Fukushima-daiichi akcident

D. GrgicFER-HND, 2011

Funkcionalna shema BWR nuklearne elektrane

2

Funkcionalna shema PWR nuklearne elektrane

3

Osnovni podaciBWR PWR

Manufacturer GE W

System BWR/6 4-loop

Primary/sec coolant H2O H2O/H2O

Thermal power [MW] 3579 3411

Electrical power [MW] 1178 1148

Efficiency [%] 32.9 33.5

Primary pressure [MPa] 7.17 15.5

Inlet temp [C] 278 286

Outlet temp [C] 288 324

Core flow rate [t/s] 13.1 17.4

Sec. pressure [MPa] 5.7

Inlet temp [C] 224

Outlet temp [C] 273

FA type/number of fuel rods 8x8/62 17x17/2644

Lokacije BWR elektrana

5

Povijest japanskih BWR-a

6

BWR gorivni elementi

7

8

BWR Mark 1 kontajnment

9

10

11

12

13

14

15

16

Što se dogodilo u NE Fukushima I-1?Iako informacije ni približno još nisu kompletne, a dijelom su i kontradiktorne, vrijeme je da

pokušamo sumirati što se dogodilo u NE Fukushima I-1 u Japanu i kakav razvoj događaja možemo očekivati. Sumiranje se temelji na informacijama dobivenim od Američkog nuklearnog društva (ANS) i našem vlastitom razmišljanju. Potrebno je reći da je problem kojeg sad imaju u Japanu u osnovi zajednički svim nuklearnim elektranama, ali je u jednom svom značajnom dijelu specifičan za tip reaktora s kipućom vodom (BWR), i isto je tako u svom značajnom dijelu vezan za konkretnu izvedbu nuklearne elektrane u pitanju, oštećenja koja je inicijalno pretrpjela i način kako je vođena sanacija.

• Razmatranje je napravljeno po principu sekvence događaja što je uobičajen pristup kad su u pitanju nuklearne nesreće:

• Elektrana je automatski zaustavljena kad je potres pogodio lokaciju i svi su automatski sustavi radili kako je predviđeno.

• Nakon obustave se snaga (elektrana je prije potresa radila na nominalnoj snazi od 468/439 MWe, GE BWR-3) svela na nivo ostatne topline (inicijalno oko 6% nominalne termičke od 1380 MWt) i nastavila se postupno smanjivati (na brzinu tog smanjivanja više nemamo utjecaja i ona ovisi o konstantama radioaktivnog raspada fisijskih produkata). Da bi odveli tu toplinu treba nam hladilac unutar reaktora, raspoloživ sustav za pomoćno hlađenje (to podrazumijeva raspoloživost električnog napjanja) i konačni ponor topline.

• Sve vanjsko napajanje je izgubljeno za vrijeme potresa i nakon djelovanja tsunamija na dalekovode koji povezuju elektranu s mrežom.

• Dizel generatori koji osiguravaju napajanje za bitne sustave na lokaciji elektrane su startali i pomoćni sustavi za hlađenje su bili funkcionalni.

17

Što se dogodilo u NE Fukushima I-1?

• Nakon približno 1 sat rada dizel generatori su prestali raditi kao posljedica oštećenja izazvanog tsunamijem (pretpostavlja se na tankove s gorivom dizel motora).

• Odvođenje ostatne topline je nastavljeno preko izolacijskog kondenzatora.• Pretpostavlja se da je nekako u to vrijeme elektrana imala ograničeni gubitak rashladnog

sredstva kroz neki od pomoćnih sustava pa je inicijalni porast radioaktivnosti u okolini vjerojatno bio vezan za aktivnost normalno sadržanu u rashladnoj vodi reaktora

• Sigurnosne pumpe za hlađenje jezgre (Reactor Core Isolation Cooling RCIC), koje za pogon koriste paru proizvedenu u reaktoru, korištene su za dodavanja vode u reaktorsku posudu da se nadoknadi gubitak hladioca. Kontrolni ventili za regulaciju protoka su upravljani strujom iz DC baterija.

• Nakon otprilike 8 sati elektrana je ostala i bez DC napajanja (kapacitet baterija).• U satima koji slijede je došlo do nekog oblika pregrijanja i oštećenja goriva i do ograničene

reakcije cirkonija s vodenom parom i oslobađanja radioaktivnog inventara iz zazora goriva. Stupanj oštećenja nije poznat i ovisio je o raspoloživoj količini vode, iznosu gubitka hladioca i internom strujanju unutar posude.

18

Što se dogodilo u NE Fukushima I-1?

• U međuvremenu su na lokaciju dopremljeni prenosni dizel agregati i uspostavljeno je AC napajanje za sigurnosne sustave koji su trebali nadoknaditi gubitak vode iz reaktorske posude i uspostaviti odvođenje ostatne topline.

• Tlak unutar primarnog kontejnmenta BWR reaktora (GE Mark 1) je za to vrijeme rastao usljed ispuštanja pare iz posude. Dio te pare se kondenzirao u bazenu za prigušenje porasta tlaka ali je ukupni tlak unutar relativno malog kontejnmenta nastavio rasti.

• Da se ograniči porast dio sadržaja kontejnmenta je ispušten unutar reaktorske zgrade koja okružuje primarni kontejnment. Očito je tada u ispuštenom fluidu bila prisutna i stanovita količina vodika proizvedena tijekom pregrijavanja jezgre.

• Došlo je do eksplozije vodika unutar reaktorske zgrade ili neke od zgrada koje su povezane s njom što je izazvalo rušenje dijela gornje strukture reaktorske zgrade. Primarni kontejnment nije oštećen a uzavši u obzir strukturu gornjeg dijela on je i napravljen tako da osigura odušak porasta tlaka bez oštećenja donjih betonskih dijelova strukture. Isto je tako moguće kao što su govorili službeni izvještaji, da je do eksplozije došlo tijekom korištenja nekog od sigurnosnih sustava za hlađenje ali bi uzrok opet trebao biti isti, pregrijano stanje unutar reaktorske posude i ispuštanje dijela vodika.

19

Što se dogodilo u NE Fukushima I-1?• Trenutno je stanje da elektrana vjerojatno ima osigurano napajanje i djelomičnu

funkcionalnost sigurnosnih sustava ali nema mogućnost, ili je ona značajno ograničena, za direktno dodavanje vode u reaktorsku posudu. Morska voda s dodatkom bora (da se osigura potkritičnost) se upumpava vjerojatno i u posudu i u donji dio kontejnmenta. Na taj način se nastoji ograničiti taljenje jegre (koje je sigurno prisutno ali nije jasno u kojem postotku) i integritet reaktoske posude ako dođe do većeg taljenja jezgre.

• Pozitivno je to što je kontejnment vjerojatno i dalje netaknut ali će se morati raditi od vremena do vremena kontrolirano ispuštanje pare i pratećih plinoviti radioaktivnih produkata dok se reaktor ne ohladi dovoljno cirkuliranjem vode.

• Ako ne bi bilo dalji značajnih komplikacija ispuštanje radioaktivnosti bi trebalo biti ograničene naravi iako je značajno oštećenje elektrane/reaktora neupitno.

• Nesreća ni u kom slučaju ne može imati potencijal širenja radioaktivnosti koji je je bio prisutan za vrijeme Černobilskog akcidenta iz više razloga.

• Već je sad jasno da su neovisno o razornosti inicijalnog potresa bili prisutni propusti vezani za procjenu utjecaja tsunamija te visine na električne sigurnosne sustave elektrane. Definitivno postoji i problem bilo projektne ili proceduralne naravi za uspostavljanje hlađenja nakon dugotrajnog perioda gubitka hlađenja jezgre. To je vjerojatno i razlog problema s drugim reaktorom na lokaciji Fukushima-Daiichi-3 snage 784/760 MWe (Toshiba BWR-4). Propagacija sličnog scenarija je tamo sporija i za očekivati je da će stečena iskustva s reaktorom bloka 1 biti dovoljna da se ne ponove ozbiljne posljedice tamo prisutne.

20