К вопросу недопущения опасных широкомасштабных последствий при авариях на АЭС 

К ВОПРОСУ НЕДОПУЩЕНИЯ ОПАСНЫХ ШИРОКОМАСШТАБНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ

ПРИ АВАРИЯХ НА АЭС

Шамшеев В. И., к. т. н., доц., зав. кафедрой, Даутов Р. Б., дипломник кафедры, ВИ (ИТ) ВА МТО, г. Санкт-Петербург

Ядерная энергетика является весьма привлекательным делом для большинства стран мира и особенно тех, которые не имеют необходимого запаса углеводородного сырья.

Отправной точкой использования ядерной энергии в мирных целях считается 27 июня 1954г. В г. Обнинске была пущена первая в мире АЭС мощностью 5 МВт. На сегодняшний день в мире насчитывается 194 АЭС суммарной мощностью 370003 МВт, что составляет примерно 25-30 % от общей выработки, из них в России 10 АЭС производящих 23643 МВт.

Всего с момента начала эксплуатации атомных станций в 1 4 странах произошло более 150 аварий разной степени сложности.

Самыми крупными из них стали:

• авария на АЭС в городе Тримайл-Айленд (США) 29 марта 1979 года. Из за ошибки оператора, перепутавшего кнопки пульта управления, не были введены в активную зону регулирующие стержни. В результате перегрелась активная зона. Выделение водорода привело к взрыву и разрушению активной зоны, что привело к возгоранию графита, используемого в качестве замедлителя нейтронов. Произошел выброс большого количества радиоактивных веществ (9  1016Бк). Два человека погибло от переоблучения.

• 26 апреля 1986 года, авария реактора РБМК-1000 -два взрыва на четвертом блоке Чернобыльской АЭС (СССР). Причиной стал человеческий фактор, а именно неудачно поставленный и плохо подготовленный эксперимент — испытание парогенератора в режиме выбега с нагрузкой собственных нужд (предписывалось отключение системы аварийного охлаждения реактора). Суммарный выброс продуктов деления составил 50 МКи (т. е. 3,5 % общего количества радионуклидов в реакторе на момент взрыва).

• 2011 год, АЭС «Фукусима-1» (Япония). В результате мощного землетрясения и цунами были повреждены три из четырех реакторов. Последовавшие периодические взрывы водорода привели к частичным разрушениям, радиоактивным выбросам и заражению акватории Тихого океана. Причиной так же стал человеческий фактор-ошибки в проектировании и эксплуатации АЭС (не установлены выжигатели гремучей смеси: смесь водорода в воздухе).

События в префектуре Фукусима показали, что даже такая высокоразвитая страна как Япония допускает серьезные просчеты при проектировании строительстве и эксплуатации атомных станций.

При авариях на АЭС в окружающую среду выбрасывается большое количество радиоактивных изотопов, период полураспада которых составляет от нескольких дней до тысяч лет. Так при аварии на ЧАЭС в выбросах было выделено 23 основных радионуклида. Большая часть из них распалась за несколько

месяцев, облучая все вокруг дозами в несколько десятков и сотен раз больше фоновых. Но такие радионуклиды как калий-40, плупоний-239, выбросы которых тоже наблюдались, имеют периоды полураспада тысячи и миллионы лет. Попадая в организм, даже в малых дозах, эти изотопы наносят ему огромный вред и способны вызывать онкологические заболевания. В связи с этим остро встает вопрос защиты и экологической безопасности АЭС.

Защищенность - обеспеченность средствами поддерживания необходимого уровня или качества защиты жизненно важных средств и субъектов от снижения пользы или увеличения вреда.

Безопасность - отсутствие недопустимого риска, связанного с возможностью причинения вреда и нанесения ущерба.

В целях повышения защищенности и экологической безопасности атомных станций предлагается ряд устройств и решений разработанных преподавателями кафедры «фортификации и специальных сооружений» ВИ (ИТ) Военной Академии МТО имени генерала армии А. Н. Хрулева.

Во-первых, это предложенное в 1999г. «Устройство противоаварийной защиты атомных элестростанций». Патент на изобретение № 2130207. Авторы изобретения: к. т. н., доцент Дубровин В. Н.; д. т. н., профессор Журавлев А. А.; к. т. н., доцент Шамшеев В. И..

Заявленное устройство показано на рис. 1 и включает в себя вертикальную шахту 1, расположенную непосредственно под реактором 2 и реакторным блоком 3, свободно сообщающуюся в устьевой части с реакторным блоком и заполненную водой до расчетного уровня; демпфирующую шахту 4, свободно сообщающуюся в нижней части с шахтой 1, наклонным от нее каналом 5, так же заполненную водой, перекрытую в верхней части глухой преградой 6; улавливающий приямок 7 с амортизирующей песчанной подушкой, являющейся нижней частью шахты 1, расположенный ниже устья канала 5, водобойное устройство 9, систему 10 подвески реактора или его крепления к конструкциям реакторного блока с элементами подрыва 11.

Рис. 1. Устройство противоаварийной защиты АЭС 1-вертикальная шахта, 2-реактор, 3-реакторный блок, 4-демпфирующая шахта, 5-наклонный канал, 6-глухая преграда, 7-улавливающий приямок, 8-песчаная подушка, 9-водобойное устройство, 10-система подвески реактора к реакторному блоку, 11-элементы подрыва

При использовании данной конструкции исключается радиационное заражение вне реакторного зала. Все радиоактивные изотопы блокируются внутри конструкции.

Во-вторых, эторазработанное авторами устройство для прекращения неуправляемой цепной ядерной реакции деления основанное на принудительном введении поглотителя свободных нейтронов (Бор-10) в активную зону реактора.

В-третьих, это усовершенствованные объемно-планировочные и конструктивные решения, которые позволили бы максимально снизить риск радиоактивных выбросов в атмосферу. Примером такого решения может стать дублирование систем жизнеобеспечения реактора, систем охлаждения, насосных станций, систем трубопроводов связанных с главным циркуляционным контуром.

Можно использовать следующие стратегии дублирования:

• Надлежащее дублирование систем. Степень дублирования определяется из вероятности единичного отказа системы.

• Значительное пространственное разделение дублирующих систем. Это позволит исключить как их отказ по общей причине, так и влияние отказа по внутренним причинам одной системы на остальные.

• Разнотипность дублирующих систем (например использование в одной трубопроводной трассе клапанов с электрическим приводом, а в другой- с пневматическим).

В-четвертых, это повышение уровня подготовки обслуживающего персонала, что позволило бы свести к минимуму вероятность «фатальной» ошибки человека. Ведь основным фактором во всех крупных авариях на АЭС был человеческий.

Благодаря использованию этих решений последствия аварий на атомных станция в значительной мере локализуются, уменьшается риск детонации реакторов, а так же обнуляются размеры зон возможного радиационного заражения. Это делает АЭС более безопасными для окружающей среды и проживающего вблизи населения.

Так же не следует забывать и о ядерном терроризме. Под ядерным терроризмом следует понимать умышленное применение (либо угрозы применения) отдельными лицами, террористическими группами или организациями ядерного оружия, разрушения ядерных объектов, радиационного заражения с помощью различных ядерных и радиоактивных материалов с целью нанесения значительных людских и материальных потерь стране, навязывания определенной линии поведения в решении внутренних и внешних вопросов.

Пока не было случая применения ядерного оружия террористами, но значит ли это что такое оружие не может быть применено ими? На сегодняшний день не существует надежных и полных данных о нелегальном перемещении ядерных и радиоактивных материалов, а так же о случаях шантажа. База данных МАГАТЭ, по состоянию на 31 марта 2001 года, зарегистрировала более 550 инцидентов нелегального перемещения ядерных и радиоактивных материалов. Всего же, начиная с середины 1960-х годов, в Европе и США произошло более 150 инцидентов, способствовавших повышению ядерной угрозы.

Национальная система предупреждения ядерного терроризма должна включать в себя выполнение международных договоров; разработку, принятие и выполнение национального законодательства в сфере обращения с ядерными и радиоактивными материалами; введение систем учета ядерных материалов, лицензирование и выдачу специальных разрешений на работу с источниками радиации; контроль над экспортно-импортными операциями; соответствующую работу правоохранительных органов, разведки; пограничный контроль. Отдельно необходимо выделить вопросы физической защиты ядерных объектов, что наиболее важно для стран, имеющих атомные станции.

В предлагаемом усовершенствованном решении, устройство противоава-рийной защиты включает в себя ряд помещений и устройств, полностью исключающих проникновение посторонних лиц внутрь АЭС и разрушение реактора.

Рис. 2. Устройство противоаварийной защиты АЭС 1 -устройство для прекращения неуправляемой цепной ядерной реакции деления, 2- защитный тюфяк, 3- холодильная установка, 4-аварийный выход, 5- защитная аварийная крышка шахты, 6-вход людской, транспортный с дополнительным тамбуром, 7-отсек-убежище, 8-защитная дверь, 9-защитно-герметическая дверь, 10- герметическая дверь, 11-оголовок входа с павильоном

Библиографический список

1. К вопросу повышения защищенности и экологической безопасности АЭС/Геотехника. Наука и практика/ Материалы научно-практической конференции ВИ (ИТ) ВА МТО (27 марта 2013 года)/ВИ (ИТ), 2013 - с.

2. Терроризм в XXI веке/ М. П. Требин. — Мн.: Харвест, 2003. — 816с. — (Коммандос).

3. От «Три-майл-Айленда» к Чернобылю и до Фукусимы/ Экология и безопасность/ Газета международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, № 3 (апрель 2011г.).

4. Бирбраер А. Н. Экстремальные воздействия на сооружения / А. Н. Бир-браер, А. Ю. Роледер. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. -594с.