Гордон Безопасност ядерныкх обектов 2014

тивной зоны, считаются для новых установок «проектными».То есть идеология формирования и использования предложений сходна. Рекомендации формируются на этапе научных исследований, предусмотренных проектом реакторной установки. И они не являются нормативными или обязательными, а служат ориентирами, целями, которые можно поставить уже сегодня и которые «сформулированы в качестве ожидаемых улучшений по сравнению с существующими реакторами» [96].

В табл. 6.1 приведена классификация нормативных документов, регулирующих ядерную и радиационную безопасность. И доклад WENRA, и научные рекомендации являются логическим продолжением систематизации регулирующих документов, о которых подробно будет говориться в Приложении. Важно подчеркнуть, что федеральные нормы и правила (ФНП), руководства по безопасности (РБ), ГОСТы и руководящие технические материалы (РТМ), которые применяет промышленность, базируются на опыте эксплуатации наряду с опытом науки и техники. А предложения [96, 99] вытекают только из анализа опыта науки, техники, проектирования, конструирования, когда концепция будущего реактора ещё только формируется.

Но если ФНП и РБ, действительно, направлены на предотвращение аварий и уменьшение их последствий, доклад [96] декларирует предотвращение аварий и исключение последствий аварии за пределами объекта, то НР должны содержать рекомендации по исключению самих ядерных аварий. Таким образом, они являются следующим шагом в развитии концепции безопасности будущих реакторов.

Далее представлен пример таких научных рекомендаций, приложенный к [99] в качестве темы для обсуждения. Комментарии, следующие за рекомендациями, выделены курсивом и разъясняют источники их возникновения. Хотелось бы привлечь внимание широкого круга специалистов, а главное, студентов и аспирантов к поиску таких черт ядерных реакторов, которые повышают внутреннюю самозащищенность реакторных установок. Разумеется, ограниченность знаний обусловливает неполноту рекомендаций, но их дополнение и развитие другими специалистами способствовали бы созданию таких документов, которые бы не связывали инициативу разработчиков, а напротив, явились бы опорой для проектов будущего.

Рекомендации по выбору топлива

Тепловыделяющий элемент (твэл) должен быть сконструирован так, чтобы содержать минимум делящегося вещества в форме, позволяющей сдерживать продукты деления как угодно долго.

Комментарий

Образом такого топлива являются сферы, содержащие делящееся вещество. Сферы из обогащенного урана с оболочкой из графита даже освоены промышленностью.

Твэл не должен иметь конструкционных полостей, в которых продукты деления собирались бы под давлением.

Комментарий

Образом небезопасного топлива являются используемые повсеместно цилиндрические твэлы, в полостях которых собираются

122

газообразные продукты деления, находящиеся под давлением, даже отработав в реакторе.

Если твэлы собраны в тепловыделяющую сборку (ТВС), то они должны быть такими, чтобы сконструированная из них ТВС, оказавшись в воздушной среде, сохраняла бы свою прочность, форму и целостность как угодно долго.

Комментарий

При потере теплоносителя ТВС должна охлаждаться естественной конвекцией атмосферного воздуха так, чтобы не потерять свою форму, остаться транспортабельной и ни в коем случае не допускать разрушения или тем более расплавления твэлов.

Рекомендации по выбору теплоносителя

В практически реализуемых диапазонах параметров теплоноситель не должен вступать в такие химические реакции с материалами ТВС, ограждающих конструкций и воздухом, которые могли бы привести к разрушению ТВС и ограждающих конструкций.

Параметры теплоносителя при эксплуатации (температура, скорость и т.п.) должны быть такими, чтобы избежать механических повреждений твэлов и ограждающих конструкций вследствие вибрации, эрозии и других воздействий.

Комментарий

Целостность твэлов и ограждающих конструкций должна быть максимально обеспечена. В случае внешнего разрушения ограждающих конструкций теплоноситель не должен реагировать с воздухом во избежание разрушения твэлов.

Рекомендации по конструкции активной зоны

Активная зона должна быть сконструирована так, чтобы было исключено образование локальных критических масс, любые воздействия сопровождались бы отрицательными обратными связями, цепная реакция происходила на быстрых нейтронах с равновесным коэффициентом воспроизводства, примерно равным единице, а при

123

полном обесточении систем реактора она бы находилась в этом состоянии как угодно долго без повреждения твэлов.

Комментарий

Такая рекомендация, как представляется, обоснована в [93], а отдельные элементы данной рекомендации реализованы в известных проектах реакторов различных типов.

Рекомендации по конструкции реактора

Реактор должен быть сконструирован так, чтобы при любых условиях лишенный теплоносителя и полностью обесточенный он мог находиться в этом состоянии как угодно долго без повреждения твэлов. В реакторе не должно быть избыточного давления над теплоносителем.

Комментарий

Хотелось бы обратить внимание, что в этих рекомендациях концепция глубоко эшелонированной защиты сохраняется, но центр тяжести в её содержании переносится с противодействия разрушительным воздействиям на предотвращение этих воздействий. В действующих реакторах, скажем, стенки твэла или циркуляционного трубопровода находятся под давлением и противостоят силам давления. В реакторе с внутренней самозащищенностью они не должны быть подвержены действию этих сил. Благодаря этому практически все системы безопасности становятся не нужными, хотя все барьеры и уровни глубоко эшелонированной защиты должны быть сохранены.

На нынешнем уровне знаний пока трудно прогнозировать роль оператора в управлении таким реактором, но представляется, что следует стремиться чтобы влияние оператора было бы минимально.

Таким образом, проект реактора с высокой степенью внутренней самозащищенности должен обеспечить непревышение пределов безопасной эксплуатации для любых исходных событий и их комбинаций за счет отрицательных обратных связей по всем возможным возмущениям.

124

Анализ событий на Фукусиме позволяет дополнительно рекомендовать, чтобы хранилища ОЯТ имели бы столько же барьеров глубоко эшелонированной защиты, что и реакторные установки. А требования, чтобы количество ОЯТ на площадке АС было бы минимально необходимым для безопасного производства электроэнергии, должны неукоснительно исполняться.

Имеющиеся сегодня предложения по конструкции реакторных установок, изначально предназначенных для мирного применения

вэнергетике, разумеется, несут в себе некоторые черты конверсионных реакторов. Дальнейшее их развитие, по-видимому, будет направлено на разработку иных технологий использования ядерной энергии, принципиально новых конструкций твэлов и активных зон

всочетании с такими теплоносителями и топливом, которые, в первую очередь, обеспечат исключение ядерных аварий.

Конечно, ни одна действующая на Земле промышленная отрасль не демонстрирует такую степень безопасности, которую должна достичь атомная. Но, может быть, в этом и состоит свидетельство истинной новизны атомной технологии. Именно в таком развитии атомной энергетики видится ее магистральный путь. В России еще сохранились научные и технологические условия для подобного развития, и если мы не пойдем по этому пути сейчас, то безопасная технология опять придет к нам с Запада вслед за персональными компьютерами, мобильными телефонами и т.п.

Унекоторых есть иллюзия, состоящая в том, что Россия будет сохранять свою атомную промышленность, сооружая АС за рубежом (Иран, Китай, Индия). Вообще говоря, не так уж много в мире тендеров прошло, но почему-то многие уверены, что атомная энергетика упомянутых и других азиатских стран будет «прирастать» российскими ВВЭРами.

При этом не достаточно уделяется внимание тому обстоятельству, что конверсионные реакторы нуждаются в высокой культуре безопасности эксплуатационного персонала. И если у нас в России еще сохранились такие люди, существуют традиции и школы их подготовки, то в перечисленных выше странах это самая трудная задача. Там, где нет обученного, тренированного персонала, резкое увеличение количества конверсионных реакторов противопоказано

125

еще в большей степени, чем нам. Планируя строительство АС в других странах, надо одновременно готовить учебно-тренировоч- ные комплексы для будущего персонала, который воспитывается дольше, чем даже сооружается АС.

К сожалению, нынешние поколения ровесников атомной бомбы постепенно уходят. На их долю выпала важная миссия доказательства и обоснования того, что эксплуатируемые АС соответствуют действующим требованиям по их безопасности. Собственно, эти требования возникли на базе существующего опыта обеспечения, обоснования и регулирования безопасности при их эксплуатации. На проектируемые реакторные установки «навешены» разнообразные СПОТы, САРы и другие многократно дублированные системы безопасности. Под ней расположены различные «ловушки» для локализации продуктов деления при тяжёлой запроектной аварии. Всё это некрасиво и говорит о том, что сами реакторные установки находятся на младенческом этапе своего развития и должны проектироваться при других приоритетах. Уходящее поколение вряд ли исправит это положение и призвано хотя бы проанализировать и обобщить свой опыт, чтобы поставить задачи перспективных исследований.

Основным выводом из него является понимание, что будущие энергетические реакторы относятся к принципиально новому виду, а значит, его развитие должно осуществляться последовательно и системно, начиная с небольших мощностей: 5, 50, 100 МВт.

Такая стратегия позволяет совершенно иначе взглянуть на развитие малой энергетики. Особенность России состоит в том, что на огромных труднодоступных территориях эксплуатируются небольшие по мощности энергоисточники, работающие на углеродосодержащем топливе. Стоимость завоза этого топлива и обращения с ним делает энергию очень дорогой. На этом обстоятельстве основаны существующие ныне прожекты распространения ледокольных, корабельных и иных типов реакторов для малой энергетики. То есть продолжается традиция конверсионного развития. При этом в среде специалистов не популярны две известные принципиальные проблемы.

126

Выше показано, что чем больше количество реакторов и дольше время их эксплуатации, тем выше вероятность тяжёлой аварии. А рассчитываемая ВАБом частота плавления активной зоны для конверсионных реакторов оказывается примерно одного порядка и для малых, и для больших АС, что принципиально ограничивает их распространение.

Второе обстоятельство связано с физической защитой одиноких и удалённых АС, так же одинаково необходимой для ядерных реакторов любой мощности. Воры, террористы и геростраты найдутся везде, и защититься от них тем труднее, чем больше количество реакторов. Именно поэтому ряд специалистов выдвинул задачу технологического обеспечения режима нераспространения, решение которой должно быть реализовано в конструкциях будущих реакторов.

Поэтому практически безопасные энергетические реакторы получают уникальную нишу для распространения именно в России. Поиск их конструкций должен учитывать интегральную компоновку, заводскую сборку с тем, чтобы на удалённую от центра площадку поставлялся максимально укомплектованный, физически защищённый продукт. И так называемый северный завоз состоял бы не из бочек с мазутом, а из высокотехнологичных ядерных установок. Тогда программа НИОКР по разработке таких реакторов и обоснованию их безопасности по праву могла бы называться вторым атомным проектом.

Ядерное топливо чрезвычайно концентрировано, его запасы гарантированы на тысячелетия, поэтому не следует торопиться. Научные исследования должны проводиться для обоснования безопасности каждого этапа мощностного ряда. Как гласит китайская пословица: «Дорога в тысячу ли начинается с первого шага». Только шаг этот следует делать в правильном направлении.

История российской культуры содержит поразительные примеры создания новых идей и форм их выражения: А. Пушкин и Л. Толстой, К. Циолковский и В. Вернадский, Н. Фёдоров и П. Флоренский. Как раз последний обнаружил в русской иконописи приём обратной перспективы и описал идеологическую основу его возникновения. Именно способность нашей цивилизации иначе

127

взглянуть на привычные вещи вселяет надежду, что эти поиски будут успешны именно в России, хотя бы потому, что энергообеспечение российских просторов – важнейшее условие сохранения целостности и процветания нашей страны.

Всё, сказанное выше, позволяет сформулировать три основных направления дальнейшего развития атомной энергетики.

1.При повышении эффективности регулирования безопасности

иуправления действующими АС необходимо особо тщательно проводить и проверять обоснования их безопасности при продлении сроков службы, повышении мощности и реализации других экономических мероприятий.

2.Продолжение совершенствования конверсионных реакторов следующих поколений должно сопровождаться с предельной осторожностью размещения их исключительно в странах с достаточным уровнем культуры безопасности и в местах, не подверженных экстремальным внешним воздействиям.

3.Системное создание специализированных реакторов для мирного использования в энергетике следует начинать с малых мощностей и осуществлять с привлечением всех, в том числе и международных, участников. Именно государственная постановка такой задачи вполне может быть названа «вторым атомным проектом».

Подведение итогов периода освоения гражданской энергетикой ядерных технологий остаётся вполне актуальной задачей. Оно полезно для сохранения и упорядочения знаний, наведения мостов между поколениями и т.п. Но самое главное – необходимо сфокусировать имеющуюся информацию, чтобы направить усилия будущих разработчиков на создание проектов реакторов, основными приоритетами которых была бы ядерная безопасность, технологическое обеспечение режима нераспространения, модульность конструкций, заводское изготовление и т.д.

Энергетика на конверсионных реакторах не имеет долговременного будущего. Ее роль – родить новые практически безопасные типы реакторов и отмереть. Все творческие силы, которые атомная энергетика еще способна собрать, должны быть брошены на поиск и реализацию иных типов безопасных

128

реакторов, которые только и могут обеспечить долговременные потребности человечества в электроэнергии.

Контрольные вопросы

1.Каковы основные причины аварии в Чернобыле?

2.Перечислите три исторических типа ядерных реакторов.

3.Чем определяются поколения конверсионных ядерных реакторов?

4.В чём вы видите перспективы будущих ядерных реакто-

ров?

5.В чём состоит задача практического предотвращения ядерных аварий?

129

Глава 7 УРОКИ ТЯЖЁЛЫХ АВАРИЙ

Объекты использования атомной энергии могут находиться в различных состояниях, и на них могут реализоваться разные режимы. Рассмотрим их подробнее на примере АС в соответствии с определениями [18]. Среди состояний АС различают сооружение, ввод в эксплуатацию, опытно-промышленную и промышленную эксплуатацию, вывод из эксплуатации. В процессе эксплуатации осуществляются пуск, останов, работа на разных уровнях мощности, испытания, перегрузки и т.п.

Среди различных режимов рассматривают нормальную эксплуатацию, эксплуатацию с отклонениями, нарушения нормальной эксплуатации и аварии. При этом под аварией понимается событие, связанное с радиационными последствиями. Аварии, в свою очередь, подразделяются следующим образом.

«Проектная авария – авария, для которой проектом определены исходные события и конечные состояния и предусмотрены системы безопасности, обеспечивающие с учетом принципа единичного отказа систем безопасности или одной, независимой 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 безопасности сверх единичного отказа, реализацией ошибочных решений персонала.

Тяжёлая запроектная авария – запроектная авария с повреждением твэлов выше максимального проектного предела, при которой может быть достигнут предельно допустимый аварийный выброс радиоактивных веществ в окружающую среду».

То есть проектом предусматриваются возможные проектные аварии и системы безопасности, ограничивающие их радиационные последствия. А последствия запроектных аварий уже могут превышать аварийные проектные пределы, причём при тяжёлых

130