Libmonster ID: UA-2519

Заглавие статьи ЛОВУШКА ДЛЯ КОРИУМА
Автор(ы) Марина ХАЛИЗЕВА
Источник Наука в России,  № 5, 2012, C. 14-18

Марина ХАЛИЗЕВА, журналист

Авария на АЭС "Фукусима", произошедшая в 2011 г. в Японии в результате сильнейшего землетрясения и последовавшего за ним цунами, подстегнула развитие систем безопасности атомных станций. Несомненный интерес в этом смысле представляет опыт российских специалистов. Спустя несколько лет после катастрофы на Чернобыльской АЭС (Украинская ССР, 1986 г.) наши проектировщики и конструкторы предложили оригинальное изобретение - так называемую ловушку расплава или устройство локализации и охлаждения топливных масс при тяжелых авариях с плавлением активной зоны. Установленное на ряде современных атомных блоков, в том числе зарубежных, оно уже получило признание во всем мире как гарантия безопасности станции. В критических ситуациях оно способно удерживать ядерное топливо, причем неограниченное время, не давая продуктам радиоактивного распада выходить за пределы конструкции, надежно защищая тем самым население и окружающую среду от губительной радиации. Разработчиками важнейшего элемента АЭС стали научные организации государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" и их партнеры из академических институтов.

стр. 14

До событий на Чернобыльской АЭС атомную энергетику считали одним из основных источников энергообеспечения. Именно в 1980 - 1985 гг. она достигла наивысшего расцвета: суммарная мощность действовавших тогда в мире станций составляла 117 МВт. И планы последующего развития сулили дальнейшее увеличение этого показателя. Однако самая грандиозная техногенная катастрофа в небольшом украинском городке-спутнике Припять перечеркнула их - после 1986 г. наращивание энергогенерирующих мощностей прекратилось, а на рубеже 1990-х годов число закрываемых реакторов стало больше, чем вводимых в строй. Швеция, Италия и Австрия приняли в результате национальных референдумов решение об отказе от атомной энергетики, а Германия начала последовательно снимать с эксплуатации энергоблоки, построенные по советским проектам. Наша же страна искала решение волнующих проблем в разработке новых модернизированных проектов реакторных установок с применением усовершенствованного оборудования и внедрением дополнительных "пассивных", т.е. не требующих вмешательства оператора и электропитания, систем безопасности, способных в сочетании с традиционными значительно повышать защищенность ядерных объектов. Ловушка расплава - уникальная разработка российских ученых - относится к последним рубежам "обороны" в случае серьезной радиационной аварии.

Внешне она похожа на большую стальную "скороварку" весом 800 т, заполненную кассетами с так называемым жертвенным материалом (гранулами оксидов алюминия и железа), устанавливаемую на дне шахты атомного реактора. В случае неконтролируемого развития событий на атомной станции сплав ядерного топлива и конструкционных материалов активной зоны (кориум) "стечет" в это устройство и среагирует химически и физически с жертвенным веществом, препятствуя выходу радиоактивных масс наружу.

Отметим, работа над созданием такой защиты началась в 1994 г., когда специалисты Российского научного центра "Курчатовский институт" во главе с руководителем проекта доктором технических наук Владимиром Асмоловым в кооперации с московским Институтом безопасного развития атомной энергетики РАН, Научно-производственными объединениями "Луч" (г. Подольск Московской области), "Электротерм" и "ТермИ КС" (Москва) организовали при участии зарубежных партнеров

стр. 15

Принципиальная схема устройства локализации расплава:

1 - корпус реактора;

2 - шахта бетонная;

3 - плита нижняя;

4 - теплообменник;

5 - корзина;

6 - наполнитель.

крупномасштабные высокотемпературные эксперименты по взаимодействию кориума с днищем корпуса водо-водяного энергетического реактора (ВВЭР). Основная задача состояла в том, чтобы построить математическую модель и коды для описания поведения расплава активной зоны в случае тяжелых аварий и дать рекомендации для их локализации в пределах АЭС. С этой целью в институте был создан комплекс мало-, средне- и крупномасштабных установок "Тигель", "Корпус", "Расплав-Salt" и "Расплав-А\У-200" с рабочей температурой до 2700°С, где шли опыты с использованием натурных прототипных материалов активной зоны - оксидов урана, циркония с металлическими составляющими, а также фторидов металлов, позволяющих моделировать теплогидравлические процессы в условиях, наиболее приближенных к реакторным. В результате была доказана возможность сохранения целостности корпуса реактора типа ВВЭР мощностью менее 1000 МВт (эл.) путем его охлаждения водой снаружи, а для установок большей мощности (ВВЭР-1000, 1500) обоснована необходимость создания специальных ловушек - устройств локализации расплава с "начинкой" из легких оксидов металлов (Al203-Fe203).

Первой такое оборудование должна была получить Тяньваньская АЭС в Китае, контракт на сооружение которой с помощью российских специалистов "Атомстройэкспорт" - ведущая инжиниринговая компания госкорпорации "Росатом" по строительству объектов ядерной энергетики за рубежом - подписал в 1997 г. В ходе проектных работ, выполнявшихся Санкт-Петербургским институтом "Атом-энергопроект", китайцы выдвинули жесткие требования по безопасности: при потере охлаждения реактора расплав не должен выходить за пределы энергоблока. Тут-то и пригодились рекомендации курчатовцев применить для этих целей ловушку.

Напомним, впервые подобные устройства начали внедрять для реакторов EPR европейцы. Французская компания "Framatome", работающая в тесном контакте с германской "Siemens", предлагала концепцию "внешней" локализации топливных масс. Кориум после проплавления корпуса реактора попадал сначала в так называемую "предловушку", накапливался там и только после приобретения определенной кондиции пробивал "пробку" и растекался в помещении размером примерно 170 м2, где затем охлаждался и кристаллизовался. Такой способ имел ряд недостатков, в частности, необходимость большой дополнительной территории внутри контейнмента (защитной оболочки). А компоновка распространенных у нас водо-водяных ядерных реакторов не позволяла делать это. Увеличивать же размер самого дорогого объекта АЭС наши специалисты считали непозволительной роскошью. И тогда "Атомэнергопроект" предложил Научно-исследовательскому технологическому институту им. А. П. Александрова (г. Сосновый Бор Ленинградской области) разработать в кооперации

стр. 16

с Проектно-конструкторским филиалом концерна "Росэнергоатом", Институтом химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН (Санкт-Петербург), Всероссийским НИИ химической технологии, Институтом безопасного развития атомной энергетики РАН и Курчатовским институтом (Москва) свой оригинальный проект защитного устройства.

Сосновоборцы попали в фокус внимания не случайно. С конца 1980-х годов здесь действовал Научно-промышленный центр атомной энергетики, занимавшийся разработкой ловушки с удержанием расплава в корпусе реактора ВВЭР-640 средней мощности (его предполагали установить в сосновоборском институте). Однако из-за недостатка финансирования заказ тогда заморозили, но полезные наработки остались. Они и послужили основой для оригинального изобретения россиян.

"Перед нами стояла непростая задача: на обосно-вание концепции ловушки отводилось примерно 3 года, - вспоминал в интервью сосновоборской газете "Маяк" доктор технических наук Владимир Хабенский. - А бюджет проекта был определен примерно в 1 200 тыс. дол., тогда как французы и немцы к моменту начала нашей работы потратили на свою разработку уже более 800 млн. евро. То есть наш бюджет был в 800 раз меньше. Тем не менее с задачей мы справились".

В основу отечественного проекта положена тигельная конструкция - "железный бак", по выражению Хабенского, высотой и диаметром 6 м со стенками толщиной 6 - 9 см, устанавливаемый прямо под нижнюю плиту реактора. В аварийной ситуации обломки корпуса удержатся на этой плите, а расплав через "воронку" в верхней части бака попадет в ловушку с наружным водяным охлаждением и подачей воды на поверхность ванны расплава. Находящийся внутри такой конструкции жертвенный материал должен выполнять несколько функций: гасить энергию кориума и снижать его температуру, достигающую 2,4 тыс. °С, предотвращать выброс водорода при окислении циркония, обеспечивать подкритичность расплава (невозможность возникновения цепной реакции). При этом он должен хорошо растворяться в кориуме для увеличения контакта массы со стенками охлаждаемого корпуса и уменьшения теплового потока на сооружение до безопасного уровня.

Над составом такой "начинки" работали ученые Института химии силикатов им. И. В. Гребенщикова РАН под руководством директора академика Владимира Шевченко. В лаборатории члена-корреспондента РАН Виктора Гусарова удалось создать материал с запасом механической прочности на 60 лет. Образцы изготавливали на петербургском заводе "Магнетон", а промышленную технологию внедряли на Боровичском комбинате огнеупоров (город Боровичи Новгородской области). Сегодня его производственные линии способны выпускать до 200 т жертвенного материала (в виде темно-серых кирпичей). Кассеты с ним закладывают в ловушку в момент ее установки и не требуют замены в течение всего шестидесятилетнего срока эксплуатации АЭС.

В 1998 г. российская система "пассивной" безопасности прошла экспертизу в Международном агентстве по атомной энергии - МАГАТЭ (Вена, Австрия), а в 2001 г. была рекомендована для поставки в Китай. Через год ее уже установили на Тяньваньской АЭС. Она состояла из 12 модульных теплообменников, по форме напоминающих сапог. Разделение на модули, по признанию специалис-

стр. 17

тов, было единственным способом вписаться в график строительства станции, уже оговоренный с китайцами. Сегодня эффективные системы защиты смонтированы также на АЭС "Куданкулам" (Индия) и новых энергоблоках Ленинградской и Нововоронежской атомных станций.

Заметим, устройства локализации расплава для наших АЭС имеют ряд новаций. В отличие от китайской модульной ловушки их конструкция выполнена в виде цельного корпуса, внешне напоминающего реактор, что улучшает прочностные характеристики изделия. Есть различия и в системе защиты от перегрева. Теперь такое оборудование имеет двойной корпус: толщина первой стенки 60, второй - 30 мм. Пространство между ними заполнено теми же гранулами оксидов алюминия и железа. В случае локальных проплавлений внутренней стенки конструкции они взаимодействуют с топливной массой и создают дополнительный защитный барьер, предотвращающий разрушение наружной оболочки.

Подчеркнем, путь ловушки от завода-изготовителя до места назначения - технологически сложная операция. Цельный корпус весом 150 т, конечно, удобнее транспортировать по воде, баржей. Для его выгрузки разработана специальная схема: в подошедшее к берегу судно закладывают балласт, после чего оно садится на мель, затем у баржи срезают передний борт для заезда внутрь мощного автомобиля, забирающего ловушку. Иногда, чтобы довезти габаритный объект до места установки, необходимо усовершенствовать инфраструктуру: построить новые мосты, дороги. Так было, например, с доставкой в 2009 г. устройства локализации расплава для Ленинградской АЭС, где пришлось возвести новый пролет моста и проложить 3 км дороги.

Бытует мнение, что наши проекты слишком "наворочены" с точки зрения систем безопасности. Дескать, это неэкономично. Но авария на АЭС "Фукусима" показала: они-то и наиболее конкурентоспособны. На российские ловушки уже есть заказы из Беларуси, Бангладеша, Вьетнама, Индии и Турции. К слову, конструкторы постоянно оптимизируют свое изобретение. Так, в результате сокращения количества жертвенного материала удалось снизить цену изделия. Сейчас оно обходится покупателю в 250 - 300 млн. руб. - это менее 0,5 % в общей стоимости современного блока. Ее производство уже освоили 7 отечественных машиностроительных заводов, что позволит обеспечивать специальной защитой практически все проекты по строительству АЭС внутри страны, а также предлагать подобные системы зарубежным партнерам.


© elibrary.com.ua

Permanent link to this publication:

https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ЛОВУШКА-ДЛЯ-КОРИУМА

Similar publications: LRussia LWorld Y G


Publisher:

Валентин ПротопоповContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://elibrary.com.ua/CashBack

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

ЛОВУШКА ДЛЯ КОРИУМА // Kiev: Library of Ukraine (ELIBRARY.COM.UA). Updated: 13.08.2014. URL: https://elibrary.com.ua/m/articles/view/ЛОВУШКА-ДЛЯ-КОРИУМА (date of access: 29.11.2021).


Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Rating
0 votes
Related Articles
Запрещает ли PayPal азартные игры?
Catalog: Экономика 
Yesterday · From Україна Онлайн
IN THE INTERESTS OF ENERGY STABILITY
5 days ago · From Україна Онлайн
Аварии на топливе Westinghouse случались и ранее, начиная с 1979 года, когда произошла крупнейшая в истории США авария на АЭС Три-Майл-Айленд, в результате которой зафиксировано расплавление 50% активной зоны реактора. Далее Westinghouse делала попытки торговать с Чехией, однако опасные эксперименты по замене оригинального топлива окончились досрочной его выгрузкой из 1-го энергоблока АЭС Темелин в январе 2007 года, по причине его сильной деформации. Вышедшие из строя вэстингхаусовские тепловыводящие сборки на 3-м энергоблоке Южно-Украинской АЭС были в экстренном порядке заменены на стандартные ТВЭЛовские.
Catalog: Экология 
6 days ago · From Naina Kravetz
HISTORY OF ROADS AND GROUND TRANSPORT ACCORDING TO ARCHEOLOGICAL DATA
Catalog: История 
8 days ago · From Україна Онлайн
BASIC UNIT FOR THE AMERICAN ACCELERATOR
9 days ago · From Україна Онлайн
TRANSITION TO CONTROLLED EVOLUTION OF THE BIOSPHERE
Catalog: Биология 
9 days ago · From Україна Онлайн
DEVONIAN PALEOSOILS OF THE ANDOMA MOUNTAIN
9 days ago · From Україна Онлайн
Безопасно ли брать кредит в Интернете?
Catalog: Экономика 
10 days ago · From Україна Онлайн
Знакомьтесь! Google: Платформа для маркетинга
10 days ago · From Україна Онлайн
Как узнать актуальный курс валют на сегодня?
Catalog: Экономика 
10 days ago · From Україна Онлайн

Actual publications:

Latest ARTICLES:

ELIBRARY.COM.UA is an Ukrainian library, repository of author's heritage and archive

Register & start to create your original collection of articles, books, research, biographies, photographs, files. It's convenient and free. Click here to register as an author. Share with the world your works!
ЛОВУШКА ДЛЯ КОРИУМА
 

Contacts
Watch out for new publications: News only: Chat for Authors:

About · News · For Advertisers · Donate to Libmonster

Ukraine Library ® All rights reserved.
2009-2021, ELIBRARY.COM.UA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Keeping the heritage of Ukraine


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of branches, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. After registration at your disposal - more than 100 tools for creating your own author's collection. It is free: it was, it is and always will be.

Download app for smartphones