Глава 1.Существующая система перегрузки топлива и её недостатки.

Большинство описываемых ниже недостатков системы перегрузки были заложены ещё на стадии её проектирования. Они связаны с особенностями конструкции реактора ВВЭР-440 и существовавшими в то время ошибочными представлениями о ядерной опасности, а также вызваны низкой надёжностью ламповой аппаратуры АКНП первого поколения.

Ниже обсуждается цель перегрузки, особенности её реализации на ядерном реакторе (ЯР) типа ВВЭР-440, а также имевшие место нарушения и аварии при перегрузках.

На основе этого анализа мною сформулированы три главных направления модернизации существующей системы:

а) Повышение ядерной безопасности при работе,

б) Уменьшение механической опасности повреждения активной зоны и рабочих кассет при перегрузке, а также

в) Снижение ошибок человеческого фактора при перегрузках.

Согласно этим рекомендациям мною предлагаются методы их осуществления и технические средства для их реализации.

1.1 Цели перегрузок топлива на реакторах и их опасность на реакторах типа ввэр.

Существует два вида работы с топливом:

1.Первичная загрузка нового топлива сроком на 3- 4 года и

2.Ежегодная частичная перегрузка выгоревшего топлива .

Обе операции существенно различаются по методам работы и используемой при этом аппаратуры для различных типов ЯР.

В процессе работы реактора около 300 суток на номинальной мощности уран -235 выгорает и в топливе накапливается много поглотителей нейтронов, которые снижают реактивность ЯР и требуют обновления топлива. Такой процесс осуществляется на всех ЯР и он коротко называется ПЕРЕГРУЗКА.

Таким образом, главной целью операции перегрузка является замена выгоревших рабочих каналов новыми, а также замена неисправных управляющих стержней и кассет новыми.

От выбора системы перегрузки зависят безопасность проводимой работы и её экономичность, связанная с вынужденными простоями и недодачей электроэнергии в сеть.

Это все должно учитываться при проектировании новых энергоблоков, а при модернизации старых приходится исходить из существующей конструкции ЯР и существовавших в прошлые годы ложных представлениях о безопасности проводимых работ при перегрузке.

Сначала я рассмотрю конструктивные особенности ЯР типа ВВЭР и присущие этому типу ЯР ядерные и радиационные опасности, которые подтвердились на практике, а затем опишу экономическую эффективность этого вида работ и сформулирую количественные требования, важные для модернизации.

1.2 Конструктивные особенности перегрузки топлива реактора ввэр-440 и возникающие виды опасностей.

Итак, система перегрузки предназначена для извлечения из активной зоны ЯР тепловыделяющих сборок (ТВС) с выгоревшим топливом, перестановки частично выгоревших сборок внутри активной зоны, а также замены неисправных стержней управления ЯР.

Степень ядерной опасности этой операции на различных типах ЯР различна. Так, например, на ЯР типа РБМК-1000 из-за особенности конструкции канальных ЯР эта перегрузка осуществляется ежедневно путем замены нескольких рабочих каналов на номинальном уровне мощности под контролем автоматического регулятора и аварийной защиты. Поэтому она более экономична и безопасна, чем на ЯР типа ВВЭР-440.

В ЯР типа ВВЭР-440 корпусного типа, к сожалению, этого сделать нельзя и поэтому возникает пять видов опасностей, при которых выполняется операция перегрузки: 1) ядерная, 2) радиационная, 3) механическая, 4) информационная и 5) возможность аварийно-опасных отказов технических устройств.

Ядерная опасность может быть двух видов: 1) ядерная авария и 2) аварийная ситуация.

Под ядерной аварией понимают ( 2 ) аварию, связанную с нарушением правил контроля или управления цепной реакцией и образование локальной критичности при перегрузке ядерного топлива.

Под аварийной ситуацией ( 2 ) понимают такое состояние ЯР, которое при нарушении правил безопасной эксплуатации не привело к ядерной аварии.

Ядерная опасность возникает сразу при подготовке к перегрузке и снятии крышки с ЯР для возможности доступа к активной зоне при перегрузке.

Во время этой операции отцепляются приводы стержней управления и аварийной защиты. По этой причине ЯР остается без управления и аварийной защиты в случае аварийной ситуации или ядерной аварии.

Под радиационной опасностью ( 2 ) понимают возможность облучения персонала выше пределов, установленных нормами безопасной эксплуатации или радиоактивного заражения окружающей среды.

Эта опасность возникает сразу после снятия крышки с ЯР, когда доза излучения становится смертельной для персонала, работающего без защиты вблизи ЯР, а также при извлечении любого рабочего канала при перегрузке.

Под механической опасностью понимают возможность повреждения рабочего канала или активной зоны при дистанционных загрузках и выгрузках рабочего канала оператором перегрузочной машины.

Эта опасность в значительной степени зависит от опыта работы и квалификации оператора перегрузочной машины и используемых при этом технических средств. Необходима ювелирная точность дистанционного наведения крана с каналом 10м длиной и весом 700 кг на ячейку активной зоны размером 20 см с помощью промышленной телевизионной камеры.

Под информационной опасностью понимают потерю любой информации о ядерной, радиационной или механической опасности во время операции перегрузка. Эта потеря может быть связана с точностью работы технических средств, их надёжности или ошибочным восприятием её персоналом.

Поэтому при модернизации системы перегрузки вопросам надёжности сбора, обработки и использования информации необходимо обратить внимание.

«Человеческий фактор» или ошибки специалистов при проектировании и эксплуатации системы перегрузки по оценкам МАГАТЭ ( 8 ) являются не случайными, а закономерными .

Более половины всех нарушений и аварий на АЭС происходят из-за недостаточной культуры безопасности, которая заключается в отсутствии персональной ответственности и недостаточной компетентности специалистов.

Таким образом, показателями качества системы перегрузки топлива являются опасности следующего вида:

1.Ядерная опасность, связанная с нарушением правил контроля и управления цепной реакцией и образованием локальной критичности при перегрузке ядерного топлива,

2.Радиационная опасность облучения персонала и выхода Радиоактивных Продуктов Распада (РПР) в окружающую среду,

3.Механическая опасность повреждения рабочих каналов или активной зоны ЯР при перегрузке,

4.Ошибки персонала, приводящие к трем выше перечисленным опасностям и

5. Отказы механизмов перегрузки и систем контроля и управления .

Согласно системному подходу к проектированию и эксплуатации ( 8 ) любых систем при выборе главных целей и направлений их модернизации, необходимо вначале ранжировать эти опасности на основе количественных оценок рисков потерь, а затем в зависимости от выбранного приоритета рассматривать методы повышения их показателей качества.

Для этого вначале я рассмотрю количественные требования, предъявляемые к этим показателям качества, а также их реальный опыт эксплуатации.

С этой целью я рассмотрю причины нарушений и аварий, возникавших за рубежом и в России при перегрузках топлива, и примерно оценю их степени опасности.

После этого я перейду к способам повышения этих показателей и к путям их технической реализации в процессе модернизации.