2.2 Авария на аэс «Три-майл-Айленд»

Авария на АЭС Три-Майл-Айленд, произошедшая 28 марта 1979 года,  является самой тяжёлой ядерной аварией в США. В ходе неё была серьёзно повреждена активная зона реактора, часть ядерного топлива расплавилась.

Первопричиной аварии явился отказ питательных насосов во втором контуре системы охлаждения реактора, в результате которого прекратилась подача воды в оба  парогенератора. Автоматически отключился

турбогенератор и включилась аварийная система подачи питательной воды в парогенераторы, однако, несмотря на нормальное функционирование всех трёх аварийных насосов, вода в парогенераторы не поступала. Оказалось, что задвижки на напоре насосов были закрыты. Это состояние сохранилось с планового ремонта, закончившегося на блоке за несколько дней до аварии.

Так как отвод тепла от первого контура прекратился, в нём стало расти давление, которое через несколько секунд превысило допустимое значение. Открылся импульсный предохранительный клапан на системе компенсации давления, сбрасывающий пар в специальную ёмкость - барботёр. Давление в первом контуре стало повышаться гораздо медленнее.

Высокое давление в первом контуре, примерно 17 МПа, послужило причиной остановки реактора действием аварийной защиты через 9 секунд после исходного события. Теплоноситель в контуре перестал нагреваться, средняя температура упала, и объём воды стал уменьшаться. Рост давления резко перешёл в его падение. В этот момент проявилась ещё одна техническая неисправность — предохранительный клапан должен был закрыться по нижней уставке срабатывания, но этого не произошло и сброс теплоносителя первого контура продолжался.

Индикатор на пульте оператора при этом показывал, что клапан закрыт, хотя, на самом деле, лампочка сигнализировала лишь о том, что с клапана было снято питание. Других средств контроля не было предусмотрено. Утечка теплоносителя продолжалась почти 2,5 часа, пока не был закрыт отсечной клапан.

В результате ряда ошибок персонала, в том числе связанных с неправильными показаниями уровнемера компенсатора давления, циркуляция в первом контуре была настолько нарушена, что начали сильно вибрировать два из четырёх главных циркуляционных насоса, вследствие смешения в контуре воды и пара. Операторы выключили насосы, чтобы предотвратить их разрушение или повреждение трубопроводов первого контура. Затем были выключены оставшиеся два насоса по той же причине.

Принудительная циркуляция в первом контуре прекратилась, а возникновению естественной циркуляции воспрепятствовал парогазовый пузырь под крышкой реактора. Произошло обезвоживание активной зоны, она разогрелась до температуры свыше 2200 °C, что привело к быстрому  окислению оболочек тепловыделяющих элементов (пароциркониевая реакция с выделением большого количества водорода) и в дальнейшем их обширному разрушению вследствие растворения диоксида урана цирконием и стеканию этой массы вниз. По оценкам специалистов окислилось примерно 1/3 общего количества циркония. На рис.2 показано конечное состояние активной зоны аварийного реактора.

Хотя ядерное топливо частично расплавилось, оно не прожгло корпус реактора, так что радиоактивные вещества, в основном, остались внутри. По разным оценкам, радиоактивность благородных газов, выброшенных в атмосферу, составила от 2,5 до 13 миллионов кюри(480×10¹⁵ Бк), однако выброс опасных нуклидов, таких как йод-131, был незначительным. Территория станции также была загрязнена радиоактивной водой, вытекшей из первого контура.

Было решено, что в эвакуации населения, проживавшего рядом со станцией, нет необходимости, однако губернатор Пенсильвании посоветовал покинуть пятимильную (8 км) зону беременным женщинам и детям дошкольного возраста. Средняя эквивалентная доза радиации для людей живущих в 10-мильной (16 км) зоне составила 8 миллибэр(80 мкЗв) и не превысила 100 миллибэр (1 мЗв) для любого из жителей^[8]. Для сравнения, восемь миллибэр примерно соответствуют дозе, получаемой при флюорографии, а 100 миллибэр равны одной трети от средней дозы, получаемой жителем США за год за счёт фонового излучения.

Причины аварии

Причинами аварии явились отказы оборудования и ошибки персонала в процессе ликвидации последствий исходного события. К наиболее существенным ошибкам относятся:

- действия персонала, в том числе связанные с неправильными показаниями уровнемера компенсатора давления;

- отключение главных циркуляционных насосов.

Станцию эксплуатировали практически на номинальной мощности при закрытых клапанах аварийной подачи питательной воды на парогенераторы. Это следует классифицировать как серьезнейшее нарушение технических инструкций, принятых на современных АЭС. Операторы отключили аварийную систему охлаждения реактора в то время, когда ей полагалось нормально функционировать. Были отключены циркуляционные насосы первого контура, в результате чего первый контур остался без циркуляции почти на 12 часов.

Все перечисленные ошибки операторы допустили в течение первых двух часов после начала аварии. Это свидетельствует о том, что операторы ТМА не смогли сразу осмыслить характер и размер аварии, рассматривая её как обычную аварийную остановку.

Вторая причина аварии связана с неполадками, вызвавшими отказ в работе некоторых приборов контрольно-измерительной аппаратуры и конструктивных узлов АЭС. Здесь, в первую очередь, следует указать на неправильные действия показания уровнемера компенсатора объёма, отказ предохранительного клапана компенсатора объёма.

Авария такого типа была ранее детально проанализирована в США. Но в расчетах рассматривались АЭС с реакторами PWR, в которых парогенераторы способны работать до 30 минут без подачи питательной воды, т.е. в аварийных условиях. Именно эта характеристика и обеспечила в расчетах пренебрежимо малую вероятность такой аварийной последовательности событий.

Принятые меры:

После аварии были внесены изменения в систему подготовки операторов. Если до этого главное внимание уделялось умению оператора анализировать возникшую ситуацию и определять, чем вызвана проблема, то после аварии подготовка была сконцентрирована на выполнении оператором заранее определённых технологических процедур. Были также улучшены пульты управления и другое оборудование станции.

На всех атомных станциях США были составлены планы действий на случай аварии, предусматривающие быстрое оповещение жителей в 10-мильной зоне.

Работы по устранению последствий аварии были начаты в августе 1979 года и официально завершены в декабре 1993 г. Они обошлись в 975 миллионов долларов США. Была проведена дезактивация территории станции, топливо было выгружено из реактора. Однако часть радиоактивной воды впиталась в бетон защитной оболочки, и эту радиоактивность практически невозможно удалить.

Эксплуатация другого реактора станции (TMI-1) была возобновлена в 1985 году.