Ядерная энергетика в транспорте и космосе. Преимущества и перспективы.

22. Проблема безопасности атомных станций. Концепция «внутренней безопасности». Принцип «защиты в глубину».

Безопасность современных ядерных реакторов атомных станций обеспечивается следующими основными факторами:

- Совокупностью благоприятных физических свойств (обратных связей), обеспечивающих в той или иной мере самозащищённость реакторов во внештатных ситуациях;

- Высоким качеством и надёжностью элементов активной зоны и оборудования реактора;

- Наличием систем безопасности, способных предотвратить или существенно ограничить опасное развитие аварийных процессов;

- Высокой квалификацией эксплуатационного персонала.

Современный подход к количественному обоснованию безопасности ядерных реакторов базируется на вероятностном анализе безопасности. В «Общих положениях обеспечения безопасности атомных станций. ОПБ 88/97» (п. 4.2.2) сказано: «Следует стремиться к тому, чтобы оцененное на основе вероятностного анализа безопасности значение суммарной вероятности тяжёлых запроектных аварий не превышало 10^-5 на реактор в год». Хотя в принципе, за счёт совершенствования систем безопасности, можно любую современную реакторную концепцию довести до требуемого уровня, достижение этого показателя за счёт эволюционных решений по конструкции реактора и повышения надёжности систем безопасности может придти в противоречие с экономическими критериями.

Современные требования по безопасности чётко сформулированы в «Общих положениях обеспечения безопасности атомных станций. ОПБ 88/97». Обратим внимание на две выдержки из этого документа, касающиеся активных зон и систем безопасности.

П. 4.1.7: «При проектировании систем (элементов) АС (атомной станции) и РУ (реакторной установки) должно отдаваться предпочтение системам (элементам), устройство которых основано на пассивном принципе действия и свойствах внутренней самозащищённости (саморегулирование, тепловая инерционность и другие естественные процессы)». Это означает, что в перспективных проектах должны по возможности исключаться активные системы (элементы), функционирование которых зависит от нормальной работы других систем (элементов), например, от источников энергоснабжения и пр. В качестве примеров пассивных систем (элементов), участвующих в обеспечении безопасности реактора, можно назвать отрицательные обратные связи по температурам топлива и теплоносителя, естественную циркуляцию теплоносителя и др.

П. 4.2.3. «Активная зона вместе со всеми её элементами, влияющими на реактивность, должна быть спроектирована таким образом, чтобы любые изменения реактивности с помощью органов регулирования и эффектов реактивности в эксплуатационных состояниях и при проектных и запроектных авариях не вызывали неуправляемого роста энерговыделения в активной зоне, приводящего к повреждению твэлов сверх установленных проектных пределов».

Принцип защиты в глубину предполагает создание ряда последовательных уровней защиты от вероятных отказов оборудования и ошибок персонала, включая:

• 1 - установление последовательных барьеров на пути распространения радиоактивных продуктов в окружающую среду;
• 2 - сохранение целостности и эффективности этих барьеров;
• 3 - защита населения и окружающей среды в случае разрушения барьеров.

В основе данного принципа лежит установление ряда последовательных физических барьеров, обеспечивающих надежное удержание радиоактивных веществ в заданных объемах или границах сооружений АС. Система барьеров включает в себя:

• 1 - топливную матрицу;
• 2 - оболочки тепловыделяющих элементов;
• 3 - границы контура теплоносителя;
• 4 - биологическую защиту;
• 5 - герметичное ограждение локализующих систем безопасности (например, защитная оболочка).

Каждый физический барьер проектируется и изготавливается с учетом специальных норм и правил для обеспечения его повышенной надежности. Количество барьеров между радиоактивными продуктами и окружающей средой, а также их характеристики определяются проектом АС.

В процессе эксплуатации состояние физических барьеров контролируется прямыми методами (например, визуальный контроль тепловыделяющих сборок перед их загрузкой в активную зону) или косвенными методами (например, измерение активности теплоносителя и воздушной среды в объеме защитной оболочки).

При обнаружении неэффективности или повреждения любого физического барьера АС останавливается для устранения причин и восстановления работоспособности.