Министерство образования и науки Украины ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине «Безопасность и надежность АЭС»

для студентов специальности 8.05060301 «Атомная энергетика»

Одесса: ОНПУ, 2013

Министерство образования и науки Украины ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по дисциплине «Безопасность и надежность АЭС»

для студентов специальности 8.05060301 «Атомная энергетика»

Утверждено на заседании кафедры АЭС (Протокол №3 от 19.12.2013)

Одесса: ОНПУ, 2013

2

Конспект лекций по дисциплине«Безопасность и надежность АЭС» для студентов специальности 7.8.05060301 – Атомная энергетика. Составитель: С.В. Барбашев. – Одесса:

ОНПУ, 2013. - 98 с.

В конспекте лекций изложены цели, задачи, принципы, методы и средства обеспечения безопасности АЭС как объектов повышенной радиационной опасности. Описаны основные аварийные процессы на АЭС, детерминистические, вероятностные и риск-ориентированные методы анализа безопасности. Представлены системы безопасности, методы обеспечения их надежности. Рассмотрены вопросы отказов оборудования и роль человеческого фактора в обеспечении надежности и безопасности ,системэлементов и оборудования .АЭС Проанализированы причины наиболее тяжелых аварий, происшедших на действующих АЭС, и их последствия.

Учебный материал сопровождается рисунками, графиками, таблицами, составленными на основе реальных данных, которые количественно подтверждают общие теоретические положения и обеспечивают их наглядность и достоверность.

В конце каждого раздела приводится перечень вопросов для самоконтроля, которые составляют основу соответствующего тематического модульного контроля.

Конспект лекций, кроме студентов, обучающихся по специальности«Атомная энергетика», также будет полезен и студентам старших курсов разных форм обучения по всем ядерно-энергетическим специальностям.

Составитель: Барбашев С.В., доктор технических наук, профессор. Рецензент: доктор технических наук, профессор А.В. Королев.

3

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................................................................................			6
1. ОСНОВЫ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ......................................			8
1.1	Понятия опасности и безопасности .........................................................................................		8
1.2	Качественный и количественный анализ опасностей..........................................................		11
1.3	Принципы, методы, средства и критерии обеспечения безопасности ................................		13
1.4	Человеческий фактор в обеспечении безопасности.............................................................		14
2 БЕЗОПАСНОСТЬ АЭС. ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ, ПРИНЦИПЫ, ЗАКОНОДАТЕЛЬНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ..............................................................................................................................			16
2.1	Основные принципы обеспечения безопасности АЭС ........................................................		17
2.1.1 Внутренняя самозащищенность .........................................................................................			17
2.1.2 Принцип защиты в глубину (глубокоэшелонированная защита)......................................			17
2.1.3 Обеспечение атомных станций системами безопасности ................................................			19
2.1.4 Принцип единичного отказа ...............................................................................................			20
2.1.4.1 Физическое разделение ....................................................................................................			20
2.1.4.2 Разнотипность оборудования...........................................................................................			20
2.1.5 Соблюдение требований технической, ядерной, радиационной и экологической
безопасности ................................................................................................................................			20
2.1.5.1 Техническая безопасность ...............................................................................................			20
2.1.5.2		Ядерная безопасность .....................................................................................................	21
2.1.5.3		Радиационная безопасность ............................................................................................	21
2.1.5.4 Система радиационно-гигиенических регламентов........................................................			23
2.1.5.5		Экологическая безопасность...........................................................................................	27
2.1.6 Соблюдение принципов культуры безопасности .............................................................			29
2.2	Ядерное законодательство и безопасность ..........................................................................		30
2.2.1 Комплекс нормативно-технических документов в области атомной энергетики ............			31
2.2.2 Международные нормы безопасности ...............................................................................			32
3. ЯДЕРНЫЕ СОБЫТИЯ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ .................................................................			34
3.1	Классификация аварий на АЭС .............................................................................................		34
3.2	Аварийные процессы в реакторе ...........................................................................................		35
3.2.1 Аварии с нарушением активной зоны ................................................................................			37
3.3	Процессы в первом контуре...................................................................................................		40
3.4	Процессы в защитной оболочке (ЗО). Нагрузка на защитную оболочку при аварии с
расплавлением активной зоны ....................................................................................................			42
3.5	Защита персонала и населения в случае аварии на АЭС ......................................................		44
3.6	Оценка ядерных событий.......................................................................................................		47
4 АВАРИИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ ............................................................................................			51
4.1	Авария на реакторе в Уиндскейле , 1957 год.........................................................................		51

4

4.2	Авария на АЭС Three Mile Island (TMI-2), 1979 год.............................................................	52
4.3	Авария на Чернобыльской АЭС, 1986 год ............................................................................	55
4.4	Авария на АЭС «Фукусима-1», 2011 год ..............................................................................	63
5 АНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ ........................................................................................................		71
5.1	Детерминистический подход .................................................................................................	71
5.2	Вероятностная оценка безопасности .....................................................................................	74
5.3	Достоинства и недостатки вероятностного и детерминистического анализов ..................	77
5.4	Подход к оценке безопасности, основанный на определении риска ...................................	78
5.5	Критерии безопасности..........................................................................................................	79
5.6	Деревья событий ....................................................................................................................	79
5.7	Отказы по общей причине ....................................................................................................	81
5.7.1 Классификация отказов по общей причине и возможные их источники .........................		82
5.7.2 Примеры отказов по общей причине ..................................................................................		82
5.7.3 Меры по устранению отказов по общей причине ..............................................................		83
5.7.4 Количественная оценка отказов общего вида ....................................................................		83
5.8	Деревья отказов ......................................................................................................................	84
5.8.1 Разработка дерева отказов ..................................................................................................		85
5.8.2 Общие принципы построения дерева отказов ...................................................................		86
5.8.3 Основные положения и правила построения деревьев отказов ........................................		87
5.8.4 Условные обозначения элементов в деревьях отказов ......................................................		88
5.9	Риск от АЭС ...........................................................................................................................	91
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЙСТВУЮЩИХ ЯЭУ ................................................................................		93
6.1. ЯЭУ с реактором ВВЭР-1000 ..............................................................................................		93
6.2	Системы безопасности. Классификация и состав .................................................................	94
6.2.1 Защитные системы безопасности .......................................................................................		94
6.2.2 Локализующие системы безопасности ...............................................................................		94
6.2.3 Обеспечивающие системы безопасности ...........................................................................		94
6.2.4 Управляющие системы безопасности ................................................................................		94
6.3	Описание систем безопасности .............................................................................................	94
6.3.1 Система аварийного останова реактора .............................................................................		94
6.3.2 Система аварийного охлаждения активной зоны ..............................................................		95
6.3.3 Защитная оболочка ..............................................................................................................		95
6.4	Аварийные режимы................................................................................................................	95
ЛИТЕРАТУРА.................................................................................................................................		98

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Весной 2011 года произошло событие, которое заставило людей в разных странах мира вновь обратить внимание на атомную энергетику и возможность дальнейшего использования ядерной энергии для производства электричества и тепла. Таким событием стала авария на японской АЭС «Фукусима-1», которая произошла в марте 2011 года в результате землетрясения и последовавшего за ним цунами.

Мир перестал говорить «оядерном ренессансе» и все больше начал склоняться к свертыванию атомной энергетики, к закрытию АЭС в тех странах, где она есть, приостановке строительства новых АЭС. Общественное мнение, как и после Чернобыльской аварии, снова

оказалось неблагоприятным для ,техкто выступает	за	развитие ядерно-энергетических
технологий.
Прошло более двух лет после японских событий и во многих странах, которые сначала
были склонны к отказу от АЭС, снова заговорили	о	необходимости развития атомной

энергетики, как основного экономически выгодного и экологически приемлемого источника энергоснабжения.

Украина не меняла и не меняет своих пла, направленныхов на развитие атомной энергетики, так как руководство страны и отрасли четко осознают, ч о для нее, как и для других стран с ограниченными запасами ископаемого топлива, нет экономически оправданной альтернативы атомной энергетике. При этом развитие атомной энергетики связывается, прежде всего, с решением задач, направленных на обеспечение всех составляющих безопасного функционирования ядерных установок. Поэтому сегодня во всех странах, эксплуатирующих ядерные установки, большое значение придается вопросам их безопасности и надежности.

Особое внимание при реализации программы и планов по обеспечению и повышению безопасности АЭС уделяется подготовке специалист, ковторые придут работать на предприятия ядерной отрасли, особенно в области безопасности и надежности ядерных энергетических установок.

Настоящий курс лекций по дисциплине«Безопасность и надежность АЭС» и был

составлен с целью		дать студентам, обучающимся по специальности«Атомная энергетика»,
такой объем знаний,		который позволит им ориентироваться в современных методах и способах
обеспечения безопасности АЭС и в дальнейшем применять их на практике.
Материал	курса		учитывает	современные	рекомендации	, МАГАТЭтребования
государственных	и отраслевых нормативных и				регламентных документов по , ядер

радиационной и экологической безопасности ядерно-энергетических установок различного назначения.

В первой части курса лекцийдается общее представление о безопасности различных технологических процессов. Вводятся понятия опасности, безопасности и риска. Перечислены

принципы, методы,	средства и критерии обеспечения	безопасности. Раскрывается роль
человеческого фактора в обеспечении безопасности.
Вторая часть	лекций посвящена непосредственно	безопасности АЭС. Подробно

изложены цели, задачи и принципы обеспечения безопасности АЭС. Приведено описание национальной и международной законодательной и нормативной базы в области безопасности.

В третьей части рассмотрены ядерные события и их классификация. Подробно излагаются вопросы аварийных процессов в реакторе, в первом контуре, в защитной оболочке, методы защиты персонала и населения в случае аварии на АЭС.

В четвертой части описаны и проанализированы тяжелые аварии на чет действующих АЭС: в Уиндскейле, на TMI-2, на ЧАЭС и на АЭС «Фукусима-1».

Пятая часть содержит материал по детерминистическим, вероятностным и рискориентированным методам анализа безопасности. Излагаются общие принципы построения деревьев событий, деревьев отказов и определения риска от .АЭСПриводятся критерии безопасности.

6

В шестой части описаны общая	схема	АЭС с реакторами -1000,ВВЭРсистемы
безопасности (защитные, локализирующие,	обеспечивающие и управляющие) и аварийные
режимы АЭС.
Учебный материал сопровождается рисунками, графиками, таблицами, составленными
на основе реальных данных, которые количественно		подтверждают общие теоретические

положения и обеспечивают их наглядность и достоверность.

В конце каждого раздела приводится перечень вопросов для самоконтроля, которые составляют основу соответствующего тематического модульного контроля.

Конспект будет полезен, кроме студентов, обучающихся по специальности«Атомная энергетика», и студентам старших курсов других ядерно-энергетических специальностей.

Автор

7