Глава пета. Общи изводи от трите аварии свързани с разрушаване на активните зони на реакторите

 

    Авариите в Три Майл Айлънд, Чернобил и Фукушима попадат в категорията тежка авария.

 

Под тежка авария се разбира над проектна авария предизвикваща значителна повреда на активната зона. Практически всяка тежка авария е свързана с разрушаване или разтопяване на активната зона. Нивото на тежест зависи, от степента на повреда на горивото и от потенциалната загуба на целостта на херметичните помещения, което определя  количеството на изхвърлените в околната среда радиоактивни вещества.

От трите разгледани аварии може да се направи извода, че първопричината за възникването на тежка авария е съществуващ недостатък в конструкцията на атомната централа и поредица от неправилни и ненавременни действия на оперативния персонал.

 

5.1 Конструктивни недостатъци в Три Майл Айлънд

 

1.Авариралия блок в Три Майл Айлънд е PWR с относително голяма мощност, при който топлинната мощност от I контур се предава на II контур, само чрез два вертикални парогенератора със малък запас на вода по II контур. Относително малкият запас на вода по  II контур в парогенераторите предопределя бързото осушаване на двата парогенератора и бързото разгряване на топлоносителя в I  контур след загубата на питателна и аварийна питателна вода.

2. Технологичната схема на блока по  II контур е изградена без деаратори. Деараторите имат две функции, а именно да деарират водата по втори контур, отделяйки некондензиращите газове и да съхраняват достатъчен запас от вода за работа на питателните помпи. При технологична схема без деаратори, смущения в нормалната работа на помпи основен кондензат или подгреватели ниско налягане веднага се отразява на нивата на водата на парогенераторите. Ако блока е разполагал с буферни емкости за питателна вода, каквито представляват деараторите осушаването на парогенераторите би настъпило след доста по-дълго време, което би дало много повече време на оперативния персонал за правилна реакция и точна оценка на ситуацията.

3. Блокът е бил изграден с пропуски в технологичната сигнализация. Не е съществувала сигнализация, която да укаже на операторите, че система аварийна подпитка на парогенераторите по  II контур е изведена и не може да изпълни предназначените и функции. В общия случай технологичните схеми на сигнализация на системите за безопасност се изпълняват по начин, при който се предизвиква светлинна и звукова сигнализация, дори когато има затворена една запорна арматура възпрепятстваща работата на системата. Неправилно изпълнената технологична сигнализация на предпазните клапани на компенсатора на обема се превръща в основна причина, която подвежда операторите и води до загуба на охлаждане на реактора.

 

5.2 Човешки грешки по време на аварията в Три Майл Айлънд

 

1. Операторите са допуснали блока да работи на номинална мощност с напълно изведена система за аварийно подхранване на парогенераторите по II  контур. Това е грубо нарушение, което става първопричина за последващото развитие на аварията. Пълно извеждане на даден тип система за безопасност е абсолютно забранено при работа  на реактора на мощност. В дадения случай, не само е била изведена напълно системата за аварийно подхранване на парогенераторите, но даже е била и забравена в изведено състояние.

2. При осушаване на парогенераторите по II контур операторите са разбрали, че системата за аварийно подхранване на парогенераторите не функционира правилно, но са успели да я въведат в работа след дълъг интервал от време, което е сигурен симптом за не достатъчна подготвеност на персонала.

3. След отварянето и незатварянето на предпазния клапан на компенсатора на обема, налягането в I контур се понижава и автоматично задейства системата за аварийно подхранване и разхлаждане на I контур. Операторите поетапно извеждат от работа системата единствено по симптом високо ниво в компенсатора на обема, без да се съобразяват, че в дадения момент няма запас до кипене в  I контур и в активната зона на реактора има бурно кипене. Това действие на операторите говори за определено непознаване на физиката на технологичните процеси.

4. Операторите пренебрегват сигналите за висока температура след предпазния клапан на компенсатора на обема, което не им позволява правилно да се ориентират в настъпилата ситуация и дълго време работят без изобщо да разбират, че предпазния клапан на компенсатора на обема е останал отворен.

Въпреки всички грешки, които допускат операторите в Три Майл Айлънд, трябва да се отбележи, че след  установяване на причината за аварията, те действат изключително професионално и успяват да запълнят прегрятата активна зона с вода и да предотвратят разрушаването на корпуса на реактора. Действие, което изисква сериозен професионализъм и е съпроводено с множество трудности. За първи път те прилагат метода за периодично пускане и спиране на главни циркулационни помпи, което им позволява на порции да добавят вода в прегрятата зона и дори да я залеят напълно и да я охладят. Никак не е случайно, че една тежка авария свързана с разрушаване на активната зона, завършва без изхвърляния на големи количества радиоактивни вещества в околната среда.

5.3 Конструктивни недостатъци в Чернобил

1.       Авариралият блок в Чернобил е тип РБМК. За този тип реактори е характерен голям геометричен размер на активната зона, което става причина за мощни ксенонови колебания и голяма сложност при управление в преходни режими ( натоварване и разтоварване ). Именно сложността при управление на реактора става причина операторите да загубят контрол и да не успеят да стабилизират мощността на реактора в процеса на експеримента.

2. Реакторът тип РБМК е с положителен паров (плътностен)  коефициент на реактивност. Този положителен ефект по реактивност изиграва ключова роля и предизвиква разгон на реактора при намаляване на разхода на топлоносител през активната зона. В режим на захранване на Главните циркулационни помпи   от понижаващото се напрежение на бягащия генератор и то с непрекъснато понижаваща се честота закономерно в пропорционална зависимост се намалява разхода на охлаждащ топлоносител през активната зона. При наличието на високи нива на топлинна мощност на реактора и намаляващ разход на вода в активната зона е налице рязко повишаване на паросъдържанието в активната зона. При увеличаващ се дял на парата в активната зона и наличие на положителен паров коефициент на реактивност е налице закономерен разгон на реактора с непрекъснато повишаваща се топлинна мощност. Именно резкия скок на топлинната мощност на реактора става причина за топлинният взрив, който разрушава целостта на реактора и целостта на херметичните помещения.

3. Наличието на графитни накрайници на органите за компенсиране на запаса по реактивност и отсъствие на система забраняваща извеждане в горно крайно положение на над допустимия брой, предизвиква допълнителен разгон на реактора при сработването на аварийната му защита. При изведени в горно крайно положение органи над допустимия брой и едновременното им потапяне в активната зона, графитните накрайници увеличават броя на забавените до топлинни енергии неутрони и предизвикват рязък скок на положителната реактивност в реактора.

4. Реакторът тип РБМК се характеризира с голям коефициент на възпроизводство на вторично делящо се вещество. Натрупването на големи количества на Плутоний в горивото води до намалява дяла на забавящите неутрони, което прави реакторът по динамичен и бърз в преходни режими. Високите концентрации на Плутоний в активната зона изисква по бърза система за управление на реактора, която да е в състояние да реагира адекватно при скоростна промяна на реактивността.

5. Скоростта на въвеждане на аварийните и регулиращи органи при сработване на аварийната защита е била относително ниска. След аварията на всички оставащи в работа реактори тип РБМК, тази скорост е била променена.

 

5.4 Човешки грешки по време на аварията в Чернобил

1. Прекратяване на експеримента от диспечера и задържане на блока на междинна мощност, предизвиква отравяне на реактора, което в последствие става една от причините за възникване на аварията. В този случай е нарушен един основен принцип при извършване на ядрено-опасни работи - прекъснат е по средата един експеримент с доказано опасен риск. Основно правило при извършване на ядрено-опасни работи гласи, че започната такава работа не се прекъсва до окончателното й завършване. Намесата на диспечера в случая, говори за недостатъчна съгласуваност на програмата на високо ниво на управление.

2. по време на разтоварване на реактора, мощността му пада практически до нула. Оперативния персонал не съумява да овладее преходните процеси и допуска практически заглушаване на реактора. Този факт е доказателство за недостатъчна подготвеност на персонала при управление на сложни преходни процеси. Отсъствието на пълномащабен тренажор изиграва своята роля в дадения момент.

3. Операторите изваждат от активната зона повече от разрешения в технологичния регламент органи за компенсиране на запаса на изгаряне. С това свое действие те нарушават изискванията на технологичния регламент на блока и правят неефективна аварийната защита на блока.

4. В разрез с изискванията на действащите инструкции, операторите извеждат от автоматичен пуск системата за аварийно подхранване на реактора и автоматичното сработването на аварийната защита на реактора по затваряне стопорни клапани на последна работеща турбина. Ако поне едно от двете нарушения не бе извършено то аварията в Чернобил не би се състояла.

5. Операторите прехвърлят захранването на 4 броя Главни циркулационни помпи на оставащия в работа генератор, с което практически двойно съкращават неговия електромеханичен пробег.

От изброените грешки ясно се вижда, че е налице не зачитане на експлоатационните инструкции и изискванията на технологичния  регламент. Натрупаните грешки в комбинация с конструктивните недостатъци на реактора стават причина за разигралата се трагедия.

5.5 Конструктивни недостатъци във Фукушима

1. Защитната дига, защитаваща централата от приливни вълни е била конструирана за приливна вълна с далеч по-малки размери. Въпреки, че в историята на Япония съществуват сведения за случвали се подобни събития, конструкторите подценяват вероятността от настъпване на подобна катастрофа и проектират дига с недостатъчна защитна способност.

1. Атомната централа във Фукушима губи всичките си системи за безопасност поради отказ по обща причина. Наводнени са помещенията на всички аварийни дизел-генератори, с което централата губи захранване на всичките си системи за безопасност. В предвид на близостта на океана и евентуална възможност от наводнение на ниските коти на централата е трябвало да бъде предвидена поне една система за надеждно електрозахранване, която да е разположена на кота непозволяваща заливане с вода.

2. Атомната централа не е била оборудвана със системи за изгаряне на водорода при настъпване на тежки аварии. Отсъствието на такива системи в последствие довежда до разрушаване на херметичните обеми в резултат на водородни взривове. За сравнение дори спрените 3 и 4 блок в АЕЦ Козлодуй са оборудвани с пасивни автокаталитични рекомбинатори на водорода.

3. Атомната централа във Фукушима не е била оборудвана със филтърна вентилация за тежки аварии. Наличието на такава система би предотвратила водородните взривове. Системите за филтърна вентилация за тежки аварии са предназначени за вентилиране на херметичните обеми при авария свързана с нарушаване целостта на активната зона, като изсмукващите се газове търпят многократно очистване преди изхвърлянето им в атмосферата. Подобни системи автоматично анализират газовата среда в херметичния обем и управляват газовата среда, чрез добавяне на въздух или пара с цел недопускане на взривоопасни концентрации. На 3 и 4 блок в АЕЦ Козлодуй е монтирана такава система, която работи в автоматичен режим след стартирането си и автоматично управлява газовата среда в херметичните помещения.

5.6 Човешки грешки по време на аварията във Фукушима

1. Земетресението автоматично изключва работещите ядрени реактори, но оперативния персонал не предприема незабавни действия за привеждане на реакторите в студено състояние. Въпреки получените предупредителни сигнали за зараждащо се супер мощно цунами ръководството на централата и висшия оперативен персонал оставят реакторите в горещо състояние. Ако веднага след заглушаването на реакторите е било предприето аварийно разхлаждане и понижаването на налягането в реакторите, то аварията би протекла доста по-леко. Пониженото налягане в реакторите в резултат на разхлаждането би позволило подаване на вода към  реакторите с противопожарни автомобили и би предпазило ядреното гориво от осушаване и стопяване.

2. Операторите са надценили възможностите за разхлаждане на системите за безопасност в режим на пълна загуба на електрозахранване. Тороидалният охладител е функционирал ефективно изключително кратко при създалата се ситуация на невъзможност за охлаждане на водата в него.

3. След изясняване на ситуацията , че ядреното гориво в реакторите е осушено и прегрято и най-вероятно е започнала пароциркониева реакция, не се предприемат адекватни мерки за защита целостта на херметичните обеми. В този момент е трябвало да се предприемат мерки за инертизиране на парогазовата смес в херметичните обеми, чрез подаване на азот. Тази мярка е била предприета след възникналите вече водородни взривове, които са разрушили целостта на херметичните обеми.

5.7 Общ извод от трите аварии

    След анализа на три тежки аварии в атомни централи с различен тип реактори, се стига до извода, че тежка надпроектна авария може да бъде предизвикана, както от надпроектно иницииращо събитие ( аварията във Фукушима ), а така също и от много по-леко проектно събитие, при което са насложени откази на оборудване, грешки на персонала и нарушения на експлоатационните и аварийни инструкции. С цел недопускане на прерастване на проектна авария в надпроектна, а от там и в тежка авария трябва да се знае, че всяко нарушаване на инструкция или регламент е крачка в посока на възможна трагедия с неизвестни последици.