Оценочные характеристики выхода продуктов деления при плавлении активной зоны приведены в табл. 3.1:

Таблица 3.1 — Характеристика выхода продуктов деления из активной зоны реактора PWR при расплавлении (доля выхода) *

По	имеющимся	оценкам, выделение основной массы продуктов деления успевает
произойти	за 1—2 ч	до разрушения корпуса реактора в результате проплавления. Форма

существования указанных продуктов деления — пар и аэрозоли. Cs, J и Те имеют достаточно низкую температуру кипения и присутствуют в виде пара или летучих соединений. Основные химические формы существований цезия и йода в рассматриваемых условиях: CsJ (иодид цезия) (99% выделившегося йода), CsOH (гидрооксид цезия).

3.3 Процессы в первом контуре

Перенос продуктов деления в первом контуре.

Значительная часть материалов расплавившейся активной зоны остается в первом контуре в результате конденсации аэрозолей и осаждения на относительно холодных поверхностях трубопроводов и ПГ, химических реакций с поверхностью контура (хемосорбция).

Выделяющиеся при плавлении радиоактивные продукты транспортируются газовыми потоками пара и водорода, интенсивность которых возрастает при попадании фрагментов активной зоны в воду, оставшуюся на днище реактора. Затем большая часть активной зоны и опорных конструкций рушится вниз, осушая корпус реактора. До момента разрушения днища

корпуса реактора вынос происходит вследствие термического					расширения. Послегаза
разрушения	корпуса	вследствие	остаточного	тепловыделения	в	продуктах,	д
отложившихся на поверхностях первого контура, возможно повторное испарение некоторых из

них, перенос по контуру или вынос с небольшой скоростью за его пределы.

Концентрация выделяющихся из активной зоны радиоактивных веществ, время их задержки в первом контуре находятся в зависимости от расхода газовых потоков, выходящих из контура. Временные характеристики последовательности событий для одного из сценариев

тяжелой аварии на реактореPWR приведены	ниже: (Сценарий аварии — см. в сноске к
табл. 3.1).
Аварийное событие	Время, мин

Обнажение зоны……………………………………..149

Начало выделения материалов зоны……………….167

* Сценарий аварии: переходный режим, сопровождающийся полной потерей электропитания, отказ питательных насосов и САОЗ; теплоноситель выкипает через предохранительный клапан, что в конечном счете ведет к обнажению зоны и ее плавлению при высоком давлении в контуре.

40

Начало плавления зоны……………………………..187

Обрушение зоны…………………………………….230

Осушение днища реактора………………….………230

Разрушение корпуса……………………………...…245

Ниже перечислены некоторые химические эффекты и виды взаимодействий, которые с большой вероятностью могут происходить с участием продуктов деления от момента и выделения из топлива до выхода за пределы реактора:

–окисление циркония паром (1000°С), выделение водорода;

–окисление стали паром (1400° С), выделение водорода;

–гидролитическое окисление карбида бора. Образование летучей окиси бора;

–образование низкоплавких сплавов циркония при взаимодействии нержавеющая сталь — цирконий;

–образование сплавов с низкой температурой плавления и их капельное стекание;

–образование эвтектики в результате взаимодействия циркония и окиси урана (1750° С).

Удержание продуктов деления в первом контуре.

Наиболее эффективный механизм удержания аэрозолей в первом контуре — гравитационное осаждение, особенно при низких скоростях парогазового потока, когда отдельные частички успевают слиться и достичь размеров более 1 мкм.

Выход продуктов деления в ЗО.

Общим результатом указанных процессов является то, что в атмосферу30 попадает (в виде аэрозольных частиц) 1—2% массы материалов активной зоны. 3—6% от этой массы являются радиоактивными. Инертные радиоактивные газы выходят полностью. Расчетный максимальный выход летучих соединений продуктов деления для типичногоPWR составляет: CsOH — 130 кг; CsJ — 25 кг, Те — 26 кг. Масса аэрозолей других материалов 2800 кг. Динамика выхода радиоактивных аэрозолей 30в показана на рис. 3.5. Выход летучих соединений в основном происходит в течение первого часа после расплавления активной зоны.

РИС 3.5. ДИНАМИКА ВЫХОДА РАДИОАКТИВНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ ИЗ ПЕРВОГО КОНТУРА В ЗО (РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ)

41

3.4 Процессы в защитной оболочке(ЗО). Нагрузка на защитную оболочку при аварии с расплавлением активной зоны

Воздействие на ЗО в ходе тяжелой аварии

Нагрузка на ЗО вызывается первоначально воздействием выброшенного из реактора пара, позднее — остаточным тепловыделением вышедших продуктов деления. Повышенное давление создается неконденсирующимися газами — Н2, СО, СО2.

Тепловое воздействие на первый контур начинается в процессе оголения и разогрева активной зоны. Тепло подводится к конструкциям вне зоны и верхней части корпуса реактора от активной зоны потоками горячего пара и водорода, циркулирующими за счет естественной

циркуляции. Этот процесс в РУ способен передать значительное количество тепл поверхностям первого контура и ЗО и является возможной причиной термического разрушения.

Водород, образовавшийся при аварии, может загореться в ЗО, как это случилось на ТМА, или даже сдетонировать, как на АЭС «Фукусима-1», что приведет к более тяжелым последствиям из-за образования ударной волны большого избыточного давления и высокой температуры.

Паровые взрывы в результате взаимодействия фрагментов и расплава зоны с водой также являются потенциальным источником разгерметизации ЗО (авария на ЧАЭС).

Взаимодействие	бетона	с	расплавом	является	источником образования
большого количества горючих газов и выноса аэрозолей.
Вторичные эффекты. Возможно воздействие на ЗО быстролетящих предметов,
возникающих в результате, например, парового взрыва.
Разгерметизация 30.
Наиболее опасной с		точки	зрения	радиационных	последствий является

(одновременно с выбросом из реактора или в пределах1—2 ч после него) и большая по масштабу разгерметизация ЗО. Такое повреждение ЗО крайне маловероятно для водо-водяных реакторов. Более разгерметизация ЗО по имеющимся в ней проходкам при достижен определенного (проектного) внутреннего давления в ней. По самым консервативным оценкам, для ЗО существующих АЭС это может произойти не ранее, чем через одни сутки после начала аварии.

Основная доля неопределенности в оценке радиационных последствий тяжелых аварий связана с невозможностью точно рассчитывать площадь и время возникновения повреждений в ЗО с учетом наличия в ней нескольких сотен проходок, а также действия всех видов аварийных нагрузок.

Считается, что при аварийном повышении давления и температуры в ЗО произойдет разгерметизация относительно небольшого масштаба в результате частичного повреждения уплотнений проходок в 30 или появления трещин в ней (модель «протечка до разрыва»). Например, применительно к западно-германским PWR появление в ЗО неплотности сечением всего 20 см2 уже исключает дальнейший рост давления в оболочке и возможность ее прорыва до большого сечения.

До момента повреждения 30 должна сохранять нормируемый уровень герметичности от 0,1 до 1 % в сутки.

Если ЗО сохраняет при аварии проектную герметичность, то радиационные последствия для окружающей среды и населения— минимальные. При повреждениях локализующие свойства 30 определяются не столько видом и масштабом ее разгерметизации, сколько временем задержки между повреждениями первого контура и ЗО, а также наличием в ЗО хотя бы пассивных систем выведения радиоактивности. Расчетные исследования различных вариантов аварийных событий показывают, что давление разгерметизации в30 достигается спустя много часов после разрыва первого контура.

42

Байпасирование ЗО.

Если одним из последствий аварии является обход(байпасирование) ЗО, то продукты деления попадают во вспомогательные здания либо в атмосферу. Путь к выбросу в атмосферу при байпасировании ЗО состоит из многих помещений, в которых продукты деления будут задерживаться. Тем не менее ситуация с байпасированием ЗО дает, по оценкам, наибольший выход продуктов деления в окружающую среду. Обход ЗО может произойти несколькими путями. Один из путей связан с переопрессовкой САОЗ полным давлением первого контура, когда пар высокого давления попадает в систему низкого давления и приводит к разрушению той ее части, которая расположена вне ЗО, например во вспомогательном здании.

Незакрытие изолирующих клапанов в проходах ЗО также может служить причино

обхода ЗО. Учитывается также	ситуация с разгерметизацией(большого числа) трубок ПГ, в
результате которой может	произойти сообщение первого контура	с машинным.	з
Считается, что все эти ситуации могут быть достаточно эффективно		предотвращены	ил
сведены к минимуму соответствующими техническими и организационными мероприятиями.

Выброс из ЗО.

Аварии реакторов, которые в принципе могут привести к значительному выбросу в окружающую среду радиоактивных продуктов, — это аварии, при которых происходит значительное повреждение топлива в сочетании с одним из трех видов возможного отказа ЗО:

–нарушение целостности ЗО на ранней стадии аварии;

–разгерметизация ЗО и выброс радиоактивных продуктов на более поздней стадии;

–выход радионуклидов минуя ЗО (байпасирование).

Причинами повреждения ЗО считаются паровые взрывы в корпусе реактора, горение или

детонация водорода, образовавшегося в ходе аварии, превышение				давления	парогазовой
смеси в	защитной оболочке и прямой нагрев ее атмосферы.
Появление в		ЗО неплотности малого сечения, например, около 20 см2, уже исключает
дальнейший рост		давления в оболочке и	возможность ее прорыва до		большого . сечен
Связанное	с этим замедление утечки		радиоактивных	аэрозолей	наружу приво

существенному снижению общей активности выброса за счет осаждения аэрозолей поверхностях ЗО и улавливания в водяных объемах.

С учетом неопределенностей верхняя оценка выхода радиоактивных продуктов деления за пределы ЗО составляет 103 — 104 количества их в материалах активной зоны.

Выброс зависит от сценария аварии, масштаба и времени повреждения ЗО.

РИС 3.6. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И СОБЫТИЯ, УЧИТЫВАЕМЫЕ В ТЯЖЕЛОЙ АВАРИИ С ПЛАВЛЕНИЕМ АКТИВНОЙ ЗОНЫ

43