Владимир Сливяк - От Хиросимы до Фукусимы

Несколько лет назад в большом количестве графитовых блоков, составляющих активную зону реактора, были обнаружены трещины. Если данная проблема будет обнаружена и в остальных реакторах этого типа, это может привести к их преждевременному закрытию. Особого внимания требует еще один представитель второго поколения – бридерный реактор БН-600. И хотя о бридерах (размножителях) нередко говорят, как о будущем атомной энергетики, сегодня в России работает лишь один такой реактор, 30-летняя история эксплуатации которого выявила множество неполадок. Учитывая, что в стратегии развития атомной промышленности бридерам принято отводить важное место, пусть и в отдаленном будущем, рассмотрим опыт, связанный с этой технологией, более подробно.

Бридерные реакторы в России

В дискуссиях о будущем атомной энергетики можно нередко услышать о бридерных реакторах, которые через 40–50 лет должны полностью заменить существующие.

Отмечается, что бридеры могут функционировать на плутониевом топливе, которое можно использовать (после переработки) повторно несколько раз. Плутоний можно производить за счет переработки отработавшего уранового топлива, а когда уран иссякнет, плутония может оказаться накоплено столько, что этого хватит для будущих нужд. Попробуем рассмотреть опыт развития бридерных технологий в России и связанные с ними проблемы.

В настоящее время на территории РФ работает только один реактор такого типа – БН-600 на Белоярской АЭС. Он был введен в эксплуатацию в 1980 году, а проект реактора создан в 1963 году, задолго до Чернобыльской катастрофы, после которой нормы безопасности были существенно повышены. Еще один реактор на быстрых нейтронах, БН-800, начиная с 1984 года строится на той же атомной станции. АЭС расположена в 38 км от восточной границы города Екатеринбурга (Свердловская область) на территории муниципального образования «Город Заречный». В качестве водоема-охладителя АЭС использует Белоярское водохранилище, которое образовано путем зарегулирования русла реки Пышмы (Обский бассейн).

На сегодняшний момент на территории Белоярской АЭС находятся также два остановленных энергоблока – АМБ-100 и АМБ-200. Первый энергоблок АМБ («Атом мирный большой») мощностью 100 МВт был включен в энергосистему 26 апреля 1964 года, ровно за 22 года до Чернобыльской трагедии. Энергоблок № 2 мощностью 200 МВт с одноконтурной схемой был введен в действие 29 декабря 1967 года. Блоки проработали 17 и 21 год соответственно и были остановлены «в связи с некомпенсируемыми отступлениями от правил безопасности» в 1981 и 1989 годах.

Схема реактора БН-600

Блок тип БН («Быстрые нейтроны») – экспериментальная технология ядерной индустрии. Реакторы на быстрых нейтронах также называют «бридерами» (от англ. breed – размножать). Бридеры способны нарабатывать плутоний.

В БН-600 используется жидкометаллический теплоноситель. В качестве теплоносителя в первом и втором контурах используется натрий, третий контур – пароводяной с промежуточным (натриевым) перегревом пара. Активные зоны реакторов типа БН весьма существенно отличаются от активных зон реакторов на тепловых нейтронах. Главная особенность реактора-бридера состоит в том, что в его активной зоне процесс деления ядер быстрыми нейтронами сопровождается гораздо большим выходом (на 20–27 %) вторичных нейтронов, чем в реакторах на тепловых нейтронах[37].

Проект энергоблока с реактором БН-600 был разработан без учета требований современных правил и норм по безопасности. В нем не решены вопросы обеспечения независимости каналов управления и электроснабжения систем безопасности, оснащения ряда элементов оборудования первого контура страховочными корпусами на случай течи натрия.

Одна из серьезных проблем, возникающих при эксплуатации БН-600, это принципиальная возможность меж-контурной неплотности парогенераторов натрий – вода, течи натрия. За время эксплуатации блока было выявлено 12 межконтурных неплотностей, произошло 27 течей, пять из них на системах с радиоактивным натрием, 14 сопровождались горением натрия, пять были вызваны неправильным ведением ремонтных работ или операциями ввода/вывода в ремонт. Количество вытекшего натрия составляло в разных случаях от од до 1000 кг при средней массе 2 кг.

Блок БН-600 имеет ряд несоответствий требованиям «Общих положений обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ-88/97)».

– В период проектирования и сооружения энергоблока промышленная площадка БАЭС относилась к несейсмичной зоне, в связи с этим не по всем системам и элементам проведены расчеты, подтверждающие выполнение своих функций при землетрясениях выше определенных уровней. Это увеличивает риск аварий, поскольку при сейсмических воздействиях с повышенной интенсивностью возможен выход из строя элементов третьего контура, участвующего в расхолаживании энергоблока.

– Имеющаяся сеть непрерывных измерений мощности дозы ионизирующих излучений не позволяет производить контроль по всем направлениям санитарно-защитной зоны и зоны наблюдения. При проектных и запроектных авариях оценка и прогнозирование радиационной обстановки на окружающей местности могут не обеспечить полную оценку радиационного воздействия на население по всем направлениям санитарно-защитной зоны и зоны наблюдений[38].

– 21 января 1987 года на реакторе БН-600 произошла авария: в результате превышения допустимой эксплуатационной температуры в активной зоне реактора произошло массовое нарушение герметичности ТВЭЛов (тепловыделяющие элементы, то есть ядерное топливо). Это привело к выбросу радиоактивности с суммарной активностью около 100 тыс. кюри. Авария по всем признакам соответствовала 4-му уровню по шкале INES. Такой уровень был первоначально присвоен аварии на АЭС «Фукусима-Дайчи», однако затем был поднят до максимального 7-го.

– В августе 1992 года экспедицией Госкомчернобыля России в районе Белоярской АЭС обнаружены аномальные концентрации цезия-137 и кобальта-60. Максимальная мощность излучения зарегистрирована на уровне около 1200 мкР/ч и сформирована в основном излучением кобальта-60.

– 22 декабря 1992 года на станции при перекачке жидких радиоактивных отходов на спецводоочистку для их переработки из-за халатности персонала было затоплено помещение обслуживания насосов хранилища жидких радиоактивных отходов (ХЖО). Вода поступила в страховочный поддон и из-за его неплотности, а также из-за переполнения попала в грунт под ХЖО, а затем по специальной дренажной сети, предназначенной для отвода грунтовых вод, – в водоем-охладитель. Общее количество жидких радиоактивных отходов, попавших в поддон, составило около 15 кубометров суммарной активностью 6 кюри. Суммарная активность цезия-137, попавшего в пруд-охладитель, около 6 мКи. Этому инциденту был присвоен 3-й уровень по шкале INES.

– 29 января 1993 года из-за участившихся сбоев в технологическом процессе на Белоярской АЭС была расширена санитарно-защитная зона станции. Радиус вырос с 8 до 30 км и сравнялся по размеру с Чернобыльским.

– 7 октября 1993 года в и часов 19 минут третий блок Белоярской АЭС был остановлен по признакам повышения радиационного фона в вытяжной вентиляционной сети. Причина – утечка теплоносителя в одной из вспомогательных систем. Также, по словам директора станции, произошло незначительное возгорание. Происшествие оценено как инцидент 1-го уровня по шкале INES.

– 6 июня 1994 года во время капитального ремонта произошла утечка нерадиоактивного натрия из второго контура, из-за чего начался многочасовой пожар. Персонал станции своими силами с возгоранием справиться не смог и вызвал пожарную бригаду. У нее также не оказалось средств для тушения натрия. После того как утечка была остановлена, уже вышедший натрий выгорел, и пожар сам прекратился.

– В течение 1995 года наблюдалось превышение допустимых концентраций цезия-137 в 1,2–4,4 раза и стронция-90 в 1,8—11,5 раза в подземных водах контрольных скважин хранилища жидких радиоактивных отходов Белоярской АЭС.

– 9 июня 1999 года один из трех турбогенераторов был выключен из-за опасности возгорания турбины. Сработала аварийная система. Два других генератора автоматически выключились. Причинами стали перегрев опорного подшипника и последующее задымление.

– 9 сентября 2000 года в энергосистеме «Свердловэнерго», снабжающей станцию электричеством, из-за ошибки персонала произошла авария, в результате которой Белоярская атомная станция была отключена от электропитания. Через 3 секунды после этого произошло аварийное отключение реактора БН-600. В результате станция снизила нагрузку до нуля. Экстренная остановка сопровождалась стравливанием пара. Станция была обесточена в течение девяти минут. Нештатная ситуация подобного рода не описывается в специальных инструкциях. По мнению независимых экспертов, всего несколько минут отделяли БАЭС от катастрофы, сравнимой с Чернобыльской.