БелАЭС против "Фукусима-1": в Островце вынесли урок из японских ошибок

БелАЭС
Sputnik / Сергей Пивоваров

Анастасия Савинова

Тема: Запуск Белорусской атомной электростанции (БелАЭС)-2020

Авария на "Фукусиме-1" изменила мировое понимание ядерной безопасности. Теперь "мирный атом" должен соответствовать "постфукусимским" нормам МАГАТЭ. К слову, БелАЭС полностью им соответствует – разработчики создали совершенный объект с учетом произошедшего в Японии.

Обычно противники "мирного атома" припоминают ядерные катастрофы, которые у всех на слуху, одна из таких – авария на "Фукусима-1". Baltnews решил сравнить японскую атомную станцию с БелАЭС, чтобы понять, является ли случившееся на Фукусиме аргументом того, что станция в Островце может быть опасна.

Что случилось на "Фукусиме-1"

На атомной станции в Японии были установлены "кипящие" ядерные реакторы – BWR (Boiling Water Reactor). Они отдаленно похожи на ядерные энергоустановки, установленные в Чернобыле, но на них не используется графитовая кладка. Вода выступает и теплоносителем, и замедлителем нейтронов.

Она охлаждает активную зону, закипает непосредственно внутри реактора. Под куполом образовывается пар, – кстати, радиоактивный, который идет на турбину, вырабатывающую электричество. Воздействие радиации на турбину является разрушительным, что быстрее выводит ее из строя и может приводить к внештатным ситуациям.

Поврежденная в результате землетрясения атомная электростанция ​​Фукусима в японском городе Футаба, 12 марта 2011 года
AFP 2019 / JIJI PRESS / STR
Поврежденная в результате землетрясения атомная электростанция ​​Фукусима в японском городе Футаба, 12 марта 2011 года

Авария на "Фукусиме-1", которая находится в сейсмически опасном регионе, случилась в результате сразу двух природных катаклизмов. Сначала произошло самое мощное землетрясение в новейшей истории Японии. Оно поломало линии электропередач (ЛЭП). Сейсмические датчики АЭС среагировали на подземные толчки, в результате чего во все три реактора станции были задвинуты регулирующие стержни, чтобы остановить реакцию деления. Через 10 минут ядерные энергоустановки были полностью остановлены.

Однако после выключения реактора продукты распада продолжают производить большое количество тепла, которое при стандартной работе станции переводится в механическую энергию. Остановить этот процесс по нажатию кнопки невозможно, поэтому здесь ключевым моментом в обеспечении безопасности является процесс управления "теплотой радиоактивного распада". Для этого реакторы оснащены системами охлаждения, целью которых является удаление тепла от ядерного топлива. Но в аварийной ситуации они не смогли выполнить свою задачу.

На случай выхода из строя линий электропередач МАГАТЭ изначально обязал использовать независимые генераторы электроэнергии, которые в случае аварии на ЛЭП начинают вырабатывать электричество для остановки реактора в штатном режиме.

Здесь при строительстве АЭС была совершена одна из главных ошибок. Эти электрогенераторы с целью удешевления проекта были размещены в одном месте – в здании реактора ниже уровня земли. Из-за этого в результате мощного цунами они были залиты водой и выведены из строя.

Станция оказалась без резервных источников питания. Это повлекло за собой отключение всех моторов, выключились и контрольно-измерительные приборы, датчики и спецоборудование. Охладить реактор уже не представлялось возможным.

"Слабоумие и отвага" БелАЭС не страшны

Пока вода, находясь в активной зоне, остается в жидком состоянии, ядерная реакция проходит в штатном режиме. Циркониевые трубки, в которых заключено урановое топливо, могут нормально функционировать только при таких условиях.

Как только температура внутри реактора начала повышаться, "Фукусима-1" столкнулась сразу с двумя фатальными проблемами.

Схема энергоблока "Фукусима - 1"
Схема энергоблока "Фукусима - 1"

Во-первых, внутри активной зоны вся вода стала превращаться в пар из-за повышения температуры. Цирконий, контактируя с ним, начал вступать в так называемую пароциркониевую реакцию. В результате нее выделяется водород, который по специальным каналам отводится в промежуток между корпусом активной зоны и гермооболочкой.

Там установлены контрольно-измерительные приборы, которые, в случае фиксирования избытка водорода, дают операторам сигнал о том, что что-то в реакторе пошло не так, и необходимо принять меры для стабилизации ситуации. Но электроснабжения не было – не было и "сигнала SOS" от оборудования.

Высокая концентрация водорода повышает давление и может привести к взрыву. На этот случай в корпусе гермооболочки были предусмотрены специальные отверстия с клапанами, которые открывались и выравнивали давление внутри корпуса.

Что же спровоцировало взрыв? Самая настоящая халатность. Эти клапаны не могли работать без электроснабжения. На этот случай были предусмотрены вышибные панели, которые сами выпадали в случае роста давления.

По версии американских специалистов, эти панели было решено приварить к железобетонной защитной оболочке. Зачем? Так как станция находилась в сейсмически опасной зоне, то при малейшей магнитуде землетрясения они автоматически выпадали. Происходило это с характерным громким металлическим щелчком. Таких крышек было много, и дежурная смена попросила решить эту проблему – работать в таком грохоте им было непросто. Было решено эти блоки заварить. Чтобы не стучали и дежурить не мешали. "Гениальное" решение. "Слабоумие и отвага" торжествуют.

Когда в реакторе повысилась температура, вода стала превращаться в пар, росла концентрация водорода, увеличивалось давление. Снизить его не удалось – аварийным панелям, намертво приваренным к гермооболочке, было не суждено раскрыться и выровнять давление.

Российские разработчики и тут могут похвастаться тем, что оказались "впереди планеты всей". На БелАЭС используется установка с очень "страшным" для обывателя названием "комплект пассивных автокаталитических катализаторов". Она собирает водород и обеспечивает его беспламенное сгорание. А именно накопление водорода стало одной из ключевых проблем на "Фукусиме-1". Поэтому взрыву на БелАЭС – не бывать.

Во-вторых, раскаление реактора на японской станции до предела привело к расплаву уранового топлива, которое стало прожигать металлическое дно активной зоны, фундамент станции, а затем – прожигать и грунт, спускаясь все ниже и ниже.

Расплавленный уран смешался со сталью корпуса, добрал в свой состав и другие металлы, из которых сделана арматура в железобетонных перекрытиях АЭС. Что делать с этой бурной радиоактивной смесью расплавленных металлов – непонятно, поскольку неизвестно, из чего она состоит и какие процессы и реакции в ней происходят.

В технологии ВВЭР-1200, которая используется на БелАЭС, был учтен и этот опыт. Под реактором установлена так называемая ловушка расплава, которая содержит специальный жертвенный материал.

Его задача – принять на себя всю температуру и охладить расплавленное ядерное топливо, одновременно запирая его в активной зоне. Это российская разработка, которая появилась еще за 20 лет до аварии на "Фукусиме-1". Никто в мире больше не владеет этой технологией.

Новые технологические решения

Помимо этого, на БелАЭС установлены четыре системы аварийного охлаждения активной зоны реактора высокого давления и четыре – низкого давления. Цепная реакция в активной зоне может быть остановлена при использовании поглотителя свободных нейтронов – бора. Но дело в том, что соединение бора и водорода приводит к большой теплоте сгорания. И здесь проявляется очередное преимущество реактора белорусской станции. 

Схема реактора БелАЭС
© Baltnews
Схема реактора БелАЭС

В отличие от кипящих реакторов, в ВВЭР-1200 его можно вводить и в первый контур. Дело в том, что в этом реакторе вода не кипит, и не образуется пар внутри активной зоны – это исключает появление пароциркониевой реакции. Значит, бор можно смело использовать для остановки цепной реакции. Для этого предусмотрено сразу четыре независимых канала его подачи в первый контур.

Помимо этого, защитная оболочка БелАЭС является многослойной. Внутренняя, выполненная из стали, исключает попадание радиации за пределы активной зоны, а также делает невозможным любое внешнее воздействие на "сердце" реактора, где происходит ядерная реакция. Она полностью герметична. Далее идет еще одна оболочка из напряженного железобетона. После идет наружная часть гермооболочки – монолитный железобетон без предварительного напряжения.

Наружная оболочка имеет внутренний диаметр в 50 метров – это рассчитано на то, чтобы выдержать девятибалльное землетрясение и даже падение самолета на АЭС. Кроме того, благодаря такому объему исключается появление взрывоопасной концентрации водорода.

Но "прелесть" гермооболочки на этом не заканчивается. На ее корпусе установлены баки для аварийного охлаждения внутренней оболочки. В случае повышения температуры до определенного значения, она автоматически и без участия операторов станции начинает подобно душу разбрызгивать воду с содержанием веществ, которые обеспечивают связность летучих радиоактивных веществ. Параллельно запускается система пассивного отвода тепла, которая снимает температуру от реактора и парогенераторов.

Здесь снова "на руку" играет большая высота гермооболочки – охлаждающий воздух сам поднимается вверх благодаря естественной тяге. Это значит, что никакие насосы и электричество для отвода нагретого воздуха не требуются. Все происходит само собой, автоматически. Физика и только.

Вода собирает все радиоактивные частицы и стекает в специальную систему уклонов, а затем – в баки-приямки защитной оболочки, куда подается щелочь для связывания летучих радиоактивных изотопов. Утечка радиоактивности становится невозможна. 

Что в сухом остатке? БелАЭС является абсолютно инновационным проектом. На станции установлен первый в мире реактор поколения "3+", который соответствует всем "постфукусимским" нормам безопасности. Именно они составляют 40% стоимости объекта, но в первую очередь кто, как не Минск, заинтересован в обеспечении его стабильной и безаварийной работы?

Сравнение "Фукусимы-1" с технологиями, которыми оснащена станция в Островце, говорит об одном – на БелАЭС повторение сценария японской катастрофы невозможно. Все рассчитано до мелочей, а системы безопасности с лихвой покрывают любые возникающие риски и позволяют разрешить нештатные ситуации. Так кто сказал, что объект несет в себе угрозу для европейских соседей?

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции.

Ссылки по теме