Bezpieczeństwo reaktorów jądrowych Bezpieczeństwo EJ Bezpieczeństwo EJ Bardzo zło\one i bardzo obszerne zagadnienie " Bariery " Obrona w głąb " Zapobieganie awariom " Kultura bezpieczeństwa " Awarie, katastrofy Reaktor to nie bomba atomowa System barier powstrzymujących rozprzestrzenianie się produktów rozszczepienia " Pierwsza bariera materiał paliwowy " Druga bariera koszulka paliwowa " Trzecia bariera obieg pierwotny " Czwarta bariera obudowa bezpieczeństwa Bariery na drodze produktów rozszczepienia: 1-materiał paliwowy, 2-koszulka, 3-granica ciśnieniowa obiegu pierwotnego, 4-obudowa bezpieczeństwa 1 - rdzeń, 2- zbiornik ciśnieniowy reaktora, 3 - wytwornica pary, 4 - pompa obiegu pierwotnego, 5 - studzienka ściekowa, 6 - zbiornik wody awaryjnego układu zasilającego wytwornic pary AUZWP, 7 - pompa AUZWP, 8 - wymiennik ciepła układu zraszania obudowy bezpieczeństwa, 9 - dysze rozpryskowe układu zraszania obudowy bezpieczeństwa, 10 - ściana betonowa obudowy bezpieczeństwa, 11 - wykładzina stalowa obudowy bezpieczeństwa, 12 odprowadzenie gazu z przestrzeni między powłokami, 13 filtr, 14 komin wentylacyjny Obrona w głąb Obrona w głąb jest przyjętym sposobem postępowania i zapobiegania przedostania się produktów rozszczepienia do otoczenia polegającym na wprowadzeniu kilku poziomów ochrony. Ustala ogólną strategię stosowania środków bezpieczeństwa i charakterystykę elektrowni jądrowych. " Obrona w głąb określa trzy podstawowe funkcje bezpieczeństwa: " kontrolowania mocy " chłodzenia paliwa " separacji produktów rozszczepienia Poziom 1 Projekt musi zapewniać maksimum bezpieczeństwa w warunkach normalnej eksploatacji oraz uwzględniać mo\liwie wysoki poziom tolerancji na występujące awarie systemów. Nale\y korzystać z rozwiązań korzystnych dla prowadzenia bezpiecznej eksploatacji, kłaść szczególny nacisk na zapewnienie jakości, zwielokrotnianie układów, łatwość przeprowadzania testów i inspekcji w całym okresie eksploatacji. Konstrukcja reaktora powinna posiadać następujące własności: " ujemny temperaturowy współczynnik reaktywności w całym zakresie eksploatacyjnym " stosowanie materiałów o znanych i sprawdzonych własnościach " zwielokrotnienie układów pomiarowych zapewniające ciągła kontrolę stanu obiektu " stosowanie najwy\szych standardów in\ynierskich " ciągłe monitorowanie wszystkich systemów celem wykrycia nieoczekiwanych awarii Poziom 2 Zakładając, \e pomimo podjętych wysiłków przy projektowaniu, budowie i eksploatacji, wystąpią awarie nale\y przyjąć takie rozwiązania, które maksymalnie zminimalizują wynikłe z tych awarii skutki dla personelu populacji i środowiska. Konstrukcja układów bezpieczeństwa powinna obejmować: " awaryjny system chłodzenia rdzenia " zwielokrotniony system wyłączenia reaktora " niezale\ny awaryjny system zasilania elektrycznego układów bezpieczeństwa, pomiarów i układów sterowania Poziom 3 Wprowadzenie dodatkowych systemów bezpieczeństwa w oparciu o analizę hipotetycznych awarii, które mogą zniszczyć podstawowe systemy bezpieczeństwa. Poziom 4 Zapobiega rozwojowi awarii; słu\y do rozwa\enia szerokiego zakresu strategii zapobiegawczych mających na celu umiejętne postępowanie z awariami oraz do włączenia środków słu\ących do kontroli tych awarii, których rezultatem mo\e być powa\ne zniszczenie rdzenia reaktora. Zawarte są tutaj odpowiednie procedury słu\ące do nadzoru takich funkcji obudowy bezpieczeństwa jak jej zdolność do wytrzymywania deflagracji wodoru, bądz poprawienie odporności płyty fundamentowej na stopienie. Poziom 5 Jego celem jest złagodzenie radiologicznych skutków potencjalnego wydostania się produktów rozszczepienia w czasie powa\nej awarii; mogą one być zredukowane dzięki usprawnieniom na poprzednich poziomach oraz dzięki zmniejszeniu ilości i składu uwalnianych z elektrowni produktów radioaktywnych. Zasady obrony w głąb Zapobieganie odchyleniom od Projektowe zapasy bezpieczeństwa i 1 normalnej eksploatacji i wysoka jakość projektu i eksploatacji uszkodzeniom Kontrola odchyleń od normalnej Układy sterowania, ograniczania i 2 eksploatacji detekcja uszkodzeń bezpieczeństwa Kontrola awarii projektowych In\ynieryjne cechy i układy 3 bezpieczeństwa i procedury awaryjne Uzupełniające układy 4 Ograniczania cię\kich awarii bezpieczeństwa i procedury dla cię\kich awarii Ograniczanie następstw Działania awaryjne wokoło 5 radiologicznych du\ych uwolnień uszkodzonego obiektu produktów radioaktywnych Skala zagro\eń jądrowych INES Zapobieganie awariom Podstawowym środkiem zapobiegania awariom jest dą\enie do zachowania najwy\szej jakości w projekcie, budowie i eksploatacji tak, \e odchylenia od normalnego stanu są niezwykle rzadkie. W konstrukcji układów bezpieczeństwa wykorzystuje się: " zwielokrotnianie urządzeń " zró\nicowanie konstrukcji " fizyczną separację urządzeń " zachowanie niezale\ności działania " zachowanie mo\liwości testowania urządzeń Reaktor PWR przy Reaktor RBMK przy grzaniu wody moc grzaniu moc rośnie maleje Pasywne cechy bezpieczeństwa Bierny Układ Awaryjnego Chłodzenia Rdzenia Przebieg konwekcji naturalnej w obiegu pierwotnym reaktora 1 rdzeń, 2 górna komora mieszania, 3 gorąca gałąz obiegu pierwotnego, 4 wytwornica pary, 5 kolektor parowy, 6 główna pompa cyrkulacyjna, 7 - gałąz zimna obiegu pierwotnego, 8 dolna komora mieszania Redundancja Jeśli dwa z trzech czujników temperatury wyka\ą przekroczenie progu, reaktor zostanie wyłączony. Aby jednak zapewnić ró\norodność, podobny układ sygnałów działa w oparciu o pomiar ciśnienia. Ró\norodność układów Przykład ró\norodnego napędu pomp awaryjnego układu zasilania wytwornic pary. Dwie pompy są napędzane silnikami elektrycznymi, a dwie turbinami parowymi. Aktywny Układ Awaryjnego Chłodzenia Rdzenia A obszar wewnątrz obudowy bezpieczeństwa, B obszar poza obudową bezpieczeństwa, 1 zbiornik UACR, 2 pompa niskociśnieniowa UACR, 3 zawór zwrotny, 4 miska ściekowa, 5 wymiennik ciepła, 6 zbiornik UACR o wysokim stę\eniu kwasu borowego, 7 pompa wysokociśnieniowa UACR, 8 ściana obudowy bezpieczeństwa Układ chwytacza stopionego rdzenia 1) Rdzeń reaktora, 2) Zbiornik ciśnieniowy reaktora, 3) Pokrywa przetapiana przez rdzeń, 4) Dno tunelu przelewowego, 5) Beton fundamentów obudowy bezpieczeństwa, 6) Tunel przelewowy, 7) Materiał ogniotrwały ZrO2, 8) Chłodzenie wodne chwytacza, 9) Warstwa powierzchniowa przeznaczona na wytopienie, 10) Chwytacz rdzenia - basen dla stopionego rdzenia. Obudowa bezpieczeństwa Testy obudowy bezpieczeństwa W 1988 przeprowadzono test, podczas którego wojskowy samolot F-4 Phantom uderzył w betonową ścianę symulując zderzenie z obudową bezpieczeństwa reaktora jądrowego. Prędkość samolotu wynosiła 215 m/s natomiast grubość ściany 3,66 m. Doświadczenie to wykazało, \e 96% energii zostało zu\yte do zniszczenie samolotu, a 4% do zniszczenia ściany. Penetracja w głąb betonu wyniosła 6 cm. Kultura bezpieczeństwa Kultura bezpieczeństwa w obiektach jądrowych rządzi działaniami i współpracą wszystkich osób i organizacji podejmujących pracę dla potrzeb energetyki jądrowej, ze szczególnym uwzględnieniem następujących elementów: " Problemom bezpieczeństwa poświęca się pełną uwagę, na jaką zasługują, w szczególności stosuje się zasadę, \e bezpieczeństwo jest wa\niejsze od wytwarzania energii elektrycznej Kultura bezpieczeństwa cd. " Odpowiedzialność za bezpieczeństwo jest jednoznacznie określona " Kierownictwo elektrowni i personel są przeszkoleni tak, by zdawali sobie sprawę z wagi zagadnień bezpieczeństwa " Zachęca się personel do uczenia się na własnych błędach i wyciągania wniosków z błędów popełnionych przez innych " Popiera się aktywną współpracę między operatorami elektrowni i krajami rozwijającymi energetykę jądrową (np. poprzez wymianę raportów z awarii, misje bezpieczeństwa MAEA itp.) Maksymalny udział biernych układów w systemie bezpieczeństwa EJ Aby reaktor był bezpieczny wystarczy niezawodnie " WYACZAĆ REAKTOR W RAZIE AWARII I " UTRZYMAĆ RDZEC ZALANY WOD. EUR wymaga by bezpieczeństwo oparte było na zjawiskach naturalnych: siła cią\enia, ciśnienie hydrostatyczne, konwekcja naturalna. " Układy bezpieczeństwa poczwórne, w osobnych budynkach, zabezpieczone przed trzęsieniem ziemi, uderzeniem samolotu itd. " System wielu barier chroni przed uwolnieniem radioaktywności " Potę\na obudowa bezpieczeństwa wytrzymuje awarie w EJ i chroni przed atakiem z zewnątrz. " Wszystkie elementy układów bezpieczeństwa są sprawdzone na odporność na warunki awaryjne EJ zbudowana zgodnie z najnowszymi wymaganiami nie stwarza zagro\enia nawet po awarii " Po awariach uwzględnionych w projekcie (a\ do rozerwania obiegu pierwotnego) nie potrzeba \adnych działań dalej ni\ 800 m od EJ " Nawet po hipotetycznych cię\kich awariach nie ma zagro\enia dla ludności poza strefą wyłączenia EJ " Nie potrzeba wczesnych działań ochronnych po awarii dalej ni\ 800 m od EJ (granica strefy wyłączenie wokoło EJ) " Nie potrzeba działań średnio terminowych dalej ni\ 3 km od EJ " Nie potrzeba działań długoterminowych ( ewakuacja, ograniczenie spo\ycia płodów rolnych) dalej ni\ 800 m od EJ Takie bezpieczeństwo zapewniają EJ z EPR budowane w Finlandii i we Francji, lub AP 1000 i ABWR (USA) Co mo\e spowodować zniszczenie obudowy bezpieczeństwa? Wczesne zagro\enia przy powa\nej awarii: " Obejście obudowy w razie rozerwania obiegu pierwotnego w wytwornicy pary i awarii zaworów nadmiarowych po stronie wtórnej " Rozerwanie zbiornika reaktora pod wysokim ciśnieniem, które powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia i temperatury " Zapłon i wybuch wodoru wydzielonego z rdzenia Zagro\enia długoterminowe " Brak mo\liwości odbioru ciepła z obudowy powoduje powolny wzrost ciśnienia w obudowie " Przetopienie płyty fundamentowej reaktora (mniej grozne dzięki filtracji produktów rozszczepienia przez grunt pod obudową). Najpowa\niejsze awarie w reaktorach jądrowych Oznaczenie reaktora Windscale - 1 SL - 1 Lucens Browns TMI - 2 Czarnobyl Ferry - 1 Kraj W.Brytania Stany Zjedn. Szwajcaria Stany Zjedn. Stany Zjedn. ZSRR Przeznaczenie produkcyjny. doświadcz. doświadcz. energetyczny energetyczny energetyczny reaktora (Pu) Sposób wojskowy wojskowy cywilny cywilny cywilny cywilny wykorzystania Typ reaktora - - - BWR PWR RBMK energetycznego Rok uruchomienia 1951 1958 1968 1974 1978 1983 Rok awarii 1957 1961 1969 1975 1979 1986 Moc cieplna [MW] 180 3 30 3300 2770 3200 Moderator grafit H2O D2O H2O H2O grafit Chłodziwo powietrze H2O CO2 H2O H2O H2O Typ awarii po\ar nadkrytycz- blokada po\ar stopienieie nadkrytycz- ność chłodzenia rdzenia ność Stan rdzenia po uszkodzne stopione zniszczony bez uszkodz. zniszczony zniszczony awarii 150 el. pal. 20% el. pal. 1 el. pal. Skutki śmiertelne 0 3 0 0 0 31 Reaktor RBMK - Czarnobyl W całej historii reaktorów energetycznych poza Czarnobylem nikt nie stracił \ycia ani zdrowia wskutek awarii jądrowej w elektrowni jądrowej Reaktory RBMK jakie pracowały w Czarnobylu były zasadniczo inne ni\ wszystkie inne reaktory energetyczne: iKonstrukcja RBMK oparta była o rozwiązania reaktorów wojskowych do produkcji Pu iPrzy małych mocach, po awarii moc ich rosła zamiast maleć iNie miały obudowy bezpieczeństwa iByły eksploatowane wbrew zasadom bezpieczeństwa Dziękuję za uwagę