14:30 | 15.10.21

Что защитит вас от радиации после запуска первой узбекской АЭС

Специалист по ядерной энергетике при Академии Наук Узбекистана рассказал специально для издания Взгляд.uz, какие системы безопасности предусмотрены на будущей АЭС и как они работают.

Что защитит вас от радиации после запуска первой узбекской АЭС

В Узбекистане планируется строительство АЭС третьего поколения с ядерным реактором ВВЭР-1200. Кандидат физико-математических наук и заместитель заведующего Отделом Ядерной энергетики и ядерных технологий НИИ Ядерной Физики, Шавкат Маликов, пояснил какие системы безопасности имеются на АЭС именно этой конфигурации. 

Эксперт объяснил как эти системы сдерживают радиацию при нормальной эксплуатации и в случае аварии, а также рассказал про различные практики утилизации ядерных отходов в странах с опытом эксплуатации АЭС.

Вода прошедшая через АЭС и ее безопасность

Для выработки электроэнергии в штатном режиме, на АЭС используется вода, которая нагревается за счет ядерной реакции в реакторе, превращается в пар и вращает турбины, которые и генерируют электричество.

Для предотвращения заражения этой воды на станции используются два так называемых «контура», которые представляют из себя две независимые системы, через которые проходит вода.

Через реактор (первый контур) проходить теплоноситель, в случае ВВЭР-1200 это вода, и она становиться радиоактивной. Это происходит за счет нейтронной активации имеющихся примесей в воде и за счет незначительных утечек продуктов деления из твэлов (тепловыделяющих элементов). Поэтому воду первого контура реактора постоянно очищают от радиоактивных примесей при помощи ионообменных фильтров.

Реактор ВВЭР1200

Вода в первом контуре циркулирует по замкнутому циклу и нагревает воду во втором контуре, однако никак не взаимодействует с ней. Вода во втором контуре моментально вскипает, превращается в пар, крутит турбины и затем возвращается в водоем. Таким образом вода из второго контура остается чистой и не представляет опасности для окружающей среды, что подтверждается сотнями независимых исследований по всему миру.

Чрезвычайные ситуации

В случае аварийной ситуации, такой например как сильное землетрясение, на АЭС активируется система управления и защиты реактора (СУЗ), которая переводит реактор в подкритическое состояние (состояние реактора, когда ядерная реакция заглушена, а идет лишь остаточное тепловыделение). СУЗ позволяет осуществить этот переход с любого уровня мощности при любом исходном регламентном положении поглощающих стержней (ПС), которые контролируют интенсивность ядерной реакции. Это позволяет поддерживать подкритичность при любых авариях, связанных с увеличением реактивности.

Шавкат Маликов подчеркнул, что учитывая актуальность данного вопроса с точки зрения постройки атомной электростанции на территории Узбекистана стоит рассмотреть более подробно особенности системы безопасности имеющиеся в АЭС с ядерным реактором ВВЭР-1200.

Реактор ВВЭР-1200 является реактором поколения 3+ это означает что в его конструкцию заложены дополнительные защитные системы. 

Основными инновациями в системе безопасности АЭС поколения 3+ по сравнению с АЭС второго поколения являются пассивные технологии безопасности, а именно:

  • пассивный отвод тепла;
  • пассивный залив активной зоны;
  • пассивная фильтрация межоболочечного пространства;
  • пассивная локализация и удержания расплавленных материалов активной зоны.

Основное преимущество пассивных технологий безопасности заключается в том что они сработают автоматически вне зависимости наличия или отсутствия электроэнергии. 

Корпус реактора ВВЭР-1200 закреплен так, чтобы исключить возможность его смещения или воздействия на другие строительные конструкции при разрыве главного циркуляционного трубопровода полным сечением, при сейсмических воздействиях, а также при падении самолета и воздействии воздушной ударной волны.

При проектировании строительных конструкций, на которые передается нагрузка от опор корпуса реактора, в качестве проектной аварии рассматривается мгновенный поперечный разрыв главного циркуляционного трубопровода полным сечением в зоне сварного соединения с патрубком корпуса реактора со свободным истечением теплоносителя из реактора и трубопровода.

Реактор сохраняет возможность нормального функционирования в следующих ситуациях:

  • без остановки при землетрясении интенсивностью меньшей или равной 9 баллов;
  • безопасной остановки и последующей выгрузки топлива при землетрясении интенсивностью, превышающей 9 балов;
  • при проектных авариях. 

Назначенный срок службы реактора – 60 лет. Реактор представляет собой вертикальный сосуд высокого давления (корпус реактора с крышкой), внутри которого размещаются внутри корпусные устройства, активная зона, органы регулирования и датчики системы внутриреакторного контроля.

Еще одной особенностью АЭС 3+ поколения является наличие глубокоэшелонированной защиты, то есть каждая система безопасности как минимум дублируются.  

Таким образом АЭС с реактором ВВЭР-1200 позволяет обеспечить гарантированную безопасность при землетрясении силой 9 баллов.

Из выше перечисленных пассивных систем безопасности реактора ВВЭР-1200 ответственными за предотвращению утечки радиации в случае аварии являются:

  • Система пассивной фильтрации межоболочного пространства;
  • Устройство локализации и удержания расплава активной зоны.

Пассивная система фильтрации (ПСФ) межоболочного пространства (МОП) предназначена для организованной очистки протечек через внутреннюю защитную оболочку АЭС в межоболочное пространство перед их выходом в атмосферу в ситуациях нарушения нормальных условий эксплуатации, проектных и запроектных аварий (при отказах активных систем вентиляции межоболочного пространства), которые могут приводить к выходу радиоактивных веществ за предусмотренные проектом границы. 

Система позволяет исключить выход радиоактивности из межоболочного пространства в окружающую среду через наружную защитную оболочку в любых ситуациях, связанных с отказом активной системы спецвентиляции МОП.

В систему пассивной фильтрации протечек из внутренней оболочки входят теплообменные каналы и фильтр с вытяжной трубой. Пространство между наружной и внутренней оболочками контейнмента используется в ПСФ как объем для сбора воды от протечек из внутренней оболочки.

При аварийных течах из реакторной установки в объеме внутренней оболочки повышается давление и возникают протечки радиоактивной среды из этой оболочки в межоболочное пространство, где штатная система вентиляции (в случае ее работы) поддерживает разрежение и направляет протечки воды к фильтру системы нормальной эксплуатации. 

В случае отказа штатной системы вентиляции разрежение в межоболочном пространстве создается ПСФ, которая должна включиться в работу не позже чем через 30 мин после начала аварии. 

Макет узбекской АЭС, которая будет находится в Джизакской области.

Энергией горячего воздуха, движущегося в шахтах и омывающего теплообменные каналы, осушается содержащаяся в протечках капельная влага и происходит нагрев воды от протечек. В элементах ПСФ при этом возникает гравитационная конвекция, создающая разрежение в межоболочном пространстве по отношению к давлению в окружающей воздушной среде. 

Благодаря этому неорганизованный выход радионуклидов через наружную оболочку в окружающую среду без очистки на фильтре исключается.

Устройство локализации и удержания расплава активной зоны (кориума) предназначено для:

  • приема и размещения расплава, твердых фрагментов активной зоны и конструкционных материалов реактора (кориума);
  • устойчивого отвода тепла от кориума к охлаждающей воде;
  • исключения выхода радиоактивности за границы зоны локализации;
  • исключения самопроизвольной цепной реакции в кориуме;
  • минимизации выноса радиоактивных веществ и водорода в
  • пространство герметичной оболочки.

Утилизация ядерных отходов

Отработавшее на АЭС урановое топливо требует особого подхода к хранению и утилизации чтобы избежать загрязнения окружающей среды и заражения людей. Как правило, такие отходы хранятся под водой на протяжении как минимум пяти лет, а затем в сухих хранилищах около 50 лет. Это делается для того, чтобы радиоактивность отработавшего топлива понизилась до уровня, допустимого для захоронения отходов.

Существует два наиболее широко используемых метода захоронения ядерных отходов: близко-земельное и глубоко-геологическое.

При близко-земельном захоронении ядерных отходов, их помещают в специальные сооружения на уровне земли или в специальных туннелях на глубине десятков метров под землей. В первом случае, в сооружения со стенами толщиной порядка нескольких метров помещают контейнеры с отходами, затем помещения засыпаются, запечатываются водонепроницаемой крышкой и снова засыпаются верхним слоем почвы. При захоронении отходов в туннелях, эти туннели прокладываются не с поверхности земли, а почти параллельно ей, например, со склона горы. Это позволяет использовать естественные породы в качестве барьера для радиации.

Подобные сооружения подвержены различным природным факторам и нуждаются в постоянном обслуживании. Поэтому, их используют для материалов с периодом полураспада не более 30 лет (период при котором радиоактивный элемент проходит половину своего цикла трансформации и по истечению которого, его радиоактивность снижается в два раза).

Длительные сроки, в течение которых некоторые отходы остаются радиоактивными, привели к идее их глубокого захоронения в подземных хранилищах в стабильных геологических формациях. Этот способ называют глубоко-геологическим захоронением.

Изоляция обеспечивается сочетанием инженерных и естественных барьеров (камень, соль, глина), и будущим поколениям не передается никаких обязательств по активному обслуживанию объекта. Это часто называют «многобарьерной» концепцией, когда совокупность специальной оболочки контейнеров для отходов, инженерного сооружения и геологии создают барьеры, препятствующие попаданию радионуклидов в окружающую среду и пищевую цепочку. Кроме того, глубокие грунтовые воды обычно лишены кислорода, что сводит к минимуму возможность химической мобилизации отходов.

Глубокое геологическое захоронение является предпочтительным вариантом обращения с ядерными отходами в большинстве стран, включая Аргентину, Австралию, Бельгию, Канаду, Чехию, Финляндию, Францию, Японию, Нидерланды, Республику Корея, Россию, Испанию, Швецию, Швейцарию, Великобританию и США.