Sobota, 26 září
Shadow

Quark: Lapač taveniny chráni jadrovú energetiku pred čínskym syndrómom

Pojem čínsky syndróm označuje veľmi vážnu haváriu jadrovej elektrárne, pri ktorej dôjde k roztaveniu paliva a jeho pretaveniu do životného prostredia. Čím je pravdepodobnosť tejto udalosti nižšia, tým silnejšie emócie vzbudzuje. To, aby bola úplne vylúčená, zaisťuje špeciálne zariadenie, ktoré sa nazýva lapač taveniny, a ktoré používajú niektorí dodávatelia jadrových blokov s reaktormi generácie III+, patriace k tomu najmodernejšiemu, čo v jadrovej energetike existuje.

lapac_pro_ostroveckou_1024
Lapač taveniny pre Ostroveckú jadrovú elektráreň v Bielorusku. (Zdroj: Quark)

Ako vznikol pojem čínsky syndróm

V polovici 60. rokov minulého storočia, kedy bolo po celom svete v prevádzke zhruba 50 blokov jadrových elektrární a každý rok spustených okolo desať nových, sa začali jadroví fyzici zamýšľať nad otázkou, či sú núdzové systémy chladenia schopné zabrániť ťažkej havárii spojenej s tavením paliva. Americký fyzik Ralph Lapp, ktorý sa zúčastnil projektu Manhattan, a ktorý sa neskôr stal známym popularizátorom vedy, publikoval v roku 1971 článok Thoughts on Nuclear Plumbing venovaný chladiacim systémom jadrových elektrární a ich potenciálnemu zlyhaniu. Odvolával sa na teoretikov, ktorí vo svojej štúdii spočítali, že pri hypotetickej vážnej havárii spojenej s tavením paliva by mohlo dôjsť k tomu, že sa tavenina pretaví stenou reaktora aj betónovými základmi elektrárne, a pro tento jav prvýkrát použil termín čínsky syndróm. Inšpiroval ho k tomu vtip, ktorý zdôrazňuje extrémne nízku pravdepodobnosť takej udalosti a ktorý hovorí, že by sa tavenina pretavila celou Zemeguľou a vyšla by na povrch na opačnej strane, v Číne.

K rozšíreniu pojmu čínsky syndróm prispel rovnomenný americký film, ktorý mal premiéru 16. marca 1979, o havárii americkej jadrovej elektrárne, pri ktorej dôjde k roztaveniu paliva. Iróniou osudu je, že len o 12 dní neskôr došlo k havárii druhého bloku elektrárne Three Mile Island, priebeh ktorej bol čiastočne zhodný so scenárom filmu. Časť paliva sa roztavila, ale nedošlo k úniku radiácie mimo priestory elektrárne. Termín čínsky syndróm sa tak ustálil ako označenie najvážnejšej nadprojektovej havárie spojenej s roztavením paliva a jeho pretavením do životného prostredia.

lapac_pro_leningradskou_2
Montáž lapača taveniny v elektrárni Leningradská II. (Zdroj: Quark)

Fyzika subatómových častíc a jadrová energetika

V súvislosti s tavením paliva sa odohral zaujímavý prípad, kedy mal základný výskum využitie pri zisťovaní následkov jadrovej havárie. Roztavená zmes paliva a konštrukčných materiálov (nazývaná corium) je vysoko aktívna a nie je teda možné prísť k reaktoru a pozrieť sa, koľko paliva sa roztavilo a či sa pretavilo z reaktoru von. Táto informácia má ale zásadný význam pri plánovaní likvidácie následkov havárie japonskej jadrovej elektrárne Fukušima 1. Elektráreň tak naviazala spoluprácu s japonským výskumným ústavom High Energy Accelerator Research Organization, ktorý jej dodal detektory miónov.

Mióny sú vysokoenergetické subatómové častice, ktoré vznikajú dopadom kozmického žiarenia do vrchných vrstiev zemskej atmosféry. Približne 10 000 týchto častíc dopadá každú minútu na zemský povrch a neškodne prechádza celou Zemou. Meraním zmien dráhy miónov po preletení cez objekt možno určiť jeho hustotu, čo je použiteľné na odlíšenie uránu, ktorý má veľmi veľkú hustotu oproti oceľovým a betónovým konštrukčným materiálom. Merania z roku 2015 a 2016 vykonané na prvom a druhom bloku poškodenej fukušimskej elektrárni ukázali, že sa väčšia časť paliva roztavila, tavenina stiekla do spodnej časti reaktorových nádob, ale nedošlo k žiadnemu veľkému úniku taveniny do priestoru pod reaktorom.

 

100% poistka proti čínskemu syndrómu

Svet sa rozvoja jadrovej energetiky nevzdal ani po haváriách v elektrárňach Černobyľ, Three Mile Island a Fukušima 1 a vyvíja jadrové elektrárne tak, aby boli stále odolnejšie a poučili sa z minulých havárií. Súčasťou toho je aj ochrana životného prostredia pred únikom coria do životného prostredia. Veľký krok v bezpečnosti znamenajú reaktory generácie III+, z ktorých sa ako prvý do prevádzky dostal prvý blok Novovoronežskej jadrovej elektrárne II, ktorý vyrába elektrinu od augusta 2016 a od konca októbra funguje na plný výkon. Nachádza sa tu reaktor VVER-1200, ktorý je odolný voči čínskemu syndrómu vďaka lapaču taveniny umiestnenému pod reaktorom.

Lapač taveniny vyvinuli pre tento reaktor v rokoch 1994 až 2006 ruskí projektanti a konštruktéri z niekoľkých spoločností zo štruktúry Rosatomu a vedci z výskumného ústavu Kurčatovský inštitút. Pri vývoji boli použité aj výsledky výskumov vykonaných v Rusku na konci 80. rokov minulého storočia.

V bloku typu VVER-1200 je lapač taveniny umiestnený priamo pod reaktorovou nádobou a tvorí ho kovová nádoba tvaru misy. Vnútri sa nachádza takzvaný obetný materiál, ktorý zastaví taveninu a zabráni tomu, aby vytiekla na betónový ochranný obal reaktoru a poškodila ho. Počas vývoja bolo uskutočnených viac než 2000 pokusov s cieľom nájsť optimálne chemické zloženie obetného materiálu a ďalších komponentov lapača.

Druhou dôležitou funkciou lapača je zaistenie podkritičnosti taveniny, teda zabrániť rozbehnutiu reťazovej štiepnej reakcie. V prípade havárie a zachytenia taveniny lapačom nastanú v roztavenom palive a konštrukčných materiáloch také podmienky, že je vylúčená reťazová štiepna reakcia.

Treťou funkciou je obmedzenie vzniku vodíka, ktorý pri vážnej havárii vzniká pri kontakte vody s rozpáleným pokrytím jadrového paliva, a ktorý môže v dostatočnej koncentrácii spôsobiť aj výbuch reaktorovej budovy.

 

Konštrukcia lapača taveniny

Samotný lapač je dvojitý, vnútorná stena má hrúbku 60 mm, vonkajšia 30 mm a medzi nimi je vysokoteplotný betón. Vnútri sú naskladané kazety s obetným materiálom, čo je keramická zmes založená na oxidoch železa a hliníku. Presné zloženie zmesi je chránené patentom a je výsledkom mnohoročných experimentov. Obetný materiál reaguje s taveninou a bráni tomu, aby roztavila vonkajšiu stenu nádoby lapača. Lapač taveniny je zvonku chladený vodou a celkovo sa jedná o pasívny bezpečnostný prvok, ktorý je maximálne spoľahlivý a použitie ktorého nevyžaduje zásah obsluhy elektrárne ani napájanie elektrinou.

%d0%b2%d0%bd%d1%83%d1%82%d1%80%d0%b5%d0%bd%d0%bd%d0%b5%d0%b5-%d1%83%d1%81%d1%82%d1%80%d0%be%d0%b9%d1%81%d1%82%d0%b2%d0%be-%d1%83%d0%bb%d1%80
Prierez lapačom taveniny. (Zdroj: Quark)

Použitie lapače taveniny

Na svojich nových elektrárňach používajú lapač taveniny spoločnosti Rosatom a Areva. Vôbec prvýkrát bol použitý v čínskej jadrovej elektrárni Tianwan, kde Rosatom postavil dva bloky s reaktormi VVER-1000 a stavia ďalšie dva rovnakého typu. Prvá dvojica blokov bola uvedená do komerčnej prevádzky v roku 2013.

S lapačom sa tiež stretneme v indickej jadrovej elektrárni Kudankulam, kde sú dva bloky typu VVER-1000 tiež postavené Rosatomom. Prvý z nich bol uvedený do prevádzky v roku 2014 a druhý bol v októbri 2016 pripojený k prenosovej sústave.

Lapač taveniny je štandardnou súčasťou typového projektu bloku s reaktorom VVER-1200, ktorý je v realizácii v ruských elektrárňach Novovoronežská II a Leningradská II a v bieloruskej Ostroveckej JE. V Leningradskej JE-II bol vypracovaný špeciálny projekt montáže lapača taveniny, ktorý pozostával z 485 čiastkových operácií naplánovaných do najmenších detailov. Postup montáže bol naviac namodelovaný pomocou technológie Multi-D, ktorá umožnila optimalizovať priebeh a nadväznosť jednotlivých krokov. Vďaka tomu vedel každý pracovník, ktorý sa na montáži podieľal, čo má robiť v konkrétnej chvíli.

Montáž lapača taveniny vyžaduje vysokú profesionalitu pri vykonávaní stavebných prác. Pretože Rosatom stavia jadrové elektrárne sériovo, má tento postup rozpracovaný do posledného detailu. Príkladom môže byť Novovoronežská JE-II, kde prebehla montáž 137 tonovej nádoby lapača behom polhodiny.

Dnes je lapač taveniny súčasťou všetkých projektov Rosatomu v Rusku aj v zahraničí a zaručuje, aby nemohol nastať scenár podľa čínskeho syndrómu za akýchkoľvek nepredvídateľných udalostí. Stretneme sa tak s ním v projektoch, realizácia ktorých sa pripravuje vo Fínsku, Maďarsku, Egypte a Turecku.

je-tianwan
Prvý lapač taveniny inštaloval Rosatom v čínskej jadrovej elektrárni Tianwan. (Zdroj: Quark)

Zdroj: Quark 12/2016

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..