CC BY
103Научно-образовательный журнал для студентов и преподавателей «StudNet» №7/2021
ПОСТРОЕНИЕ ДЕРЕВА СОБЫТИЙ И АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ АВАРИИ НА БАССЕЙНЕ ВЫДЕРЖКИ ЧЕТВЁРТОГО ЭНЕРГОБЛОКА АЭС
«ФУКУСИМА - 1»
BUILDING A TREE OF EVENTS AND ANALYZING THE DEVELOPMENT OF THE ACCIDENT IN THE BASIN OF THE FOURTH UNIT OF THE NPP
«FUKUSHIMA - 1»
УДК 629.039.58
Беляков Андрей Александрович, Студент магистратуры 2 курс, факультет «Энергомашиностроение», Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Belyakov Andrey Aleksandrovich (borisburdathegreat@gmail .com)
Аннотация
В данной работе построено дерево событий четвертого энергоблока бассейна выдержки АЭС «Фукусима - 1», а также приведен анализ полученных результатов, на основе которых был составлен список рекомендуемых мер по снижению риска возникновения аварии. За исходное событие принято комплексное внешнее воздействие «землетрясения и цунами». При построении использовался консервативный подход к построению дерева, ориентированный на оценку вероятностных показателей большого выброса в результате аварии.
Abstract
In this work, we constructed a tree of events of the fourth power unit of the spent fuel pool of the NPP "Fukushima-1", as well as an analysis of the results obtained,
based on which a list of recommended measures to reduce the risk of an accident was compiled. The complex external impact of "earthquake and tsunami" is taken as the initial event. The construction used a conservative approach to the construction of the tree, focused on the assessment of probabilistic indicators of a large release as a result of an accident.
Ключевые слова: АЭС «Фукусима - 1», бассейн выдержки, авария, дерево событий.
Keywords: NPP "Fukushima - 1", spent fuel pool, accident, event tree
Вступление
Авария на АЭС «Фукусима - 1» показала необходимость рассмотрения бассейна выдержки как отдельного радиационно - опасного объекта, для которого необходимо проводить комплексную оценку вероятностных показателей безопасности. Поэтому в данной работе будет построено дерево событий и проведён анализ по снижению рисков аварии на бассейне выдержки четвертого энергоблока.
Дерево сценариев развития аварии представлено на рисунке 1. За исходное событие принято комплексное внешнее воздействие землетрясения и цунами. При построении использовался консервативный подход к построению дерева, ориентированный на оценку вероятностных показателей большого выброса в результате аварии.
Конечными событиями сценария являются:
- благополучный исход - состояние, при котором крайне маловероятно возникновение последующих отказов, приводящих к нарушению нормальной эксплуатации и большому выбросу;
- избыточное тепловыделение - состояние, при котором происходит плавление ТВС, выкипание теплоносителя, активное парообразование с последующем протеканием пароциркониевой реакцией:
Zr + 2H20 = Zr02 + 2H2 + 6530—, (1)
кг
в результате этого в бассейне выдержки образуется водород, при этом с возрастанием температуры - возрастает скорость протекания данной реакции.
Рисунок 1 - Дерево событий развития аварийного процесса в системе хранения отработанного топлива на АЭС «Фукусима-1»
Краткий сценарий развития аварии на четвертом энергоблоке АЭС
«Фукусима-1»
Опасность аварии, которая может произойти на АЭС связана, прежде всего с огромной радиоактивностью, накопленной за время работы реакторов в ядерном топливе, с его высокой температурой и остаточным тепловыделением. На момент аварии в бассейне выдержки находилось наибольшее количество ОЯТ (отработанного ядерного топлива) по отношению к другим бассейнам. При этом кассеты с тепло-выделительными элементами заняли почти 97% объема, предназначенного для хранения отработавшего топлива (таблица 1).
Таблица 1- Состояние блоков АЭС «Фукусима -1» на момент аварии
Блок Состояние до начала землетрясения
Реактор 1 Эксплуатация (400 топливных сборок)
Бассейн отработавшего топлива 392 топливные сборки (в том числе 100 свежих)
Реактор 2 Эксплуатация (548 топливных сборок)
Бассейн отработавшего топлива 615 топливных сборок (в том числе 28 свежих)
Реактор 3 Эксплуатация (548 сборок, в том числе 32 сборки из МОХ-топлива)
Бассейн отработавшего топлива 566 топливных сборок (в том числе 52 свежих)
Реактор 4 Плановый технический осмотр (топливные сборки извлечены)
Бассейн отработавшего топлива 1535 топливных сборок (в том числе 204 свежих)
Реактор 5 Плановый технический осмотр
Бассейн отработавшего топлива 994 топливных сборок (в том числе 48 свежих)
Реактор 6 Плановый технический осмотр
Бассейн отработавшего топлива 940 топливных сборок (в том числе 64 свежих)
Общее станционное хранилище отработавшего топлива 6375 топливных сборок
В контейнерах сухого хранилища отработавшего топлива 408 топливных сборок
Авария на четвертом блоке атомной электростанции привела к серьезному заражению территории, как площадки атомной электростанции, так и окрестностей станции.
Направление и скорость ветра на момент взрыва 15 марта показаны на рисунке 1 (событие 6).
На рисунке 10 приведены мощности дозы на территории Японии 15 марта в 06:00 в районе аварийной АЭС, показания датчиков мониторинга радиационной обстановки на АЭС «Фукусима-2» и в префектуре Ибараки, а также мощность дозы (мкЗв/ч) от поверхности земли после прохождения радиоактивного облака.
Рисунок 1 - Направления и скорости прогностического ветра в точке с координатами АЭС «Фукусима-1» с 11 по 16 марта 2011 г. [28]
Рисунок 2 - Мощность дозы на территории Японии 15 марта 2011 г. (первая
половина дня) [4]
Изотопный состав выброса пятнадцатого марта представлен в таблице 2. Таблица 2 - Выброс в окружающую среду в первой половине дня 15
марта
Нуклид Выход, Бк
85кг 2,7-1015
133Хе 1,7-1017
135Хе 2,3-1015
131! 7,54015
132! 8,04015
133! 1,74015
132Те 7,8Т014
134Св 2,2-1015
137Св 1,41015
Благодаря физико-химическим свойствам радионуклидов радиационные последствия аварии на АЭС «Фукусима-1» в первые дни и недели определялись изотопами йода и теллура (особенно 1321, 1311 и 132Те), а затем основной вклад в величину мощности дозы гамма-излучения на местности стали давать 134Cs и 137Cs [1].
Утром 15 марта, около 06.00 на четвертом блоке сначала прогремел взрыв, разрушивший здание реактора, а потом друг за другом вспыхнули два пожара. Поскольку топлива в реакторе не было, а взрыв по всем признакам напоминал взрыв водорода, были выдвинуты различные гипотезы о возможности образования и взрыва водорода непосредственно в бассейне выдержки четвертого блока [1].
Возможным источником водорода могли быть либо пароциркониевая реакция в бассейне выдержки блока № 4, либо накопление водорода под крышей энергоблока № 4 из-за поступления водорода по коммуникациям с здания блока № 3, в реакторе которого интенсивно шла пароциркониевая реакция с выделением водорода [2].
Только 20 марта 2011 года взрыв реакторных зданий открыл возможность осуществлять полив бассейнов выдержки отработанного ядерного топлива с вертолётов, а также пожарной техникой [3].
Меры по снижению риска аварии
1) Увеличить высоту волноломов. Данная мера могла бы предотвратить аварию 2011 года на стадии ее возникновения.
2) Включение добавочных ёмкостей в структурную схему системы, из которых самотёком будет осуществляться подпитка жидкости в бассейн выдержки (рисунок 2).
Научно-образовательный журнал для студентов и преподавателей №7/2021
Условные обозначения:
1 - бассейн Выдержки;
2 - контроллерный 5ак;
3 - резервуар контура подпитки; и, 5 - теплообменник;
6 - резервуар контура охлаждения;
7 - ёмкости подпитки резервного назначения - - контур подачи технической воды,
- контур подпитки,- контур охлаждения;
- контур резервной подпитки.
Рисунок 2 - Новая схема подпитки бассейна выдержки Исходя из особенностей протекания аварийного процесса в системе, было бы рациональнее расположить резервные ёмкости и связующее оборудование этажами выше бассейна выдержки, для обеспечения своевременной подачи воды, даже в условиях полного обесточивания энергоблока.
Таким образом, из вышеизложенного можно сделать вывод, что необходимо рассматривать бассейн выдержки, как отдельный радиационно -опасный объект и проводить вероятностную оценку показателей безопасности. А также применить рекомендуемые меры по снижению риска при проектировании подобных конструкций и систем бассейна выдержки.
Список использованных источников
1. Труды ИБРАЭ РАН / под. общ. ред. чл.-кор. РАН Л. А. Большова; Ин-т проблем безопасного развития атомной энергетики РАН. - М.: Наука, 2007 - Вып. 13: Авария на АЭС «Фукусима-1»: опыт реагирования и уроки / науч. ред. Р. В. Арутюнян. - 2013. - 246 с.
2. Авария на АЭС «Фукусима-дайити». Доклад Генерального директора / Международное агентство по атомной энергии. — Вена, 2015. — 278 с.
3. Системный анализ причин и последствий аварии на АЭС «Фукусима-1» / Р. В. Арутюнян, Л. А. Большов, А. А. Боровой, Е. П. Велихов; Ин-т проблем безопасного развития атомной энергетики РАН. — М.: 2018. — 408 с.
List of sources used
1. Proceedings of IBRAE RAN / under. total ed. Corresponding Member RAS L. A. Bolshova; Institute for the Problems of Safe Development of Nuclear Power Engineering of the Russian Academy of Sciences. - Moscow: Nauka, 2007 - Issue. 13: The Fukushima-1 NPP Accident: Response Experience and Lessons / Sci. ed. R.V. Harutyunyan. - 2013 .-- 246 p.
2. The accident at the Fukushima Daiichi nuclear power plant. Report by the Director General / International Atomic Energy Agency. - Vienna, 2015 .-278 p.
3. System analysis of the causes and consequences of the accident at the NPP "Fukushima-1" / R. V. Arutyunyan, L. A. Bolshov, A. A. Borovoy, E. P. Velikhov; Institute for the Problems of Safe Development of Nuclear Energy of the Russian Academy of Sciences. - M .: 2018 .-- 408 p.
