Кіріспе

Электр қуатын және араласуды қажет етпейтін ядролық қауіпсіздік әдісі. Пассивті ядролық қауіпсіздік – ядролық реакторда іске асырылатын қауіпсіздік мүмкіндіктерін жобалау тәсілі, ол реакторды қауіпсіз жағдайға келтіру үшін оператордың белсенді араласуын немесе электрлік/электрондық кері байланысты қажет етпейді, егер аварияның белгілі бір түрі орын алса (әдетте салқындатқыштың жоғалуынан немесе салқындатқыш ағынының жоғалуынан туындаған қызу). Мұндай жобалау ерекшеліктері компоненттердің инженериялық шешімдеріне негізделген, олардың күтілетін мінез-құлқы реактордың күйінің нашарлауын тездетудің орнына баяулатуға бағытталған; олар әдетте ауырлық, иілім, қысымның айырмашылығы, жылу өткізгіштігі немесе табиғи жылу конвекциясы сияқты табиғи күштерді немесе құбылыстарды пайдаланады, бұл белсенді қуат көзі қажет болмай қауіпсіздік функцияларын орындауға мүмкіндік береді. Көптеген ескі, кең таралған реакторлардың жобаларында пассивті қауіпсіздік жүйелері шектеулі түрде қолданылады, олар көбінесе дизельдік қозғалтқыштар сияқты белсенді қауіпсіздік жүйелеріне сенеді. Кейбір жаңа реакторлардың жобаларында көбірек пассивті жүйелер бар; себебі олардың сенімділігі жоғары және бірдей сенімділік деңгейіне жету үшін бірнеше жабдық тізбектері мен қосымша қауіпсіздік класты қуат көздерін қажет ететін жүйелерді орнату және күтіп-ұстаумен байланысты шығындарды азайтады. Дегенмен, көптеген пассивті қауіпсіздік мүмкіндіктерін қозғайтын әлсіз күштер, әсіресе апаттан кейінгі алғашқы уақыттарда, пассивті жүйенің тиімділігіне елеулі қиындықтар туғызуы мүмкін.

Пассивті қауіпсіздік элементтерін пайдаланатын реакторлардың мысалдары

Үш Майл Айленд 2 блогы 480 ПБк радиоактивті асыл газдардың қоршаған ортаға таралуын және 120 кЛ радиоактивті ластанған салқындату суының жақын ғимаратқа таралуын тоқтатуға шамасы келмеді. ТМИ 2-дегі пилоттық рельефтік клапан реактор ішіндегі артық қысымды сөндіру резервуарына жіберіп, автоматты түрде жабылуға арналған. Бірақ клапан механикалық түрде істен шығып, PORV сөндіру резервуары толды, ал рельефтік мембрана ақырында қорғаныс ғимаратына жарылды. Қорғаныс ғимаратының сорғылары ластанған суды автоматты түрде ғимараттан сыртқа сорды. Жұмыс істейтін PORV және сөндіру резервуары, сондай-ақ жеке қорғаныс ғимараты және сорғы жүйесі екі қабатты пассивті қауіпсіздік қамтамасыз етті. Сенімсіз PORV оның жобаланған пассивті қауіпсіздігін жойды. Өсімдік жобасында PORV-тің нақты орналасуын жеке көрсетудің орнына, оның соленоидты іске қосуының күйіне негізделген жалғыз ашық/жабық көрсеткіші болды. Бұл PORV-тің механикалық сенімділігін тікелей анықтауға мүмкіндік бермеді, демек оның пассивті қауіпсіздік күйі де анықталмады. Автоматты сорғылар және/немесе жеткіліксіз сорғы сыйымдылығы қорғаныс ғимаратының жобаланған пассивті қауіпсіздігін жойды. Чернобыль электр стансасының апатынан кейін сумен салқындатылатын, графитпен жұмыс істейтін RBMK реакторлары реакция жылдамдығын басқару үшін электромагниттік тұтқалардағы борлы бақылау таяқшаларымен оң бос кеңістік коэффициентімен жобаланған. Басқару жүйелерінің сенімділігіне байланысты бұл жобаның тиісті белсенді қауіпсіздік деңгейі болды. Реактор төмен қуат деңгейінде қауіпсіз емес еді, себебі бақылау таяқшаларының қателігі күтпегендей үлкен әсерге ие болар еді. 4-ші Чернобыль реакторының орнына, модераторлық зат – графит және нейтрондық рефлектор салынған, қолмен басқарылатын борлы бақылау таяқшалары орнатылды. Ол желілік қуатқа немесе дизель генераторының резервтік жұмыс істеуіне байланысты авариялық өзекті салқындату жүйесімен (ECCS) жабдықталған. ECCS қауіпсіздік компоненті мүлдем пассив емес еді. Жобада реактордың үстінен және астынан құбырлар мен таяқшалар өтетін бетон плитадан тұратын жартылай қорғаныс, оттегі сумен салқындатылған ыстық графиттен алыс болу үшін инертті газ толтырылған металл ыдыс, өртке төзімді шатыр және ыдыстың астындағы құбырлар екіншілік сумен толтырылған қораптар болды. Шатыр, металл ыдыс, бетон плиталар және су қораптары – пассивті қауіпсіздік компоненттерінің мысалдары. Чернобыль электр стансасының шатыры битумнан жасалған, бұл оны тұтандыруға мүмкіндік берді. Үш Майл Айленд апатынан айырмашылығы, бетон плиталар да, металл ыдыстар да бу, графит және оттегімен тудырылған сутек жарылысын тоқтатуға шамасы келмеді. Су қораптары құбырлардың жоғары қысымдағы бұзылуына төтеп бере алмады. Пассивті қауіпсіздік компоненттері жобаланғандай жүйенің қауіпсіздік талаптарын орындауға жеткіліксіз болды. General Electric Company ESBWR (Экономикалық оңайлатылған қайнау су реакторы, BWR) пассивті қауіпсіздік компоненттерін пайдаланатын жоба болып есептеледі. Салқындатқыш жоғалған жағдайда үш күн бойы оператордың араласуы қажет емес. Westinghouse AP1000 ("AP" – "Advanced Passive" дегенді білдіреді) пассивті қауіпсіздік компоненттерін қолданады. Апат болған жағдайда 72 сағат бойы оператордың араласуы қажет емес. Ресейлік VVER-дің соңғы нұсқалары қолданыстағы белсенді жүйелерге салқындату жүйесін және тұтқырлық күмбездің үстіне орнатылған су резервуарларын пайдалана отырып, жылуды алудың пассивті жүйесін қосты. Интегралды жылдам реактор – Аргонн ұлттық зертханасы басқаратын жылдам көбейтуші реактор. Бұл натриймен салқындатылатын реактор, ол SCRAM-сыз (салқындатқыш) ағыны жоғалғанда және SCRAM-сыз жылу бөлгіші жоғалғанда да жұмыс істей алатын. Бұл реактордың оператордың араласуынсыз сәтті тоқтатылған қауіпсіздік сынақтары арқылы дәлелденді. Жоба басқа жерде көшіріліп үлгермегенге дейін ядролық қарудың таралуына байланысты тоқтатылды. Ерітілген тұз реакторы эксперименті (MSRE) – Оук Ридж ұлттық зертханасы жүргізген еритілген тұз реакторы. Ол ядролық графитпен қалыптыландырылған және пайдаланылған салқындатқыш тұз FLiBe болды, сонымен қатар ондағы еріген уран-233 фторидті отын болды. MSRE термореактивтілік термореактивтілік коэффициентіне ие болды: FLiBe температурасы өскен сайын, ол уран иондарымен бірге кеңейді; бұл тығыздықтың төмендеуі ядродағы бөлінгіш материалдың азаюына әкелді, бұл бөліну жылдамдығын төмендетті. Азайған жылу түсірілімімен, реактор салқындатылатын нәтижесі болды. Реактор өзегінің төменгі жағынан пассивті салқындатылатын жинақтағыштарға жететін құбыр созылған. Құбырдың бойында "мұздату клапаны" болды, онда еритілген тұз құбырға үрленген ауамен қатты тоғысқа айналдырылды. Егер реакторлық ыдыс артық жылу дамытса немесе ауа салқындатуға электр қуатын жоғалтса, тоғыс еріп кететін еді; FLiBe гравитация күшімен реактор өзегінен жинақтағыштарға тартылып, тұз графит модераторынан ажыратылғанда реакция тоқтатылар еді. General Atomics HTGR жобасы толық пассивті және қауіпсіз жобаланған ысық шығару жүйесін, Реакторлық қуыс салқындату жүйесін (RCCS) қамтиды. Бұл жобада бетон қорғаныс қабырғасын (сонымен қатар реакторлық қысымды ыдысты қоршап тұрады) айналдыратын болат құбырлар тізбегі бар, ол жоғарыда орналасқан түтіктерден туындаған ауаның табиғи айналымын қамтамасыз етеді. Осы RCCS тұжырымдамасының туындылары (ауа немесе су жұмыс сұйықтығы ретінде) басқа газ салқындатылатын реактор жобаларында да қолданылды, соның ішінде жапондық жоғары температуралық инженерлік сынақ реакторы, қытайлық HTR 10, Оңтүстік Африкалық PBMR және ресейлік GT MHR. Бұл жобалардың ешқайсысы қуат өндіру үшін коммерциялық түрде пайдаланбағанмен, бұл салалардағы зерттеулер белсенді, әсіресе IV буын және NGNP бағдарламаларын қолдау мақсатында, Аргонн ұлттық зертханасындағы (табиғи конвекциямен тоқтату және жылуды алуды сынау құрылымы, 1/2 масштабты ауа салқындатылатын RCCS) және Висконсин университетіндегі (жеке 1/4 масштабты ауа және су салқындатылатын RCCS) экспериментальдық құрылыстар бар.