
- •Глава 1 7
- •Глава 2 59
- •Глава 3. 109
- •Введение
- •1.1.1. Избыточная реактивность
- •1.1.2. Остаточное тепловыделение и концентрация р/а продуктов в активной зоне реактора
- •1.1.3. Запасенная неядерная энергия
- •1.2. Возможные способы проявления опасностей
- •1.2.1. Авария на tmi
- •1.2.2. Авария на IV блоке Чернобыльской аэс. Выводы и уроки
- •Как начиналась и протекала авария
- •Общие выводы по аварии
- •1.2.3. Общие выводы по двум авариям
- •1.3. Основные принцины безопасности
- •1.3.1. Основные цели безопасности
- •1.3.2. Фундаментальные принципы Принцип управления
- •Принцип глубокоэшелонированной защиты
- •Технические принципы
- •1.4. Регламент обеспечения безопасной работы яэу
- •1.4.1. Нормативно-техническая документация
- •1.4.2. Общие требования нормативных документов
- •1.4.3. Общие требования к системам воздействия на реактивность
- •1. Никакие операции с реактором, могущие привести к росту коэффициента размножения, нельзя производить, если реактор незащищен.
- •Необходимо быть уверенным в защите реактора.
- •4. Чтобы манипуляции с реактором не приводили его в надкритическое состояние на мгновенных нейтронах
- •1.4.4. Специфика критстендов
- •1.4.5. Специфика исследовательских реакторов и ру ас
- •1.5. Влияние человеческого фактора на безопасность яэу
- •1.5.1. Роль персонала при обеспечении безопасности яэу
- •1.5.2. Ошибки персонала и способы их предотвращения
- •1.5.3. Управляющие воздействия персонала при аварии
- •2.2. Элементы теории вероятностей
- •2.2.1. Случайные события
- •2.2.2. Свойства частот. Вероятность события
- •2.2.3. Операции над событиями
- •2.2.4. Формула Байеса. Проверка гипотез
- •2.2.5. Независимость событий
- •2.2.6. Вероятностные схемы классическая схема
- •(Геометрические вероятности)
- •2.2.7. Вероятностные характеристики случайных величин
- •Законы распределения
- •Характеристические свойства законов распределения
- •2.3. Деревья отказов и деревья событий
- •2.3.1. Деревья событий
- •2.3.2. Деревья отказов
- •2.4. Основные понятия теории надежности
- •2.4.1. Качественное определение надежности
- •2.4.2. Количественные характеристики надежности
- •2.4.3. Простейшие потоки событий. Пуассоновский поток событий (отказов)
- •2.4.3. Структурная надежность
- •Последовательное соединение
- •Параллельное соединение
- •Надежность системы с зависимыми элементами
- •Резервирование переключением на запасной элемент (холодный резерв)
- •Резервирование по методу голосования
- •2.4.4. Расчет норм надежности
- •3.2. Модели типа "параметр-граница работоспособности"
- •3.2.1. Общая модель
- •3.2.2. Частные случаи
- •3.2.3. Задание определяющих параметров
- •3.2.4. Теплотехническая надежность активной зоны
- •3.3. Постепенное накопление дефектов. Процессы накопления
- •3.3.1. Приближение нулевой скорости роста дефекта при нормальном режиме и мгновенного скачка при выходе определяющего параметра за допустимые пределы
- •3.4. Распределение амплитуд флуктуации определяющих параметров
- •3.4.1. Первая модель
- •3.4.2. Вторая модель
- •Рекомендуемая литература с комментарием
1.1.3. Запасенная неядерная энергия
Факторы опасности, связанные с запасенной неядерной энергией, можно считать сопутствующими (необязательными) для ядерной энергетики. Они возникают в связи со способами превращения произведенного в реакторе тепла в полезную работу.
Энергия давления реакторной среды. Если ЯЭУ производит электроэнергию в паросиловом цикле, то повышение давления (а следовательно, температуры) пара – радикальное средство повышения КПД установки. Однако это может вызвать разрыв конструкции, удерживающей давление, из-за развития дефектов в материале. Таким образом, повышенное давление теплоносителя – прямой источник аварийного процесса.
Борьба с этим фактором опасности может идти по двум направлениям:
- использование не менее двух контуров охлаждения и применение в первом контуре теплоносителей с высокой температурой кипения, а значит не требующих создания больших давлений в контуре;
- использование безмашинных (прямых) способов производства электроэнергии.
Химическая энергия. В ряде случаев для повышения экономичности ЯЭУ разработчикам приходится использовать материалы, которые в контакте между собой или с окружающим воздухом при определенных условиях могут вступать в экзотермические (с выделением энергии) химические реакции. Приведем несколько примеров.
В
реакторах типа ВВЭР и РБМК в качестве
конструкционного материала широко
используется циркалой (Zr+1
3%
Nb).
Этот материал хорош для реакторов на
тепловых нейтронах во всех отношениях,
кроме одного
– переход
температурного "порога" в ~ 400°С
становится губительным для твэлов из-за
бурного взаимодействия Zr
с водой. Использование графита в
водографитовых реакторах (ВГР) типа
РБМК в качестве замедлителя требует
поддержания нейтральной атмосферы в
кладке, т.к. попадание в нее кислорода
при высокой температуре
(~ 700°С) вызовет горение графита.
В действующих реакторах на быстрых нейтронах (БН) теплоносителем первых двух контуров является натрий, бурно взаимодействующий с водой, если происходит нарушение разделительных поверхностей в парогенераторе.
Потенциальная опасность подобных химических реакций высока еще и потому, что в них могут быть вовлечены большие массы теплоносителя, замедлителя или конструкционных материалов. Оценки показывают, что при взаимодействии циркония с водой может выделиться суммарная энергия ~ 1011 Дж, горение графита выделит ~2·1013 Дж, а взаимодействие Na с водой выделит ~1.5·1013 Дж энергии.
Резюме. Таким образом, при оценке потенциальных опасностей ядерной энергетики и принятии мер по обеспечению безопасности, необходимо считаться со специфическими для этой отрасли опасностями (запас реактивности, р/а продукты, остаточное энерговыделение), а также с опасностями экзотермических химических реакций, а также запасенных потенциальных энергий сосудов под давлением и кинетических энергий движущихся частей.
1.2. Возможные способы проявления опасностей
В ядерных реакторах для безопасной их работы должны контролироваться и соблюдаться два типа балансов:
- баланс между рождением и исчезновением нейтронов;
- баланс между производством и уносом тепла.
За счет эффектов обратных связей по реактивности эти два типа балансов могут взаимно влиять друг на друга, как в нормальных, так и в аварийных режимах. В зависимости от того, нарушение какого из балансов явилось первопричиной, аварии подразделяются на два вида:
1) реактивностная (непредусмотренный рост мощности за счет нарушения нейтронного баланса);
2) тепловая (с нарушением теплоотвода от твэлов).
Известны две крупные катастрофы в ядерной энергетике, являющиеся классическими примерами аварий обоих названных видов: на Tree Mail Island (TMI) в США – авария с нарушением теплоотвода от твэлов, на IV блоке Чернобыльской АЭС – реактивностная авария.
Следует рассмотреть течение этих двух аварий. Это даст возможность увидеть, что, как правило (в 70% случаев), аварии происходят или по вине человека, или из-за технических отказов, но сопровождающихся ошибками человека. Поскольку хронологическое течение обеих аварий описано достаточно подробно во многих руководствах, основное внимание здесь будет уделяться инженерно-физическим особенностям причин и следствий отказов и ошибок проектировщиков и персонала.