Лекция 2 Радиационная безопасность. 2006г.

Лекция №2

Вопросы:

1. Характер аварий на АЭС в США и СССР.

2. Авария на ЧАЭС:

2. 1. Устройство ЧАЭС (краткая характеристика).

2. 2. Физика ядерного реактора:

2. 2. а) некоторые свойства частиц, из которых состоит атом и его ядро;

2. 2. б) классификация нейтронов;

2. 2. в) источники нейтронов.

§1. Характеристика аварий на аэс в сша и ссср.

До аварии на ЧАЭС председатель Госкомитета по использованию атомной энергии СССР А.Петросьянц писал: «АЭС полностью независимы от источников сырья (урановых рудников) благодаря компактности ядерного горючего и продолжительности его использования. АЭС весьма перспективны в отношении использования мощных энергоблоков. АЭС, как производители энергии, являются чистыми источниками энергии, не увеличивающими загрязненность окружающей среды. Всё ещё бытующий некоторый скептицизм и недоверие к АЭС вызваны преувеличенной боязнью радиационной опасности для обслуживающего персонала станции и, главное, для населения, проживающего в районе её расположения. Эксплуатация АЭС в СССР и за рубежом, в том числе в США, Англии, во Франции, в Канаде, Японии, ФРГ, показывают полную безопасность их работы при соблюдении установленных режимов и необходимых правил. Можно поспорить, какие ЭС более вредны для организма человека и окружающей среды – атомные или работающие на угле…». Директор Физико-энергетического института О.Казачковский писал: «Отходы атомной энергетики, потенциально весьма опасные, настолько компактны, что их можно хранить в местах, изолированных от внешней среды». Академик М.Стырикович: «АЭС – это дневные звёзды. Мы усеем ими всю нашу землю. Совершенно безопасны».

В конце пятидесятых годов в СССР сторонники традиционных ЭС предложили Правительству СССР ввиду неэкономичности (с учётом защиты окружающей среды, т. е. с учётом обеспечения радиационной безопасности) АЭС заморозить строительство Нововоронежской АЭС. И лишь приехавший в Москву академик И.Курчатов не допустил этого. И лишь в 1985 г. (за год до аварии на ЧАЭС) президент АН СССР академик А.Александров отметил: «Нас ещё бог милует, что не произошла у нас Пенсильвания!».

Оказалось, что практическая эксплуатация АЭС в разных странах была связана с относительно частым возникновением аварийных ситуаций. Перечень некоторых из них:

США:

1951 г. Детройт. Авария на исследовательском реакторе. Перегрев ядерного топлива. Загрязнение радиоактивными газами окружающей среды.

1959 г. Санта-Сюзана, Калифорния. Расплавление части ТВЭЛ(ов), отказ системы охлаждения реактора.

1966 г. Частичное расплавление активной зоны, отказ системы охлаждения на реакторе «Энрико Ферми» возле Детройта.

1971 г. Около 200000 литров радиоактивной воды (загрязнённой отходами реактора в Монтжелло, штат Минессота) вытекло наружу (а затем – в реку Миссисипи).

1979 г. Расплавление активной зоны. Отказ системы охлаждения реактора на АЭС «Три-Майл-Айленд», штат Пенсильвания. Последовал выброс радиоактивных газов в атмосферу и жидких радиоактивных отходов в реку Сукуахана.

Эту аварию можно рассматривать как предтечу аварии на ЧАЭС. На реакторном блоке №2 мощностью 880 МВт не оказалось дополнительной системы обеспечения безопасности, которая была на других блоках. Произошёл отказ подачи воды насосами в парогенератор, а 3 запасных (аварийных) насоса уже 2 недели находились в ремонте. Произошел перегрев первого контура. Автоматически отключилась турбина парогенератора. Возросли температура и давление воды (пара). Через предохранительный клапан смесь перегретой воды с паром пошла в барбатёр, в котором разрушилась мембрана и около 370 м³горячей радиоактивной воды вылилось. Автоматически включились дренажные насосы. Персонал должен был их выключить, чтобы радиоактивная вода осталась внутри реактора, но он этого не сделал. Вода начала испаряться, возросло давление и радиоактивные газы вырвались наружу. Автоматически сработала аварийная защита реактора и стержни-поглотители нейтронов опустились, предотвратив взрыв. В корпусе реактора образовался огромный газовый пузырь, содержащий водород, а смесь водорода и кислорода взрывоопасна. Водород образовался вследствие расщепления молекул воды (2H₂O→ 2H₂ +O₂) из-за химических свойств циркониевой оболочки ТВЭЛ(ов) при высоких температурах. Этот пузырь (объёмом ≈ 30 м³), содержащий также криптон, неон, аргон, ксенон и др., препятствовал циркуляции охлаждающей воды. Сработала система аварийного расхолаживания активной зоны из-за возросших температуры и давления в реакторе. Если бы смесь водорода и кислорода взорвалась, то это было бы эквивалентно взрыву 3 тонн тринитротолуола. Корпус ректора был бы разрушен, мощность эквивалентной дозы к тому времени внутри защитной оболочки достигла 30000 бэр/час. Если бы газовый пузырь продолжал увеличиваться, а не вышел наружу частично, то газ вытеснил бы из корпуса вообще всю охлаждающую воду и температура так возросла, что расплавила бы урановые таблетки, что и произошло на ЧАЭС (ситуация на американском реакторе была похожа на чернобыльскую за 20 с до взрыва). Но на ЧАЭС была отключена персоналом система аварийного охлаждения активной зоны.

1982 г. Авария на реакторе «Джина» близ Рочестера. Произошёл разрыв трубы парогенератора и выброс в атмосферу радиоактивного газа.

1982 г. Буквально через 5 дней на АЭС близ г. Онтарио (штат Нью-Йорк) произошла авария в системе охлаждения и снова радиоактивные вещества были выброшены в окружающую среду.

1985 г. На АЭС «Саммерт-Плант» была преждевременно достигнута критичность реактора, т.е. имел место неуправляемый его разгон.

1985 г. На АЭС «Индиан-Пойнт-2» близ Нью-Йорка произошла утечка за пределы станции радиоактивной воды.

1986 г. На заводе обогащения урана в Уэбберс-Фолс произошёл взрыв резервуара с радиоактивным газом.

Это наиболее крупные аварии дочернобыльского периода в США, свидетельствующие о необходимости строжайшего соблюдения норм радиационной безопасности при эксплуатации ядерных реакторов и сопутствующих производств.

СССР:

1966 г. Произошел разгон на мгновенных нейтронах на реакторе АЭС в г. Мелекесе. Реакцию погасили борной кислотой, но при этом были переоблучены эксплуатационщики.

1964-1979 гг. В течение 15 лет неоднократно разрушались сборки активной зоны на 1-ом блоке Белоярской АЭС. Ремонты вызывали переоблучение персонала.

Январь 1974 г. Взрыв железобетонного газгольдера выдержки радиоактивных газов на 1-ом блоке Ленинградской АЭС.

Февраль 1974 г. Разрыв промежуточного контура на 1-ом блоке Ленинградской АЭС вследствие вскипания воды с последующими гидроударами. В окружающую среду была сброшена радиоактивная вода. Погибло несколько человек.

1975 г. На 1-ом блоке Ленинградской АЭС произошло частичное разрушение активной зоны (локальный «козёл»). Реактор был остановлен и продут аварийным запасом азота. В атмосферу выброшены радиоактивные вещества ~1,5 * 10⁶Кu.

1977 г. Расплавление половины топливных сборок активной зоны на 2-м блоке Белоярской АЭС. Ремонт длился ~1 год с переоблучением персонала.

Декабрь 1978г. Сгорел 2-й блок Белоярской АЭС. Выгорел весь контрольный кабель. Реактор оказался без контроля. Пожар возник из-за падения плиты перекрытия на маслобак турбины. При охлаждении реактора переоблучились 8 человек.

Сентябрь 1982г. Разрушение центральной топливной сборки на 1-ом блоке ЧАЭС из-за ошибок персонала. Произошел выброс радиоактивных веществ на промзону, город Припять. Во время ликвидации малого «козла» переоблучился ремонтный персонал.

Октябрь 1982г. Взрыв генератора на 1-м блоке Армянской АЭС. Сгорел машинный зал. Большая часть оперативного персонала в панике покинула станцию, оставив реактор без надзора. С Кольской АЭС была самолетом доставлена оперативная группа, которая помогла спасти реактор.

1985г. Авария на 1-м блоке Балаковской АЭС. При проведении пусконаладочных работ вырвало предохранительный клапан и пар (300 ⁰С) стал поступать в помещение, где работали люди. Погибли 14 человек.

Из приведенного видно, что и в дочернобыльский период аварии на АЭС были не такими уж редкими и рядовыми происшествиями. А после аварии на ЧАЭС 1986г. и вовсе встал вопрос: «Допустимо ли строительство реакторов, расположенных на поверхности земли, или все они должны быть загнаны под землю?» Академик А.Сахаров, утверждал, что «ядерная энергетика нужна человечеству и должна развиваться, но только в условиях практически полной безопасности, а это реально требует размещение реакторов под землей. Нужен международный закон, запрещающий надземное расположение реакторов. Медлить нельзя.»