4.4.2. Оценка возможности образования критических масс при запроектных авариях с расплавлением активной зоны ир.
Расчетная оценка возможности образования критических масс при запроектных авариях с расплавлением активной зоны проведена институтом реакторных технологий и материалов РНЦ «Курчатовский институт» [19]. В отчете [19] рассмотрена запроектная авария с расплавлением твэл без конкретизации причин, вызвавших такую аварию. Предполагается, что вначале произошло осушение бассейна ИР и оголение активной зоны. В результате возможно полное или частичное расплавление твэл, которое приведет к разогреву и разрушению опорной решетки. Через некоторое время бассейн заполнится водой.
Исходные положения:
происходит плавление всех 20 ТВС ИРТ-3М со «свежим» и неотравленным топливом;
под активной зоной происходит плавление опорной решетки;
поток топлива через опорную решетку падает в воду в виде ливня капель (частиц диоксида урана);
топливо накапливается на верхней решетке для центровки каналов СУЗ;
центральные бериллиевые блоки также падают на нижнюю решетку для центровки каналов СУЗ;
поглотитель стержней СУЗ в расплав не попадает.
Рассмотрим следующие варианты.
Вариант 1. Между частицами диоксида урана в активной зоне пустоты.
Тем самым моделируется «горячий режим», когда вода между частицами диоксида урана испарилась. В этом случае критическая масса образоваться не может, т.к. такая активная зона глубоко подкритична (-75% к /к ).
Вариант 2. Между частицами диоксида урана в активной зоне вода.
Тем самым моделируется «холодный» режим, т.е. остывшее топливо в холодной воде. В этом случае критическая масса образоваться также не может, т.к. зона глубоко подкритична (-58% к /к ).
Вариант 3 и 4. Между частицами диоксида урана в активной зоне вода и алюминий. Тема самым моделируются вкрапление алюминия между частицами диоксида урана. Из-за утечки нейтронов это приводит к уменьшению величины Кэф. по сравнению с вариантом 2.
Аналогичным образом уменьшается Кэф , если сферическую активную зону окружить отражателем из алюминия.
Вариант 5. Между частицами диоксида урана в активной зоне вода. Активная зона окружена бериллием толщиной 7 см (примерная толщина бериллиевого блока). В этом случае критическая масса образоваться не может, активная зона глубоко подкритична (-38% к /к ).
В расчетах, приведенных в Отчете [19], получено, что все варианты сферических активных зон при насыпной плотности диоксида урана имеют глубокую подкритичность. Кроме того, частицы диоксида урана, накапливаются на нижней решетке для центровки каналов СУЗ. Эта решетка имеет 24 сквозных отверстия диаметром 29 мм. Такая конструкция нижней решетки рассредотачивает падающее на нее топливо и увеличивает подкритичность реактора. При сделанных предположениях показана практическая невозможность образования критических масс при запроектных авариях с расплавлением активной зоны ИР ИРТ-Т.
4.4.3. Анализ безопасности ир при потере внешних и внутренних источников электроэнергии.
Анализ данной аварийной ситуации приведен ИРТМ РНЦ «Курчатовский институт» [20]. В этом разделе приводятся исходные события и результаты расчетов без описания программы расчетов, которая изложена в Отчете [20].
Рассмотрим аварийную ситуацию, возникающую при внезапной одновременной потере как внешних, так и внутренних источников электропитания. В этом случае останавливаются электродвигатели насосов, как основных, так и аварийного, а расход теплоносителя через зону начинает спадать. Снятие напряжения с клапанов электромагнитных муфт, удерживающих клапаны естественной циркуляции в закрытом состоянии, приводит к тому, что клапаны будут удерживаться только силой, создаваемой перепадом давления, и откроются, как только перепад снизится настолько, чтобы пружина клапана (сила пружины, согласно ТОБ, - 100 кгс) смогла их открыть. Преждевременное открытие клапанов усугубляет ситуацию, поскольку значительная часть расхода в этом случае устремляется мимо активной зоны. Вместе с тем, обесточивание системы управления и защиты (СУ3) вызывает сброс стержней аварийной защиты. Согласно принципу единичного отказа, будем предполагать, что один, наиболее весомый стержень АЗ заклинивает и в зону не вводится. Описанный выше сценарий моделировался при помощи компьютерной программы REMOL (см. п. 2), причём в качестве начальных использовались следующие данные:
Мощность реактора.............................…………...6 МВт,
Температура теплоносителя на входе в зону........45º с,
Расход через реактор...................……………........900 т/ч,
Эффективность АЗ (с учётом отказа наиболее эффективного стержня)......……………….............1.7 % к/к,
Время погружения стержня АЗ.......……...............0.8 с.
Результаты расчётов представлены на рис. 58,59,60, где показаны динамика соответственно мощности реактора, максимальной температуры оболочки твэла и массовой скорости движения теплоносителя в наиболее напряжённом канале. После отключения напряжения с муфт, удерживающих стержни АЗ во взведённом состоянии, стержни начинают погружаться в зону. Примем, что происходит заклинивание наиболее эффективного стержня, и вводится только один стержень. Заглушение реактора приводит к быстрому снижению максимальной температуры. Однако, по мере спада расхода, который происходит несколько быстрее после открытия клапанов естественной циркуляции (момент открытия клапана хорошо виден из рис. 4, это - излом кривой спада массовой скорости), температура не только не уменьшается, но напротив - возрастает, достигая своего максимального значения ~ 120º С во время переворота циркуляции. После переворота температура спадает, а массовая скорость стабилизируется на уровне ~ 80 кг/м2/с.
Таким образом, в течение короткого промежутка времени в канале температура стенки превышала температуру насыщения (для давления 1,7 бар температура насыщения составляет ~ 113˚С), что не исключает возможность возникновения неразвитого кипения. Однако перегрева, могущего привести к повреждению оболочки и высвобождению продуктов деления, в теплоноситель не произойдет. Некоторый пилообразный характер температурной кривой (рис. 59) объясняется перемещением максимума температуры с одного расчётного сегмента на другой (зона по высоте была разбита на 10 сегментов), которое имеет место при перевороте направления движения теплоносителя.
