www.iate.obninsk.ru

Самохин Д.С., к.т.н., Заведующий кафедрой “Расчет и конструирование реакторов АЭС” (РКР АЭС) www.samokhin.ucoz.ru

1

Безопасность эксплуатации АЭС.

Критерии безопасности и оценка риска. Часть №1

www.iate.obninsk.ru

Лекция №1. Содержание.

1 Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

2

3

4

5

6

Нормативная документация

Литература

3

www.iate.obninsk.ru

ФАКТОРЫ

ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ

ОПАСНОСТИ ЯЭУ 1

3

Что такое безопасность АЭС?

В «Общих положениях безопасности АС» (ОПБ-88/97) дано такое определение безопасности ЯЭУ:

«Свойство ЯЭУ при нормальной эксплуатации и нарушениях нормальной эксплуатации, включая аварии, ограничивать радиационное воздействие на персонал, население и окружающую среду установленными пределами».

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Это свойство может быть нарушено, если реализуются

потенциальные (внутренне присущие) опасности, способные

привести к разрушению ядерного реактора с высвобождением

радиоактивных (р/а) веществ.

Какие факторы потенциальной опасности ЯЭУ Вы знаете?

Избыточная реактивность

Остаточное тепловыделение

Запасенная неядерная энергия

4

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Избыточная реактивность (или иначе запас реактивности) – один из главных видов опасностей среди возможных, т.к. может служить мощным внутренним инициатором реактивностной аварии, почти неизбежно приводящей к быстрому и крупномасштабному разрушению реактора.

Для поддержания цепной реакции деления необходимо, чтобы эффективный коэффициент размножения нейтронов в ядерном реакторе равнялся единице. При возникновении аварии вследствие каких-либо непредусмотренных воздействий на реактор стержни регулирования или устройства ввода жидкого поглотителя могут оказаться выведенными из строя (блокированными).

5

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Существует принципиальная возможность отделения активных средств обеспечения безопасности от самого защищаемого объекта.

В современных энергетических реакторах он может быть очень большим. Например, в реакторах ВВЭР он составляет ~20%, т.е. ~30–40 . Неконтролируемое высвобождение хотя бы части этого запаса может привести к катастрофическим последствиям.

Не следует думать, что разработчики реакторов не догадывались о такой возможности. Дело в том, что экономический проигрыш от частых перегрузок топлива, наоборот, уменьшается с ростом запаса реактивности. Разработчики реакторов типа ВВЭР сознательно пошли на увеличение запаса реактивности для улучшения экономических показателей в надежде, что системы безопасности справятся с аварийной ситуацией, если она возникнет.

6

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

При вводе реактивности 0.9

7

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Остаточное тепловыделение и концентрация

р/а продуктов в активной зоне реактора

Р/а продукты, их распад и связанное с ним остаточное тепловыделение – неизбежное следствие процессов деления в ядерном реакторе. Практически все типы реакторов не слишком сильно различаются по количеству накапливаемых р/а веществ на единицу тепловой мощности.

В аварийных ситуациях обеспечение безопасного расхолаживания, т.е. снятия остаточного тепла – одна из главных забот оперативного персонала. Потому что, например, в реакторах типа ВВЭР в случае полного обезвоживания даже остановленного реактора разрушение оболочек твэлов может произойти уже через 5 сек, а ТВС развалится через 20 сек. Для этих реакторов запас времени от момента потери теплоносителя основного контура до подключения систем аварийного охлаждения не превышает 1–3 мин.

Остаточное тепловыделение может стать главной причиной

выхода р/а веществ из реактора в окружающую среду.

8

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Остаточное тепловыделение и концентрация

р/а продуктов в активной зоне реактора

9

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Запасенная неядерная энергия

Факторы опасности, связанные с запасенной неядерной энергией, можно считать сопутствующими (необязательными) для ядерной энергетики. Они возникают в связи со способами

превращения произведенного в реакторе тепла в полезную работу.

Какие виды неядерной энергии на АЭС Вы знаете?

Энергия давления реакторной среды

Химическая энергия

Кинетическая энергия

10

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Энергия давления реакторной среды

Если ЯЭУ производит электроэнергию в паросиловом цикле, то повышение давления (а следовательно, температуры) пара – радикальное средство повышения КПД установки. Однако это может вызвать разрыв конструкции, удерживающей давление, из-за развития дефектов в материале. Таким образом, повышенное давление теплоносителя – прямой источник возможного аварийного процесса.

11

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Химическая энергия • В реакторах типа ВВЭР и РБМК в качестве конструкционного материала широко

используется циркалой (Zr +13% Nb). Этот материал хорош для реакторов на тепловых нейтронах во всех отношениях, кроме одного – переход температурного «порога» в ~861°С становится губительным для твэлов из-за бурного взаимодействия Zr с водой. Zr + 2H20 ->ZrO2 + 2H2 + Q

• Использование графита в водографитовых реакторах типа РБМК в качестве замедлителя требует поддержания нейтральной атмосферы в кладке, т.к. попадание в нее кислорода при высокой температуре (~700°С) вызовет горение графита.

• В действующих реакторах на быстрых нейтронах (БН) теплоносителем первых двух контуров является натрий, бурно взаимодействующий с водой, если происходит нарушение разделительных поверхностей в парогенераторе.

Потенциальная опасность подобных химических реакций высока еще и потому, что в них могут быть вовлечены большие массы теплоносителя, замедлителя или конструкционных материалов.

12

www.iate.obninsk.ru

Факторы потенциальной опасности ЯЭУ

Резюме

Таким образом, при оценке потенциальных опасностей ядерной энергетики и принятии мер по обеспечению безопасности необходимо считаться со специфическими для этой отрасли опасностями (запас реактивности, р/а продукты, остаточное энерговыделение), а также с опасностями экзотермических химических реакций, запасенных потенциальных энергий сосудов под давлением и кинетических энергий движущихся частей.

13

www.iate.obninsk.ru

НОРМАТИВНАЯ

ДОКУМЕНТАЦИЯ 2

14

www.iate.obninsk.ru

Нормативная документация

Порядок важности:

- Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ);

- Правила ядерной безопасности реакторной установки (ПБЯ);

- Нормы и правила в области использования атомной энергии (НП);

- Руководящие документы (РД);

- документы МАГАТЭ;

- Государственный стандарт (ГОСТ);

- Отраслевой стандарт (ОСТ).

15

www.iate.obninsk.ru

Название ПБЯ Сфера действия

Старые Новые

Правила ядерной безопасности

подкритических стендов Подкритические сборки, в которых коэффициент

размножения не выше 0.99 и выход в критическое

состояние исключен техническими мерами ПБЯ-01-75

Правила ядерной безопасности критических

стендов Критические сборки малой мощности, не требующие

организации специального охлаждения активной зоны ПБЯ-02-78 НП-008-04

Правила ядерной безопасности

исследовательских реакторов Исследовательские реакторы для создания мощных

потоков излучения, требующие организации

специального охлаждения активной зоны ПБЯ-03-75 НП-009-04

Правила ядерной безопасности реакторных

установок атомных станций Реакторные установки АЭС, АСТ, АТЭЦ,

предназначенные для производства энергии ПБЯ-04-74 ПБЯ РУ АС-89

Правила ядерной безопасности импульсных

исследовательских реакторов Импульсные реакторы для создания мощных и

коротких нейтронных импульсов ПБЯ-05-77 НП-048-03

Правила ядерной безопасности Использование, переработка, хранение и

транспортирование ядерно-опасных делящихся

материалов ПБЯ-06-00-88 ПБЯ-06-00-96

Правила ядерной безопасности Реакторы-наработчики оружейного плутония

ПБЯ-07-85

Правила ядерной безопасности судовых

атомных энергетических установок Судовые (гражданские) атомные энергетические

установки ПБЯ-08-81 НП-029-01

Правила ядерной безопасности реакторов

космических ЯЭУ ЯЭУ космического назначения для обеспечения

энергией бортовых систем космических аппаратов ПБЯ-В.09-91

www.iate.obninsk.ru

ЯЭУ космического назначения

17

Исследовательский

высокотемпературный

газоохлаждаемый реактор ИВГ-1

АЗ

Nаз=250МВт

nтк=31шт.

Nтк до 40 МВт

Nтвс до16 МВт

Т=3100К

РТ Н2,N2

РА

Филиал НПО «Луч» в Семипалатинске-21

АЗ

N=0,5МВт

Т=1800К

РТ воздух,N2

ИРГИТ

ПАНОРАМА СТЕНДОВОГО КОМПЛЕКСА «БАЙКАЛ-1»

АЗ

Nаз=200МВт

nтвс=37шт.

Nтвс до6 МВт

Т=3100К

РТ Н2

ИВГ

www.iate.obninsk.ru 19

www.iate.obninsk.ru

ЛИТЕРАТУРА 3

20

1. Волков Ю.В. Надежность и безопасность ЯЭУ: учеб. пособие по курсу «Надежность и безопасность ЯЭУ» / Ю.В. Волков, О.Б. Дугинов, Д.А. Клинов – Обнинск : ИАТЭ, 2005. (страницы 8-12, 40-41).

2. Нормативные документы