CC BY
3
Секция
«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»
УДК 621.039-78
ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ АЭС
1* 1 1 Г. В. Вагнер , К. В. Храмов , В. В. Немрец
1 2
Научный руководитель - А. А. Снежко '
1 Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Российская Федерация, 662972, Красноярский край, г. Железногорск, ул. Северная, 1 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: vagner-878787@mail.ru
Вопросы безопасности атомных электростанций тесно связаны с устойчивым состоянием (развитием) биосферы. Выбирая атомную энергию, цивилизация может сталкиваться с чрезвычайными ситуациями, о предотвращении которых пойдёт речь в данной работе.
Ключевые слова: энергоблок, чрезвычайная ситуация, радиационное заражение, технические ошибки, функционирование АЭС, процесс охлаждения.
NPP SAFETY ISSUES
G.V. Vagner1*, K.V. Khramov1, V.V. Nemrets1 Scientific supervisor - A. A. Snezhko1, 2
1 Siberian Fire and Rescue Academy 1, North st., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk Territory, 662972, Russian Federation
2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: vagner-878787@mail.ru
The safety issues of nuclear power plants are closely related to the sustainable state (development) of the biosphere. By choosing nuclear power, civilization may face emergency situations, the prevention of which will be discussed in this article.
Key words: power unit, emergency situation, radiation contamination, technical errors, NPP operation, cooling process.
Атомная энергетика развивается с 50-х годов прошлого столетия. Несмотря на то, что правила эксплуатации атомных электростанций (АЭС) и механизмы защиты от потенциальных угроз детально прорабатываются еще на стадии проектирования, существуют прецеденты чрезвычайных ситуаций (ЧС) на этих объектах.
В штатном режиме АЭС абсолютно не несут абсолютного никакого ущерба человеку и экологии. Сложность ситуации заключается, в том, что аварии с массовым радиационным воздействием вызывают крайне губительное влияние на экологическую обстановку и состояние здоровья населения. Даже в условиях постоянной модернизации используемых на
Секция «Концепции современного естествознания»
АЭС технологий и развития автоматических систем анализа и управления, угроза возникновения опасной ситуации сохраняется. Как и на любом высокотехнологическом объекте, на атомных станциях случаются аварийные ситуации.
На уже функционирующих станциях, где модернизация не всегда оправдана с экономической точки зрения, в качестве вспомогательных мер пожарной безопасности большое внимание акцентируют системам обнаружения и тушения пожаров. Тем не менее, каждые 7-10 лет на АЭС возникает пожар. Такие пожары представляют ядерную угрозу в случае возникновения в непосредственной близости к ядерным реакторам [1, 2].
Исследовав данные о крупных происшествиях на АЭС в России и за рубежом, можно отметить уязвимые места современных АЭС:
1. Большое количество действующих АЭС были построены несколько десятилетий назад, поэтому первая проблема нынешних ядерных объектов - это частично или полностью устаревшее оборудование. Огромное число АЭС построены ещё в 70-80 годы. Разумеется, при продлении сроков эксплуатации оператор тщательно анализирует состояние АЭС, меняет оборудование. Но полная модернизация техпроцесса требует огромных финансовых затрат, поэтому атомные станции зачастую функционируют на основе устарелых методик работы. На таких АЭС нет эффективных систем предотвращения аварийных ситуаций. Отстраивать АЭС с нуля очень дорого, поэтому многие страны предпочитают продлевать сроки эксплуатации действующих АЭС и даже перезапускают после простоя;
2. Технические ошибки персонала. Некорректные действия работников могут привести к потере контроля над энергоблоком. Зачастую вследствие халатных действий происходит перегрев, и активная зона частично или полностью подвергается расплаву. В этом случае возникает существенный риск воспламенения в активной зоне реактора;
3. Перегрев активной зоны реакторной установки был главной причиной крупной аварии на АЭС «Фукусима» в Японии. К сожалению, такое развитие событий - не редкость для атомных станций с кипящими водо-водяными реакторами. Повышенный риск перегрева при эксплуатации таких реакторов обусловлен тем, что все процессы (в том числе и процесс охлаждения) определяются режимами циркуляции воды. Если забился промышленный сток или один из механизмов, обеспечивающих циркуляцию воды отказывает, реактор будет перегреваться. С ростом температуры скорость реакции деления ядра в тепловыделяющих сборках увеличивается, что может приводить к неконтролируемой цепной реакции. В этом случае, ядерные стержни расплавляются вместе с ядерным топливом. Происходит аварийная ситуация, которая может развиваться по двум сценариям: а) расплавленное топливо, прожигая корпус и защиту, пробирается в грунтовые воды; б) взрыв вследствие роста давления внутри корпуса [3].
После многочисленных аварий 20 века и особенно после Чернобыльской катастрофы требования к безопасности существенно возросли. Их реализация привела к совершенствованию ряда технологических и строительных решений, что продолжается и в наши дни, приводя к дальнейшему увеличению объемов работ.
Можно выделить следующие новации, ставшие обязательными для современных проектов:
• Защитная оболочка. (Двойная оболочка, причем внешняя железобетонная, рассчитанная, в том числе, на падение самолета). Толщина оболочки составляет 800, 1200 и 1800 мм.
• Система удержания и охлаждения расплава активной зоны («ловушка»). Ловушка предусмотрена на случай аварии с расплавлением тепловыделяющих сборок с топливом нижней части корпуса энергоблока и устанавливается под реактором. Масса металлоконструкций ловушки без «наполнения» - 760 тонн. Ее стоимость на 30 % больше, чем стоимость корпуса энергоблока и составляет примерно 5 % от стоимости всей реакторной установки. Высота ловушки составляет более 8 м, что влечёт за собой увеличение отметки расположения реакторной установки, дополнительного оборудования,
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 2
полярного крана и верха защитной оболочки. Увеличиваются напряжения во фрагментах несущих конструкций, особенно от сейсмических воздействий и, как следствие, увеличивается расход арматуры. Важно упомянуть, что есть иностранные решения без ловушки, когда предусмотрено охлаждение корпуса реакторной установки, предотвращающее его от расплавления.
• Система пассивного отвода тепла от реактора. Эта система, в отличие от активной, гарантирует охлаждение тепловыделяющих сборок с топливом путем подачи в реактор воды без использования насосов. Расплавление топлива при авариях в США и Японии случилось из-за отсутствия охлаждения. В концепции решения большинства пассивных систем - емкости с водой, расположенные выше расположения реакторной установки. До недавнего времени длительность функционирования таких систем ограничивалась 8 часами. Позже продолжительность их работы была увеличена до 24 часов. В наши дни время работы составляет 72 часа. В новейших зарубежных проектах в качестве одного из элементов пассивной защиты используются своего рода «сухие» градирни, компонуемые на внешней защитной оболочке.
• Возрастание числа каналов, снабжающих надежное энергоснабжение ответственных потребителей. Недавно таких каналов было два, затем три, в наши дни - четыре. В частности, на Нововоронежской АЭС-2 предусмотрена установка четырех дизель-генераторов, производительность каждого из которых достаточна, чтобы гарантировать охлаждение реактора при чрезвычайных происшествиях.
• Спринклерные системы охлаждения герметичной оболочки АЭС, Данные системы предназначены для уменьшения температуры и давления водяного пара, который может поступать в помещение реакторного отделения АЭС при утечке пара из различного оборудования (трубопроводов, парогенераторов). Для обеспечения эффективного охлаждения в пар вводят холодную воду в форме капель, которые осуществляют форсунки, расположенные внутри помещения. В результате происходит стремительная конденсация пара на каплях. Важными функциями спринклерной системы являются сбор подвижных радиоактивных субстанций и их фиксация в воде, для этого в воду добавляют особые реагенты [4].
Анализ литературных показал, что наибольшая часть произошедших аварий на объектах АЭС связана с нарушением правил эксплуатации со стороны обсуживающего персонала, ошибками при строительстве и проектировании АЭС, природными катаклизмами и изношенностью оборудования.
Во избежание ЧС следует ужесточить требования в соответствии со стандартом 0Б-0-2.1, подготовить комплекс мер по обеспечению готовности к ядерной или радиологической аварийной ситуации и модернизировать ряд АЭС, введённых в эксплуатацию ранее 2016 года [5].
Библиографические ссылки
1. Опарина, Н. М. Подготовка специалистов, безопасность АЭС и человеческий фактор / Н. М. Опарина // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. - 2015. - № 2(88). - С. 251-253.
2. Жаворонков, И. С. Обеспечение пожарной безопасности атомных электростанций / И. С. Жаворонков, А. В. Ильюшонок // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. - 2018. - Т. 2. - № 3. - С. 343-350.
3. Амирова, Д. А. Обзор по авариям на АЭС в России и за рубежом / Д. А. Амирова // Аллея науки. - 2018. - Т. 3. - № 10(26). - С. 374-377.
4. Пергаменщик, Б. К. Проблемы и перспективы строительства АЭС / Б. К. Пергаменщик // Вестник МГСУ. - 2014. - № 2. - С. 140-153. - ББК Б^МОГТ.
5. Научно-технические публикации в ядерной области |МАГАТЭ.
© Вагнер Г. В., Храмов К. В., Немрец В. В., 2022
