 (xem Chương 4).
• Kết quả là cần phải nới lỏng đống đá cuội bằng cách luân chuyển nó, tuy nhiên, điều này không mang lại bất kỳ biện pháp khắc phục nào, vì đống đá cuội bị nén nhiều lần bằng cách di chuyển thanh vào trong.
• Tỷ lệ vỡ bóng cao hơn nhiều so với tính toán. Trong khi ở "Atomwirtschaft" (atw) từ tháng 1982 năm 800, trong một bài báo của các nhân viên của công ty xây dựng lò phản ứng nhiệt độ cao GmbH, người ta nói rằng "trong hai năm hoạt động trung bình chỉ có một phần tử nhiên liệu bị nghiền nát bởi các thanh lõi", Giám đốc nhà máy điện Glahe hiện đã bổ sung thêm 19 quả bóng nghiền. Theo thông tin khác, rất nhiều quả bóng đã bị vỡ nên một trong hai hộp đựng được cung cấp để đựng quả bóng bị vỡ đã đầy; Cả hai bể chứa cùng nhau được thiết kế để thích ứng với sự cố vỡ bóng xảy ra trong suốt thời gian hoạt động của hệ thống. (Tờ "Westfälische Anzeiger ngày 5 tháng 1987 năm 8.000 đưa tin:" Gần một năm rưỡi sau khi bắt đầu vận hành thử nghiệm, XNUMX (!) Phần tử nhiên liệu có kích thước bằng một quả bóng tennis đã phải được loại bỏ ... "; Horst Blume ).
• Sự tích tụ cao bất ngờ của than chì bị ô nhiễm phóng xạ và bụi nhiên liệu cũng như sự mài mòn kim loại là nguyên nhân gây ra vụ tai nạn vào ngày 4 tháng 5 năm 1986. Ngoài ra, các vấn đề phát sinh do nhiễm bẩn và tích tụ bụi tại nhiều điểm trong hệ thống. Trong số những thứ khác, nó làm tăng khả năng hỏng van và các thiết bị khác. 

Ví dụ 2:

Trên một công suất nhất định, cọc bi không thể lưu thông được nữa, vì không thể rút bi nữa do lực tác động quá lớn của dòng khí làm mát lên "bộ phân tách" trên đường ống chiết bi. Điều này dẫn đến hạn chế hoạt động.

Ví dụ 3:

Việc xác định kích thước không chính xác của lớp cách nhiệt trong vòng cung của máy tạo hơi nước cũng như thiết kế hệ thống thông gió không phù hợp có thể dẫn đến nhiệt độ quá cao trong các bộ phận của hệ thống ở các đầu ra nhất định và ở nhiệt độ bên ngoài nhất định.

Ví dụ 4:

Do hướng dẫn không chính xác của các dòng khí làm mát chính, thông lượng làm mát qua lõi thấp hơn kế hoạch do sự hiện diện của cái gọi là đường vòng. Do đó, không thể đạt được tải đầy đủ, điều mà người vận hành có thể sẽ cố gắng tránh thông qua các thao tác bổ sung trong lõi lò phản ứng.

Ví dụ 5:

Cái gọi là tòa nhà bảo vệ lò phản ứng không được kín gió, do đó áp suất âm nhằm giảm lượng phóng xạ có thể phát tán từ sảnh lò phản ứng vào môi trường không thể được xây dựng ở khắp mọi nơi. Người ta cố gắng kiểm soát lỗi này bằng các biện pháp niêm phong tạm thời.

Ngoài những sai sót và khiếm khuyết về thiết kế này, còn có một số khiếm khuyết khác được cho là đã được loại bỏ một phần hoặc hoàn toàn, e. B. rò rỉ trong hệ thống làm mát lót và một lỗi trong hệ thống tải. Hiện tại vẫn chưa thể đánh giá liệu những lỗi này và các lỗi khác đã thực sự được khắc phục cuối cùng và hoàn toàn hay chưa.

Sự cố trong THTR-300

Chắc chắn, các sự cố suy cho cùng luôn là những sự kiện không lường trước được và bất ngờ nếu chúng được đánh giá là những sự kiện riêng lẻ. Tuy nhiên, khi đánh giá danh sách các tai nạn đã có cho đến nay của THTR-300, người ta phải xác định ngược lại rằng một số sự cố và / hoặc loại tai nạn có thể bắt nguồn từ các sai sót thiết kế và gần như chắc chắn đã xảy ra. Danh sách các sự cố bao gồm các sự kiện sau:

23.11.1985:

Bảy trong số bốn mươi hai thanh lõi của hệ thống ngừng hoạt động trong thời gian dài không thể được điều khiển vào độ sâu đầy đủ của cụm đá cuội như kế hoạch. Chỉ việc sử dụng bộ truyền động hành trình ngắn hoạt động mới dẫn đến việc thu hồi hoàn toàn. Nguyên nhân thực sự của sự hỏng hóc một phần này của hệ thống lõi thanh nằm ở việc lực thanh tăng lên do kết quả của cụm đá cuội bị nén. Chính sách thông tin và nỗ lực giải thích của nhà điều hành hóa ra là không thể tin được. (Ví dụ, việc chèn các thanh lõi tất nhiên phải được đảm bảo ngay cả khi không nạp amoniac làm "chất bôi trơn", vì nguồn cấp amoniac không phải là một hệ thống an toàn theo giấy phép.)

04.05.1986:

Nguyên nhân của vụ tai nạn này với sự gia tăng phóng xạ có thể bắt nguồn từ sự gia tăng tích tụ than chì và bụi nhiên liệu và mài mòn. Sau khi một van ở phía áp suất thấp của vùng đệm của hệ thống nạp không đóng do bị nhiễm bụi và lỗi này không thể được khắc phục ngay cả với khí tẩy (không phóng xạ), người vận hành đã mở van ở phía chính. với mục đích tẩy. Một lượng đáng kể khí làm mát sơ cấp bị nhiễm phóng xạ kèm theo bụi được thải trực tiếp và không qua lọc qua ống khói vào môi trường thông qua ống giảm áp. Ngoài các khía cạnh X quang, điều đặc biệt đáng lo ngại về sự cố này là bác sĩ phẫu thuật đã phạm phải một sai lầm rõ ràng và do thiết kế và thiết kế (do thiếu các khóa liên động), rất có thể một sai sót nhỏ có thể gây ra xả trực tiếp khí làm mát sơ cấp, nếu không, trong trường hợp có lỗi bổ sung (ví dụ: do lỗi vận hành khác hoặc do chức năng đóng của van phía sơ cấp bị hỏng), sự mất mát gần như hoàn toàn của chất làm mát vào môi trường có thể đã mở rộng.

Ngoài hai sự cố được mô tả chính xác hơn và được biết đến công khai, còn có một số sự cố liên quan đến bảo mật khác:

• Lỗi nguồn điện khẩn cấp
• Trục trặc trong công nghệ đo lường và trong thiết bị điều khiển
• Quy trình làm mát khẩn cấp NK 11 đã được kích hoạt 45 lần; điều này có nghĩa là 45 quy trình tắt làm mát khẩn cấp như vậy trong toàn bộ thời gian hoạt động của hệ thống sẽ được sử dụng đến một phần tư. 

Đánh giá

Các đặc tính an toàn bất lợi cụ thể của THTR-300, các tính năng thiết kế đặc biệt, các khiếm khuyết xây dựng đã biết cho đến nay và kết quả của giai đoạn chạy thử cho đến nay khiến cho việc không khởi động lại THTR-300 là điều cần thiết. Nếu không, những bất ngờ, khó khăn và sự cố tiêu cực hơn nữa là không thể tránh khỏi. Từ quan điểm an toàn (nhưng cũng do cân nhắc kinh tế), người vận hành được yêu cầu hủy bỏ thử nghiệm quy mô lớn nguy hiểm với THTR-300. Có thể rút ra kết luận rằng công nghệ lò phản ứng đá cuội đã thất bại.

(Giải phóng bức xạ nguyên tử từ đầu những năm 1940: xem INES - Thang đánh giá quốc tế và danh sách các vụ tai nạn hạt nhân trên toàn thế giới)

- Bản đồ thế giới hạt nhân -

Từ khai thác và chế biến uranium, đến nghiên cứu hạt nhân, xây dựng và vận hành các cơ sở hạt nhân, bao gồm cả tai nạn trong nhà máy điện hạt nhân, đến xử lý đạn uranium, vũ khí hạt nhân và chất thải hạt nhân.
- Trên toàn thế giới, hầu như, mọi thứ trong nháy mắt với Google Maps -

Quay trở lại

Các nghiên cứu về THTR

***

***

đầu trang

***