Насколько безопасен планируемый для Эстонии ядерный реактор?

В следующем году правительство должно будет принять решение о том, начнет ли Эстония развивать ядерную энергетику. Fermi Energia – компания, продвигающая проект малой АЭС – рассматривает для строительства две локации: полуостров Летипеа (Виру-Нигула) и карьер Айду (Ида-Вирумаа). В одном из этих мест возможно построить малую АЭС с реактором малой мощности BWRX-300, производимым американо-японским концерном GE-Hitachi.

Об этом пишет Андрей Гороновский, инженер-ядерщик Fermi Energia.

Главное отличие атомных реакторов от обычных тепловых электростанций в области безопасности заключается в том, что в них содержится урановое топливо, которое по мере работы насыщается радиоактивными элементами.

Даже после остановки работы станции радиация в топливе остается и служит источником тепла. Поэтому ядерное топливо необходимо охлаждать и защищать людей, а также окружающую среду от вредоносных эффектов радиации. При проектировании и эксплуатации атомных электростанций обеспечение безопасности является главным приоритетом.

Многоэшелонированные системы безопасности

Работа реактора должна быть обеспечена многоступенчатыми и разнообразными системами защиты. Многоступенчатость означает, что в случае выхода из строя одной или двух систем защиты всегда будет оставаться резервная система, которая сможет предотвратить серьезные

последствия. Разнообразие означает, что системы безопасности работают на основе разных физических принципов независимо друг от друга. Таким образом возможность одновременного выхода из строя сразу нескольких систем безопасности существенно снижается. Такие требования применяются ко всем ключевым системам атомной электростанции, отвечающим за контроль цепной реакции, охлаждение радиоактивного топлива и защиту от радиации.

Как заглушить реактор

Основной системой контроля за ядерной реакцией внутри реактора являются контрольные стержни. Они могут использоваться как для изменения мощности, например, чтобы подстраиваться к колебаниям сетевой нагрузки в течение дня, так и для экстренной остановки реактора. Стержни вводятся в реактор независимыми друг от друга моторами. В случае если один из моторов выйдет из строя, остальных будет достаточно, чтобы остановить цепную реакцию. На случай потери электропитания предусмотрено питание моторов резервными электробатареями.

На случай если электромоторы выйдут из строя, контрольные стержни снабжены гидравлической системой. Такая система состоит из контейнеров с азотом под давлением, соединенных с контрольными стержнями при помощи электромагнитных клапанов. Клапаны находятся в закрытом состоянии, пока на них поступает напряжение. В случае же потери электропитания на атомной станции клапаны перестают работать и открываются, в результате чего газ под давлением „выстреливает“ контрольные стержни в реактор и останавливает цепную реакцию.

Также существует резервный способ остановки работы реактора – система по впрыску бора. В здании реактора располагается контейнер с растворенным бором под давлением. Бор способен в случае необходимости самостоятельно остановить цепную реакцию. Раствор содержится под давлением, чтобы его можно было впрыснуть в реактор, как при помощи автоматических систем, так и по решению оператора.

Финальным гарантом остановки цепной реакции является сама конструкция реактора. В современных реакторах цепная реакция не может продолжаться бесконтрольно, как это случилось в Чернобыле. В случае потери воды для охлаждения или при ее испарении цепная реакция прекращается, и работа реактора останавливается. Это объясняется тем, что в современных водных реакторах наличие воды является необходимым условием для протекания цепной реакции.

Системы охлаждения топлива

Во время штатной работы реактора BWRX-300 охлаждение осуществляется за счет конденсатора, как и на обычных тепловых станциях.

В случае неисправности системы охлаждения реактор изолируется при помощи автоматических клапанов, которые продублированы для усиления безопасности. Далее в действие вступает пассивная система охлаждения реактора. Пар из реактора поднимается в теплообменник, расположенный в бассейне с охлаждающей водой. В теплообменнике пар охлаждается и конденсируется в воду, которая стекает обратно в реактор. Такая система работает под действием силы гравитации и не требует ни электрического питания, ни каких-либо действий операторов атомной станции.

Читайте RusDelfi там, где вам удобно. Подписывайтесь на нас в Facebook, Telegram, Instagram и даже в TikTok.Для охлаждения реактора BWRX-300 достаточно одного модуля, но в целях повышения безопасности предусмотрено три таких независимых друг от друга модуля.

Вода в охлаждающих бассейнах со временем нагревается и испаряется. Одного модуля достаточно для охлаждения реактора как минимум в течение недели. В дальнейшем, если нормальная работа станции не восстановлена, продлить срок безопасного охлаждения реактора можно с помощью переносных насосов или с привлечением простых пожарных машин, заполнив охлаждающие бассейны водой.

Если случилось худшее и реактор расплавился

Если всех мероприятий оказалось недостаточно и худшее случилось, ядро реактора расплавилось (для BWRX-300 расчетная вероятность 0,0000001%), как это случилось на Фукусиме, то и здесь предусмотрены защитные системы. Современные реакторы содержат системы для удержания расплавленного топлива и радиации внутри здания реактора и в случае самой тяжелой аварии. Даже в худшем из возможных сценариев безопасность населения и окружающей среды будут обеспечены. Здание реактора изолировано от окружающей среды и снабжено собственными системами пассивного охлаждения, чтобы удерживать все радиоактивные вещества внутри.

Защита от радиации

Источником радиации на АЭС является ядерное топливо, которое представляет собой гранулы из диоксида урана. Ядерное топливо внутри реактора находится в стержнях из циркониевого сплава, который имеет высокую термостойкость и устойчивость к коррозии и тепловым нагрузкам. Это первый барьер, предотвращающий попадание радиации в окружающую среду. Стержни располагаются в стальном толстостенном (толщиной 13,6 см) корпусе реактора, который вместе со слоем воды также предотвращает попадание радиации в окружающую среду и выступает вторым защитным барьером.

Сам корпус реактора располагается внутри железобетонного купола, который изолирован от окружающей среды и служит как барьером для предотвращения выбросов радиации в окружающую среду, так и защитой систем реактора от внешних воздействий. Например, после катастрофы 11 сентября в США международные требования к защитным зданиям реакторов учитывают риск террористической атаки с использованием самолета. В случае злонамеренного

направленного попадания пассажирского авиалайнера в здание реактора его защитные функции не должны быть нарушены. Активная зона реактора (самое горячее место, где протекает ядерная реакция) будет находиться на глубине нескольких десятков метров под землей, что обеспечивает дополнительную защиту и упрощает его охлаждение.

Таким образом можно заключить, что если ядерная энергетика и раньше считалась одним из самых безопасных и эффективных способов производства энергии, то с появлением малых модульных реакторов, таких как BWRX-300, она стала еще безопаснее.

Читайте RusDelfi там, где вам удобно. Подписывайтесь на нас в Facebook, Telegram, Instagram и даже в TikTok.