Ще станат ли ядрени централи безопасни, Nanotechnology Nanonewsnet
След аварията в японската атомна централа Фукушима-1 въпросът за осигуряване на безопасността на атомните електроцентрали отново стана остър. Обещаваща посока за развитието на ядрената енергетика е разработването на ново поколение реактори, което ще изключи възможността за повечето аварийни ситуации.
За да се разбере механизмът на работа на системите за безопасност на АЕЦ, е необходимо да си представим неговата структура.
Принципът на работа на атомната електроцентрала се основава на превръщането на топлината, която се отделя в процеса на верижна реакция на ядрено делене, в електричество. Верижната реакция възниква поради неутрони, които се раждат по време на разпадането на тежки ядра и инициират следващото поколение делене. Чрез контролиране на броя на произведените неутрони може да се контролира скоростта на верижната реакция. Наричат се вещества, които при първоначална стимулация са способни да извършат верижна реакция ядрено гориво. И се нарича мястото, където протича реакцията ядро на реактора.
Горивото навлиза в сърцевината в горивни пръти (горивни елементи), състоящи се от уран диоксид в облицовка от твърдо легирана стомана с цирконий. В допълнение към горивните елементи, активната зона на реактора съдържа неутронен модератор (вода, тежка вода, графит) и подвижни пръти с висок коефициент на поглъщане на неутрони (бор или кадмий), тяхната задача - контролирайте скоростта на реакцията. Ядрото е заобиколено от рефлектор, който предотвратява изтичането на неутрони от сърцевината. Топлината, отделена по време на реакцията, се предава към охлаждащата течност (обикновено вода или газ) в първи контур. Охлаждащата течност влиза в топлообменника, където загрява водата на вторичния кръг. Нагрятата вода се превръща в пара, която се прехвърля към лопатките на турбина, която върти електрически генератори. Има реактори с единичен контур, в които в сърцевината се получава пара-водна смес - това е RMBC (реактор с висока мощност на канала), реактор от този тип е инсталиран на 4-ти енергиен блок на АЕЦ Чернобил. Грешките в неговия дизайн (положителна реактивност и твърде масивен графитен компонент на абсорбиращите пръти) се превърнаха в една от причините за инцидента през 1986 г. След аварията в Чернобил реакторите RMBC бяха извадени от производство и заменени с подобрена версия - MKER (многоконтурен силов реактор). И все пак най-широко разпространени са АЕЦ с водно-воден енергиен реактор (VVER) - двуконтурен реактор за термични неутрони, вода като модератор, охлаждаща течност и неутронно отражател.
Основната опасност по време на работа на реактора е неговото прегряване., което може да доведе до топене на ядрено гориво и термична експлозия или физическо унищожаване на топлообменни вериги, които съдържат огромно количество радиоактивна вода. И в двата случая основната повреда не се дължи на експлозията, а на изпускането на радиоактивен материал в атмосферата. Това са най-неблагоприятните сценарии за развитие на аварийна ситуация в реакторните зони на съвременните атомни електроцентрали. Във връзка с това е възможно да се формулират основните задачи на системите за безопасност на АЕЦ: спиране на верижна реакция, охлаждане на реактора и предотвратяване на изпускането на радиоактивни вещества извън блока.
Причини за аварии в атомните електроцентрали
Системите за безопасност трябва да отговарят на изискванията за високо качество при тяхното производство, монтаж и експлоатация и да изпълняват функциите си в случай на механични, химични и природни повреди, свързани с извънредна ситуация. По този начин небрежността на персонала, който извършва планови ремонти в американската атомна електроцентрала Three Mile Island, води до авария на станцията през 1979 година. Неизправността на помпите на охлаждащата система на реактора включи системата за аварийно водоснабдяване, но тя не работи, тъй като клапаните на нейните помпи бяха забравени да се отворят след ремонт. В резултат реакторът се разтопи частично и в атмосферата се отдели известно количество радиоактивна вода.
Друго важно правило за безопасност: ако някой от параметрите за работа на реактора надхвърли стандартите за безопасност, системите за безопасност трябва да се включат автоматично и да блокират действията на оператора на АЕЦ за известно време. Умишленото спиране на системите за безопасност от персонала на 4-ти енергиен блок на атомната електроцентрала в Чернобил се превърна в една от основните причини за превръщането на редовна аварийна ситуация в най-голямото бедствие в историята на ядрената енергетика. В нощта на инцидента бяха проведени планови изпитания на реактора. В съответствие с програмата за изпитване мощността на реактора беше намалена и той влезе в режим „самоотравяне” (в реактор, работещ с намалена мощност, се натрупват ксенонови изотопи, допълнително инхибиращи работата на реактора). За да се компенсира отравянето, абсорбиращите пръчки бяха повдигнати, започна увеличение на мощността, което предизвика неконтролирана верижна реакция и термичен взрив на реактора. Те се опитаха да заглушат внезапния скок на мощността чрез понижаване на абсорбиращите пръти, но поради неуспешния им дизайн не беше възможно да се забави реакцията. По време на тестването бяха изключени всички системи за безопасност, които щяха да изключат реактора много преди той да влезе в опасен режим.
Надеждността на системите за сигурност се осигурява чрез принципите на излишък, разнообразие и разнообразие. В идеалния случай няколко системи, разположени в различни отделения на реакторната централа и базирани на различни принципи на работа, трябва да бъдат отговорни за прилагането на всяка мярка за безопасност. Освен това е за предпочитане да се използват така наречените мерки за пасивна безопасност, чието действие се основава на основните закони на природата и не зависи от захранването и действията на персонала. Такива системи обикновено са с по-опростен дизайн и не изискват цял набор от поддържаща инфраструктура. Намаляването на дела на активните мерки в полза на пасивните е един от основните начини за подобряване на системите за безопасност.