![Page 1: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/1.jpg)
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 №2
![Page 2: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/2.jpg)
www.iate.obninsk.ru
Лекция №2. Содержание.
1 Типы аварий на АЭС
2
3
4
5
6
Авария на Tree Mail Island (TMI)
Авария на Fukushima Daiichi
3
Литература
![Page 3: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/3.jpg)
www.iate.obninsk.ru
ТИПЫ АВАРИЙ НА АЭС 1
3
Контроль и соблюдение балансов:
1. Баланс между рождением и исчезнованием нейтронов.
2. Балан между производством и уносом тепла.
![Page 4: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/4.jpg)
www.iate.obninsk.ru
Нарушение балансов
Типы аварий:
- реактивностная (непредусмотренный рост мощности за
счет нарушение нейтронного баланса): Чернобыльская АЭС.
- тепловая (нарушение баланса между получением и отводом
тепла от твэлов): Tree Mail Island, Fukushima.
4
![Page 5: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/5.jpg)
www.iate.obninsk.ru
АВАРИЯ НА
TREE MAIL ISLAND (TMI) 2
5
Тип реактора – PWR (ВВЭР). Мощность 920 Мвт (э) Р/а выброс 3*106 Ku. Дата аварии: утро 28.03.1979
![Page 6: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/6.jpg)
www.iate.obninsk.ru
Основные элементы Tree Mail Island
6
![Page 7: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/7.jpg)
www.iate.obninsk.ru
Основные этапы протекания аварии на Tree Mail Island
7
![Page 8: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/8.jpg)
www.iate.obninsk.ru
Схема протекания аварии на Tree Mail Island
8 Основы безопасности ядерных энергетических установок: учеб. Пособие /
А.М.Бахметьев; под ред. С.М.Дмитриев; НГТУ. Нижний Новгород, 2006. - 174 с.
![Page 9: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/9.jpg)
www.iate.obninsk.ru
АВАРИЯ НА
FUKUSHIMA DAIICHI
3
9
1. Конструкция АЭС 2. Этапы протекания аварии 3. Высвобождение радиоактивных продуктов 4. Бассейн выдержки отработавшего топлива 5. Источники информации
По материалам Dr. Matthias Braun, PEPA4-G, AREVA–NP ([email protected])
![Page 10: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/10.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 1. Конструкция АЭС
Fukushima Daiichi (Plant I)
Блок I - GE Mark I BWR (439 MW), год ввода в эксплуатацию 1971
Блок II-IV - GE Mark I BWR (760 MW), год ввода в эксплуатацию 1974
![Page 11: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/11.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident
1. Конструкция АЭС
nucleartourist.com
en.w
ikip
edia
.org
/wik
i/B
row
ns_
Ferr
y_N
ucl
ear_
Po
wer
_Pla
nt
Проектный состав здания
Бетонное здание
Металлическая конструкция обслуживаемого этажа
Containment
Грушевидная сухая оболочка
Торовая влажная оболочка
![Page 12: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/12.jpg)
The Fukushima Daiichi Incident 1. Конструкция АЭС
Обслуживаемый этаж
![Page 13: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/13.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 1. Конструкция АЭС
Монтаж верхней части грушевидного контаймента
![Page 14: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/14.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 1. Конструкция АЭС
Этаж обслуживания реактора (Металлическая конструкция)
Бетонное здание реактора (Второй Containment)
Активная зона реактора
Корпус реактора под давлением
Containment (Сухая часть)
Containment (Мокрая часть) / Сбор конденсата
Бассейн отработавшего топлива
Линия свежего пара Основная питательная вода
![Page 15: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/15.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
11.3.2011 14:46 - Землетрясение
Магнитуда 9
Отказ единой энергосистемы северной Японии
Реакторы не были повреждены
Аварийная защита
Производство электроэнергии прекращено как следствие прекращения деления ядер урана
Остаточное энерговыделение обусловленное радиоактивным распадом продуктов деления
После АЗ ~6%
После 1 дня ~1%
После 5 дней ~0.5%
![Page 16: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/16.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Изоляция Containment
Закрыты все не связанные с безопасностью отводные/подводные каналы containment
Отключение машинного зала
Если изоляция containment прошла успешно, то высвобождение большого количества радиоактивных продуктов маловероятно
Запуск дизель генераторов
Система аварийного охлаждения активной зоны
АЭС находится в стабильном, безопасном состоянии
![Page 17: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/17.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
11.3. 15:41 Удары цунами в АЭС
АЭС была рассчитана для цунами высотой волны до 6.5м
Текущее цунами высотой >7м
Затопление
Дизель Генераторы и/или
Основные подводящие магистрали охлаждения генераторов
Полное обесточивание АЭС
Общее прекращение снабжения электроэнергией
Только аккумуляторы все еще были доступны
Повреждено все кроме аварийной системы охлаждения активной зоны
![Page 18: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/18.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Работа насосов при изоляции активной зоны
Пар из реактора подается в турбину
Пар конденсируется в торовом кольце
Турбина обеспечивает работу насосов
Вода из торового кольца подается при помощи насосов в реактор
Необходимо:
Аккумуляторные батареи
Температура в торовом кольце должна быть ниже 100°C
Но насосы не могут работать бесконечно долго в условиях изоляции активной зоны и отсутствия удаления тепла
![Page 19: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/19.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Остановка циркуляционных насосов
11.3. 16:36 в Блоке 1 (Аккумуляторные батареи пусты)
14.3. 13:25 в Блоке 2 (Повреждение насоса)
13.3. 2:44 в Блоке 3 (Аккумуляторные батареи пусты)
Образование пара под корпусом реактора в результате остаточного тепловыделения
Повышение давления
Открытие вспомогательного клапана сброса пара
Удаление пара из торового кольца
Падение уровня жидкости под корпусом реактора
![Page 20: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/20.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Остановка циркуляционных насосов
11.3. 16:36 в Блоке 1 (Аккумуляторные батареи пусты)
14.3. 13:25 в Блоке 2 (Повреждение насоса)
13.3. 2:44 в Блоке 3 (Аккумуляторные батареи пусты)
Образование пара под корпусом реактора в результате остаточного тепловыделения
Повышение давления
Открытие вспомогательного клапана сброса пара
Удаление пара из торового кольца
Падение уровня жидкости под корпусом реактора
![Page 21: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/21.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Остановка циркуляционных насосов
11.3. 16:36 в Блоке 1 (Аккумуляторные батареи пусты)
14.3. 13:25 в Блоке 2 (Повреждение насоса)
13.3. 2:44 в Блоке 3 (Аккумуляторные батареи пусты)
Образование пара под корпусом реактора в результате остаточного тепловыделения
Повышение давления
Открытие вспомогательного клапана сброса пара
Удаление пара из торового кольца
Падение уровня жидкости под корпусом реактора
![Page 22: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/22.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Остановка циркуляционных насосов
11.3. 16:36 в Блоке 1 (Аккумуляторные батареи пусты)
14.3. 13:25 в Блоке 2 (Повреждение насоса)
13.3. 2:44 в Блоке 3 (Аккумуляторные батареи пусты)
Образование пара под корпусом реактора в результате остаточного тепловыделения
Повышение давления
Открытие вспомогательного клапана сброса пара
Удаление пара из торового кольца
Падение уровня жидкости под корпусом реактора
![Page 23: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/23.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Остановка циркуляционных насосов
11.3. 16:36 в Блоке 1 (Аккумуляторные батареи пусты)
14.3. 13:25 в Блоке 2 (Повреждение насоса)
13.3. 2:44 в Блоке 3 (Аккумуляторные батареи пусты)
Образование пара под корпусом реактора в результате остаточного тепловыделения
Повышение давления
Открытие вспомогательного клапана сброса пара
Удаление пара из торового кольца
Падение уровня жидкости под корпусом реактора
![Page 24: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/24.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Постепенное снижение уровня жидкости до предельного уровня. Предельный уровень жидкости кажется немного выше из-за пароводяной смеси.
~50% а.з. остается не защищенной
Температура повышается, но а.з. все еще не разрушена
~2/3 а.з. остается не защищенной
Температура повышается до ~900°C
Растрескивание / Повреждение топливных стержней
Высвобождение продуктов деления из трещин в топливных стержнях
![Page 25: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/25.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
~3/4 а.з. осталось без воды
Температура превысила ~1200°C
Цирконий в активной зоне начал возгораться в паровоздушной смеси
Zr + 2H20 ->ZrO2 + 2H2
Далее экзотермическая реакция с выделением тепла в а.з.
Образование водорода
Блок 1: 300-600кг
Блок2/3: 300-1000кг
Водород выталкивается в верхнюю часть торового кольца, попадает в грушевидную часть сухой оболочки (нарушена герметичность торового кольца).
![Page 26: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/26.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
примерно ~1800°C [Блок 1,2,3]
Плавление Zr оболочек
Плавление металлических конструкций
примерно ~2500°C [Блок 1,2]
Разрушение топливных стержней
Вынос р/активного мусора за а.з.
примерно~2700°C [Блок 1]
Расплавленная Уран-Циркониевая эвтектика
Восстановление подачи воды. Остановка аварии на всех 3 блоках
Блок 1: 12.3. 20:20 (27ч без воды)
Блок 2: 14.3. 20:33 (7ч без воды)
Блок 3: 13.3. 9:38 (7ч без воды)
![Page 27: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/27.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Высвобождение продуктов деления во время расплавления
Xenon, Cesium, Iodine,…
Uranium/Plutonium остались в а.з.
Продукты деления сконденсировались в виде аэрозолей
Удаление р/а продуктов через клапан в воду конденсационной камеры
В бассейне происходит связывание аэрозолей в фракции
Xenon и остальные аэрозоли в сухой части корпуса
Отложение аэрозолей на поверхности с дальнейшей дегазацией воздуха
![Page 28: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/28.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Containment
Последний барьер между продуктами деления и окружающей средой
Толщина стен ~3см
Проектное давление 4-5 атм
Текущее давление свыше 8 атм
В нормальном состоянии заполнена инертным газом (Азот)
Водород из а.з. при окислении
Вскипание камеры конденсации (подобно скороварке)
Разгерметизация containment
Блок 1: 12.3.2012 4:00
Блок 2: 13.3.2012 00:00
Блок 3: 13.3.2012 8.41
![Page 29: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/29.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Положительные и отрицательные аспекты разгерметизации containment
Удаление энергии с корпуса реактора (по одному пути)
Сокращение давления до ~4 bar
Высвобождение небольшого количества аэрозолей (Iodine, Cesium ~0.1%)
Высвобождение всех благородных газов
Высвобождение водорода
Высвобождение газа в этаж обслуживания реактора
Водород легко воспламеняющийся
![Page 30: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/30.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Блок 1 и 3
Возгорание водорода на этаже обслуживания реактора
Разрушение стального каркаса крыши
Железобетонное здание реактора кажется не поврежденным
Захватывающий вид не представляющий опасности
![Page 31: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/31.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Блок 2
Появление водорода в реакторном здании
Возможное разрушение конденсационной камеры (сильно загрязненная вода)
Неконтролируемое истечение газа из containment
Высвобождение продуктов деления
Временная эвакуация АЭС
Высокие локальные дозы на территории АЭС из-за обломков мешают рабатам по восстановлению
Нет точной информации почему Блок 2 ведет себя по другому
![Page 32: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/32.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 2. Этапы протекания аварии
Текущее состояние реакторов
Разрушение активной зоны Блоков 1,2, 3
Разрушение зданий благодаря различным возгораниям Блоков 1-4
Заполнение водой корпусов реакторов в блоках с помощью передвижных насосов
Как минимум containment Блока 1 заполнен водой
Дальнейшее охлаждение реакторов посредством выброса пара в атмосферу
Можно ожидать только незначительного выделения продуктов деления
![Page 33: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/33.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 4. Бассейн выдержки отработавшего топлива
Бассейн отработавшего топлива на этаже обслуживания реактора
Все отработавшее топливо Блока 4 было выгружено в бассейн выдержки
Осушение бассейнов
Блок 4: в 10 дней
Блок 1-3,5,6 в несколько недель
Утечка воды из бассейнов благодаря землетрясению?
Последствия
Плавление топлива „при атмосферном давлении“
Почти отсутствует удержание продуктов деления
Большой выброс
![Page 34: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/34.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 4. Бассейн выдержки отработавшего топлива
Бассейн отработавшего топлива на этаже обслуживания реактора
Все отработавшее топливо Блока 4 было выгружено в бассейн выдержки
Осушение бассейнов
Блок 4: в 10 дней
Блок 1-3,5,6 в несколько недель
Утечка воды из бассейнов благодаря землетрясению?
Последствия
Плавление топлива „при атмосферном давлении“
Почти отсутствует удержание продуктов деления
Большой выброс
![Page 35: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/35.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 4. Бассейн выдержки отработавшего топлива
Бассейн отработавшего топлива на этаже обслуживания реактора
Все отработавшее топливо Блока 4 было выгружено в бассейн выдержки
Осушение бассейнов
Блок 4: в 10 дней
Блок 1-3,5,6 в несколько недель
Утечка воды из бассейнов благодаря землетрясению?
Последствия
Плавление топлива „при атмосферном давлении“
Почти отсутствует удержание продуктов деления
Большой выброс
В настоящее время не ясно, произошло ли высвобождение р/а веществ из бассейна выдержки
![Page 36: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/36.jpg)
www.iate.obninsk.ru
The Fukushima Daiichi Incident 5. Источники информации
Проверенные источники информации
Общество по безопасности реакторов (Германия) [GRS.de]
Публикация радиологических измерений
Немецкий перевод японских/английских интернет страниц
Japan Atomic Industrial Forum [jaif.or.jp/english/]
Текущее состояние АЭС
Данные по внутриреакторному контролю (давление и уровень воды)
Tokyo Electric Power Company [Tepco.co.jp]
Статус восстановительных работ
Жертвы
Скудная информация от TEPCO
Dr. Matthias Braun, PEPA4-G, AREVA–NP ([email protected])
![Page 37: Safety of nuclear power plant operation. Lecture 2](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042722/589c24801a28ab65248b4fdd/html5/thumbnails/37.jpg)
www.iate.obninsk.ru
ЛИТЕРАТУРА 4
37
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 12-17).
2. Fukushima. Хронология событий.
http://www.rian.ru/jpquake_mm/20110316/354387245.html
3. Fukushima. МАГАТЭ. Последнии данныне.
http://www.iaea.org/newscenter/news/tsunamiupdate01.html