3. ЯДЕРНЫЕ СОБЫТИЯ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

3.1 Классификация аварий на АЭС

При остром дефиците времени, характерном для крупных радиационных аварий, исключительное значение имеет стратегия оценки радиационной обстановки по данн радиационного контроля и принятия решений об адекватных защитных мероприятиях. С целью определения такой стратегии, а также оповещения о масштабах аварии, действующими нормативными документами Украины и документами МАГАТЭ выделяются различные типы аварий.

Масштаб радиационной аварии определяется размером территорий, а также численностью персонала и населения, которые в нее вовлекаются. По своему масштабу радиационные аварии подразделяются на два крупных класса: промышленные и коммунальные.

Кклассу промышленных аварий относятся такие радиационные аварии, последствия которых не распространяются за пределы территорий производственных помещений промышленной площадки объекта, а аварийному облучению может подвергаться только персонал.

Кклассу коммунальных аварий относятся радиационные аварии, последствия которых не ограничиваются помещениями объекта и его площадки, а распространяются на окружающие территории, где проживает население. Последнее становится, таким образом, объектом реального или потенциального аварийного облучения.

По масштабу коммунальные радиационные аварии более детально подразделяются на:

–локальные, если в зоне аварии проживает население с общей численностью до десяти тысяч человек;

– региональные, при которых в зоне аварии оказываются территории несколь населенных пунктов, один или несколько административных районов и даже областей, а общая численность вовлеченного в аварию населения превосходит десять тысяч человек;

–глобальные — это коммунальные радиационные аварии, в последствия которых вовлекается значительная часть (или вся) территория страны и ее населения.

Вразвитии коммунальных радиационных аварий выделяют три основных временных фазы аварии:

–ранняя (острая) фаза аварии;

–средняя фаза аварии или фаза стабилизации;

–поздняя фаза аварии или фаза восстановления.

Период ранней фазы аварии включает следующие события:

– газо-аэрозольные выбросы и водные сбросы радиоактивного материала с аварийного источника;

–процессы воздушного переноса и интенсивной наземной миграции радионуклидов;

–радиоактивные осадки и формирование радиоактивного следа.

Все виды вмешательств в период ранней фазы аварии носят срочный характер.

Кособенностям средней фазы аварии относят:

–сравнительно быстрое снижение мощности поглощенной в воздухе дозы внешнег гамма-излучения на местности (почти в 10 раз за период продолжительностью 1 год после начала этой фазы);

–преобладание корневого типа загрязнения сельскохозяйственной продукции(зеленые овощи, злаки, ягоды, молоко и мясо) над поверхностным за счет корневого перехода радионуклидов в траву пастбищ.

Все виды вмешательств в период средней фазы аварии, в большинстве случаев, относятся к долговременным.

34

Поздняя фаза начинается через 1—2 года после начала аварии. Вмешательства на поздней фазе аварии носят исключительно долговременный характер.

Аварии на АЭС подразделяют на проектные и запроектные.

Проектная авария — авария, для которой проектомопределены исходные события и конечные состояния и предусмотрены системы безопасности, обеспечивающие с учетом принципа единичного отказа систем безопасности или , инезависимой от исходного события ошибки персонала, ограничение ее последствий установленными для таких аварий пределами.

Запроектная авария — авария, вызванная не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями или сопровождающаяся дополнительными по сравнению с проектными авариями отказами систем безопасностисверх единичного отказа, реализацией ошибочных решений персонала, которые могут привести к тяжелым повреждениям или к расплавлению активной зоны. Уменьшение последствий запроектной аварии достигается управлением аварией и/или реализацией планов мероприятий по защите персонала и населения.

Аварийная ситуация — состояние АЭС, характеризующееся нарушением пределов и/или условий безопасной эксплуатации, не перешедшее в аварию.

Экспериментально установлено, что в случае самой тяжелой из возможных аварий в механическую энергию взрыва может перейти лишь1 % энергии делящихся ядер. Главная потенциальная опасность АЭС в случае аварии обусловлена, основном, выбросом в окружающую среду радиоактивных продуктов деления, накопленных в реакторе за время его работы.

3.2 Аварийные процессы в реакторе

Общие положения

Термин аварийный переходный процесс применяется к состоянию реактора значительном отклонении от нормального значения любого основного параметра реактора. В

аварийные переходные процессы можно включить все	ситуации, которые приводят к
нарушению баланса между энерговыделением в топливе и отводом тепла от него.
Аварийные переходные процессы возникают вследствие	ошибки оператора или отказа

оборудования. Многие аварийные переходные процессы устраняются системой управления реактора, которая возвращает реактор в нормальное эксплуатационное состояние. Другие процессы могут оказаться вне сферы действия системы управления ,реактораи тогда потребуется останов реактора системой аварийной защиты во избежание повреждения твэлов или системы первого контура.

При анализе безопасности основное внимание уделяется неуправляемому увеличению мощности в активной зоне реактора(генерации тепла), уменьшению расхода теплоносителя (теплоотводу) и повышению давления в системе первого контура. Любая из этих ситуаций потенциально может быть результатом отказа оборудования или ошибки персонала, и все они

представляют	потенциальную	опасность	для активной зоны реактора	и	системы перво
контура.
Отдельно	рассматривают	аварии с	потерей теплоносителя, хотя и	в	этом случае в

условиях нарушения системы первого контура задача сводится к обеспечению теплоотвода в условиях временной потери теплоносителя, чтобы сохранить или по крайней мере минимально повредить твэлы — первый барьер безопасности и, таким образом, обеспечить контроль над

большей частью радиоактивных продуктов, образовавшихся в активной зоне.
Рассмотрим контролируемые аварийные процессы, т. е. процессы, развивающиеся	в

условиях действия как внутренних свойств самоограничения и саморегулирования, так и действия защитных систем (проектные аварии).

При анализе аварийных процессов, формулировании требований к защитным системам и установкам необходимо иметь данные о допустимых значениях параметров, характеризующих состояние элементов активной зоны и оборудования систем теплопередающих контуров ЯЭУ, в

35

первую очередь системы первого контура. Для твэлов — это температура топлива, температура оболочки, запас до кризиса теплоотдачи, температура физико-химических процессов, тепловой поток. Для контура — это давление, температура, запас до хрупкого разрушения, перепады давления и др. Предельно допустимые значения параметров устанавливаются на основе экспериментальных данных по поведению материалов, элементов, оборудования и систем.

Перечень типичных исходных событий для реактора типа ВВЭР

Наименование исходного события

Причины возникновения

Аварии с изменением реактивности

Непреднамеренное

извлечение

группы

Ошибки

оператора; самопроизвольный

подъем

рабочих

органов

из активной зоны при рабочих органов из-за отказов в аппаратуре

различных состояниях реактора(пуск,

работа на мощности)

Разрыв чехла привода СУЗ

Выброс рабочего органа

Падение рабочего органа

Обрыв

цепи питания рабочего органа; обрыв

штока, соединяющего рабочий орган с приводом,

или самопроизвольное расцепление

Уменьшение

концентрации

борнойОтказы в системе борного регулирования,

кислоты в теплоносителе

ошибки персонала

Подпитка первого контура«холодной»

Ошибки персонала

водой

первогоОшибка персонала

Ввод

неработающей

петли

контура

с

нарушением

регламента

(заброс «холодной» воды)

Отказ узла сцепления

Падение перегружаемой ТВС в реакторе

Ошибочное извлечение органа СУЗ при

Ошибка персонала; отказ в системе управления

перегрузке

Разрыв

паропровода; отказы

в

системе

Увеличение теплоотвода от реактора

питательной воды, приводящие к уменьшению

температуры

питательной

воды, увеличению

расхода питательной воды; отказ регулятора

давления пара, приводящий к увеличению расхода

пара; ложное

срабатывание

предохранительного

клапана

на

парогенераторе

или

сбросно

устройства (БРУ и др.)

Наименование исходного события				Причины возникновения
Аварии с потерей теплоносителя (нарушение герметичности первого контура)
Разгерметизация					материала	трубопровода, дефект
	трубопроводовСтарение
первого контура различной степени			изготовления,		термомеханические		циклические
			нагрузки
Разрыв чехла привода СУЗ			То же
Межконтурная	разгерметизация» »
парогенератора		открытиеЛожное срабатывание управляющей системы; ошибки
Непреднамеренное
предохранительного клапана			персонала; затопление или запаривание помещений
			систем электроснабжения

36

Наименование исходного события		Причины возникновения
Аварии с нарушением теплоотвода от реактора или активной зоны
Обесточивание	собственных нуждОтказы		в	системе		электроснабжения ;		АСошибки
АС		персонала;		пожар		в	помещениях			си
		электроснабжения
Потеря электрической нагрузки		Повреждение		линий		электропередачи; отказы			в
		системе электропитания; отказы турбогенераторов или
		вспомогательных			систем;		ошибочные	действия
		персонала
Прекращение	подачи питательнойВыход		из	строя		конденсатных или		питательных
воды		насосов;	непреднамеренное				закрытие	арматуры;
		ошибочные действия персонала; разрыв трубопровода
		питательной воды; отказы вспомогательных систем
Наименование исходного события		Причины возникновения

Аварии с нарушением теплоотвода от реактора или активной зоны (продолжение)

Снижение потребления пара				Отказ регулятора давления ,параприводящий				к
				уменьшению	расхода пара; отключение турбины
				(закрытие стопорного клапана); ошибочное закрытие
				главных паровых клапанов; исчезновение вакуума в
				конденсаторе
Снижение	расхода	теплоносителяОбесточивание			одного	или	нескольких ;			ГЦ
первого контура				заклинивание	одного	; ГЦНнепреднамеренное
				закрытие главной запорной задвижки
Ухудшение теплоотвода от ТВС				Уменьшение	проходного	сечения	ТВС	за		сч
				распухания,
				попадания примесей теплоносителя или посторонних
				предметов

Наряду с перечисленными событиями рассматриваются внешние и внутр воздействия: землетрясение, пожар в помещениях АЭС и др. Характер протекания аварийных ситуаций при указанных воздействиях сводится в конечном итоге к рассмотренным выш классам.

3.2.1 Аварии с нарушением активной зоны

В настоящее время уделяется большое внимание проблеме предотвращения тяжелых аварий и смягчению их последствий.

Считается, что частота серьезных повреждений активной зоны должна быть не более10 5 на реактор в год, а частота значительного выброса радиоактивных веществ в атмосферу после аварии реактора не должна превышать 10б на реактор в год.

Выполнение этих требований предполагает глубокий и всесторонний анализ целого ряда физико-химических, теплогидравлических, механических задач, математическое и физическое моделирование процессов. В частности, рассматриваются процесс осушения активной зоны, разрушения и плавления твэлов и других компонентов ,ТВСвыход и перенос продуктов деления в первом контуре и защитной оболочке. Физико-химические процессы взаимодействия

37

пара с топливом, топлива с корпусом реактора, внутрикорпусными				конструкциями и
фундаментом, повреждающие	воздействия	на	защитную	оболочку	механиче,
термического и импульсного характера, имеют определяющее значение.

Аварийные цепочки, в которых события находятся под контролем систем безопасности, не приводят к плавлению зоны. Лишь в сценариях с разрушением или отказом систем безопасности имеют место тяжелые аварии.

Значительные повреждение, разрушение, плавление активной зоны(тяжелые аварии) возможны при возникновении не предусмотренного проектом события или при непроектном протекании аварийной ситуации.

С точки зрения радиационных последствий наиболее вероятными являются следующие аварии с разрушением активной зоны:

— авария с потерей теплоносителя, сопровождающаяся отказом активных систем аварийного охлаждения (рис. 3.1):

РИС 3.1. СХЕМА РАЗВИТИЯ НЕКОНТРОЛИРУЕМОЙ АВАРИИ С ПОТЕРЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

— авария с потерей источников энергоснабжения (штатного и аварийного) (рис. 3.2):

РИС 3.2. СХЕМА ГИПОТЕТИЧЕСКОЙ АВАРИИ С ПОТЕРЕЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

— аварийные переходные процессы без останова реактора(с несрабатыванием A3), в

частности обесточивание всех ГЦН с отказом аварийной защиты (рис. 3.3)

38

РИС 3.3. СХЕМА РАЗВИТИЯ ГИПОТЕТИЧЕСКОЙ АВАРИИ ПРИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ С НЕСРАБАТЫВАНИЕМ АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ

— аварии с нарушением реактивности (рис. 3.4)

РИС 3.4. СЦЕНАРИЙ РЕАКТИВНОСТНОЙ АВАРИИ С РАЗРУШЕНИЕМ АКТИВНОЙ ЗОНЫ

Выделение продуктов деления и удержание их в первом контуре

Необходимо учитывать две категории выхода радиоактивных веществ:

– из топлива во всем диапазоне возможных температур в пр конструкционных материалов и пара;

– из топлива в условиях воздействия на бетон.

Выход продуктов деления из топлива.

Выделение продуктов деления из топлива на начальном этапе опр микроструктурой топлива, его температурой и глубиной выгорания. Инертные радиоактивные газы (ИРГ), главным образом Хе и Кг, относительно легко выходят из топлива вместе с летучими элементами J и Cs.

Чем больше температура и выгорание топлива, тем больше выход указанных продуктов деления. Выход их начинается при достижении температуры оксидного топлива примерно

1000° С.

39