Кіріспе

Реактор апаты ядроның қызып кетуінен

Ядролық балқыма (ядролық балқыма, ядролық балқыма апаты, балқыма немесе ішінара балқыма) – ядролық реактордағы ауыр апат, ол ядроның қызып кетуінен зақымдануына әкеледі. "Ядролық балқыма" терминін Халықаралық атом энергиясы агенттігі немесе АҚШ-тың Ядролық реттеу комиссиясы ресми түрде анықтамайды. Дегенмен, бұл термин ядролық реактордың ядросының кездейсоқ балқып еруін білдіреді және көбінесе ядроның толық немесе ішінара құлауын көрсетеді. Ядролық балқыма апаты ядролық реактордағы жылудың, салқындату жүйелері шығаратын жылудан асып кеткенде, кем дегенде бір ядролық отын элементінің балқу температурасынан жоғарылағанда орын алады. Бұл жоғары температураға байланысты болмайтын отын элементінің бұзылуынан ерекшеленеді. Балқыма салқындатқыштың жоғалуынан, салқындатқыш қысымының төмендеуінен, салқындатқыш ағынының азайуынан немесе реактордың жобалық параметрлерінен асып түсетін қуат деңгейінде жұмыс істеу нәтижесінде туындауы мүмкін. Сондай-ақ, сыртқы өрт ядроға қауіп төндіріп, балқымаға әкелуі де мүмкін. Реактордың отын элементтері балқып еріген кезде, отын қаптамасы бұзылады және отын элементтеріндегі ядролық отын (мысалы, уран, плутоний немесе торий) және бөліну өнімдері (мысалы, цезий-137, криптон-85 немесе йод-131) салқындатқышқа таралуы мүмкін. Келесі ақаулар осы радиоизотоптардың одан әрі қорғау қабаттарын бұзуына мүмкіндік береді. Қызып кеткен бу және ядроның ішіндегі ыстық металл отын мен салқындатқыш арасындағы өзара әрекеттесуге, сутегінің жарылуына немесе бу соққысына әкелуі мүмкін, олардың кез келгені қоршаудың бөліктерін жоюы мүмкін. Балқыма өте қауіпті болып саналады, себебі радиоактивті материалдардың барлық қорғауды бұзып, қоршаған ортаға таралуы (немесе шығарылуы) мүмкін, бұл радиоактивті ластануға, радиоактивті жауынға және жақын жердегі адамдар мен жануарлардың сәулеленуіне әкелуі мүмкін.

Стандартты ақаулық режімдері

Егер балқыған ядро қысымды ыдысқа енсе, онда не болуы мүмкін деген теориялар мен болжамдар бар. Қазіргі ресейлік станцияларда контейменттің түбінде "ядроны ұстау құрылғысы" орналасқан. Балқыған ядро "құрбандық металлының" қалың қабатына тиеді, ол еріп, ядроны сұйылтады, жылу өткізгіштігін арттырады, содан кейін сұйылтылған ядро еденде айналып тұратын сумен салқындатылады. Бірақ, бұл құрылғының толық масштабты сынағы ешқашан өткізілмеген. Батыс станцияларында герметикалық контеймент бар. Контеймент ішіндегі радиация деңгейі жоғары болғанымен, сыртындағы доза төмен болады. Контейменттік ғимараттар қысымды босату клапаны мен сүзгілер арқылы радионуклидтерді шығармай, реттелген түрде қысымды төмендетуге арналған. Газ жарылыстарын болдырмау үшін сутек/оттекті рекомбинаторлар да орнатылған. Еріген кезде, реакторлық қысымды ыдыста (RPV) бір нүкте немесе аймақ басқа аймақтардан қызып, ақырында ериді. Ерігенде, корий реактордың астындағы қуысқа құйылады. Қуыс құрғақ күйде сақталуға арналған, бірақ NUREG класындағы бірнеше құжат операторларға отынның еруі кезінде қуысты сумен толтыруды кеңес береді. Бұл су буға айналып, контейментке қысым түсіреді. Автоматты су шашырату жүйесі қысымды төмендету үшін көп мөлшерде суды булы ортаға сорғылайды. Катализдік рекомбинаторлар сутегі мен оттекті суға жылдам түрлендіреді. Корийдің суға түсуінің бір пайдасы – ол салқындалып, қатты күйге оралады. Контеймент ішіндегі су шашырату жүйелері және ЭКҚС (ECCS) қайта іске қосылғанда операторларға едендегі ядроны салқындатуға және оны төмен температураға дейін төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл процедуралар радиоактивтіліктің таралуын болдырмауға бағытталған. 1979 жылғы Үш Миль аралындағы оқиғада, бүкіл оқиға кезінде станцияның периметрінде тұрған теориялық адам шамамен 2 миллизиверт (200 миллирем) доза алған, бұл кеуде рентгені мен компьютерлік томографияның радиациясына тең. Бұл бақылаусыз жүйеден газ шығуына байланысты болды, бүгінде бұл радионуклидтердің таралуын болдырмау үшін белсендірілген көмір және HEPA сүзгілерімен жабдықталған болар еді. Бірақ Фукусимадағы апат кезінде бұл жоба сәтсіз аяқталды. Фукусима Дайичи атом электр станциясының операторлары бақылауды сақтауға тырысқандарына қарамастан, 1-3 блоктардағы реакторлық ядролар қызып кетті, ядролық отын еріді және үш контейменттік ыдыс бұзылды. Реакторлық қысымды ыдыстардан сутек шығарылды, бұл 1, 3 және 4 блоктардағы реакторлық ғимараттарда жарылысқа әкелді, олар құрылымдар мен жабдықтарға зақым келтірді және персонал жарақат алды. Радионуклидтер станциядан атмосфераға шығарылып, құрлыққа және мұхитқа түсті. Сондай-ақ теңізге тікелей шығарылымдар да болды. Корийдің табиғи ыдырау жылуы конвекция және өткізгіштік арқылы контеймент қабырғаларымен тепе-теңдікке келгенде, су шашырату жүйелерін тоқтатуға және реакторды қауіпсіз сақтауға қоюға жеткілікті салқындалады. Контейментті радиактивтіліктің өте шектеулі мөлшерде сыртқа шығарылуымен және қысымның төмендеуімен герметикалық жабуға болады. Бөліну өнімдерінің ыдырауына шамамен он жыл өткеннен кейін, контейментті залалсыздандыру және бұзу үшін қайта ашуға болады. Басқа сценарийде жарылғыш сутегінің жиналуы мүмкін, бірақ контеймент ішіндегі пассивті автокатализдік рекомбинаторлар бұған жол бермейді. Фукусимада контейменттер инертті азотпен толтырылды, бұл сутегінің жануына жол бермеді; бірақ сутек контейменттен реакторлық ғимаратқа ағып, онда ауамен араласып жарылды.

Спекулятивті ақаулық режімдері

Бір сценарий реактордың қысым ыдысының бірден істен шығуынан тұрады, сонда бүкіл корий массасы су тоғанына түседі (мысалы, салқындатқыш немесе модератор) және өте тез будың пайда болуына әкеледі. Егер жарылу дискілері қысымды азайта алмаса, онда тосқауылдың тұтастығына қауіп төнуі мүмкін. Күйіп кетуі мүмкін заттар бар, бірақ тосқауылда олар аз немесе жоқ. 1975 жылғы Расмуссен (WASH 1400) зерттеуінде «альфа режиміндегі» сәтсіздік деп аталатын тағы бір теорияда бу реактордың қысым ыдысының (RPV) басын ұшырып тастауға жеткілікті қысым тудыра алады делінген. Егер RPV басы тосқауылға соқтығысса, қауіп тууы мүмкін. (WASH 1400 есебі жақсы негізделген жаңа зерттеулермен алмастырылды, ал қазір Ядролық реттеу комиссиясы олардың барлығын жоққа шығарды және ең озық реактордың салдарын талдау [SOARCA] зерттеуін дайындап жатыр – NUREG 1150-дегі жауапкершіліктен бас тарту туралы хабарламаны қараңыз). 1970 жылға қарай, ядролық реактордың авариялық салқындату жүйелерінің салқындатқыш сұйықтығының жоғалуынан болатын апатты және отын ядросының балқыуын болдырмау қабілетіне күмән туды; бұл тақырып техникалық және көпшілік баспасөздерде кең таралды. 1971 жылы «Ядролық құбырлар туралы ойлар» мақаласында Манхэттен жобасының бұрынғы ядролық физигі Ральф Лапп «Қытай синдромы» терминін тосқауыл құрылымдарының өрт сөндіруіне және радиоактивті материалдың атмосфераға және қоршаған ортаға шығуына мүмкіндік беретін жағдайды сипаттау үшін қолданды. Бұл гипотеза 1967 жылы В.К. Эрген басқарған ядролық физиктер тобының баяндамасынан туындады. Кейбіреулер балқыған реактордың өзегі реактордың қысым ыдысы мен тосқауыл құрылымын тесіп, жер асты суы деңгейіне дейін күйіп кетеді деп қорқады. Балқыған массаның құрылымды қаншалықты тесіп өте алатыны әлі анықталған жоқ (бірақ бұл Түнгі сынақ аймағының мәліметтер парағында сипатталған сұйықтық жоғалту сынақ реакторында сыналып көрді). Үш Майл аралындағы апат нақты балқыған ядромен тәжірибе жинауға мүмкіндік берді: корий бақылау таяқтары мен реактордың басқа ішкі бөліктерімен сұйылтылғандықтан, алты сағаттан астам уақыт бойы әсер еткеніне қарамастан, реактордың қысым ыдысын тесіп өте алмады, бұл ядроның зақымдану оқиғаларына қарсы қорғаныс тереңдігіне назар аудару қажеттігін растады.

Басқа реактор түрлері

Реакторлардың басқа түрлері LWR-ден өзгеше мүмкіндіктерге және қауіпсіздік сипаттамаларына ие. Осы реакторлардың жаңартылған түрлерінің кейбіреулері табиғи түрде қауіпсіз болу мүмкіндігіне ие.

CANDU реакторлары

CANDU реакторлары, канадалық ғалымдардың ойлап тапқан дейтерий-уран конструкциясы, отын/салқындатқыш каналдарының айналасында кем дегенде бір, көбінесе екі үлкен, төмен температуралы және төмен қысымды су резервуарларымен жабдықталған. Біріншісі – ауыр су модераторы (салқындатқыштан бөлек жүйе), ал екіншісі – жеңіл сумен толтырылған қорғаныш резервуары (немесе каландрлық шахта). Бұл қосымша жылу сіңіргіштер отынның еріп кетуін алдын алуға (модератордың жылу сіңіргішін пайдалану арқылы) немесе модератор ақырында қайнап кетсе, ядролық қоршаудың бұзылуын болдырмауға (қорғаныш резервуарының жылу сіңіргішін пайдалану арқылы) жеткілікті. Отынның балқымауынан басқа, CANDU реакторында каландрдың сындырмас конфигурацияға деформациясы сияқты басқа да ақаулар болуы мүмкін. Барлық CANDU реакторлары стандартты батыс типтес қауіпсіздік құрылымдарында орналасқан.

Газбен салқындатылған реакторлар

Батыс реакторларының бірі – Ұлыбританияда салынған, газбен салқындатылатын реактор (АГР) деп аталады. Ол салқытудың жоғалуы немесе өзектің зақымдануына, ең қиын жағдайлар болмаса, аса осал емес. Салқындатқыштың салыстырмалы түрде инертті болуы (көмірқышқыл газы), салқындатқыштың үлкен көлемі мен жоғары қысымы және реактордың жылу беру тиімділігінің жоғарылығының арқасында, шектеулі ақау жағдайында өзектің зақымдану мерзімі күндермен өлшенеді. Салқындатқыш ағынының қалпына келтірілуі өзектің зақымдануын болдырмайды. Басқа, жоғары жетілдірілген газбен салқындатылатын реакторлар, әдетте жоғары температуралы газбен салқындатылатын реакторлар (ЖТГР) деп белгілі, мысалы, Жапонияның жоғары температуралық сынақ реакторы және АҚШ-тың өте жоғары температуралық реакторы, қауіпсіздік жағынан жоғары, яғни өзектің балқыуы немесе басқа да зақымдану түрлері физикалық тұрғыдан мүмкін емес, себебі өзектің құрылымы уран, торий немесе аралас оксидтің ТРИЗО немесе КВАДРИЗО гранулаларымен араластырылған кремний карбидімен күшейтілген графиттің алтыбұрышты призмалық блоктарынан тұрады. Бұл типтегі реактор балқыуға бейім болмаса да, жылуды жоюдың қосымша мүмкіндіктері тұрақты атмосфералық ауа ағынын қосымша жылуды жою құралы ретінде пайдалану арқылы, оны жылу алмастырғыш арқылы өткізіп, конвекция арқылы атмосфераға көтерілу арқылы толық қалдық жылуды жоюға қол жеткізу арқылы қамтамасыз етіледі. VHTR-дің прототипі Айдахо Ұлттық зертханасында келесі онжылдықта (2009 жылға қарай) АҚШ Энергетика министрлігі таңдаған келесі буын ядролық электр станциясы үшін таңдалған жоба ретінде сынақтан өтеді. Бұл реакторда салқындатқыш ретінде газ қолданылады, оны кейіннен процестік жылу үшін (мысалы, сутегі өндірісінде) немесе газ турбиналарын іске қосу және электр энергиясын өндіру үшін пайдалануға болады. Батыс Германияда бастапқыда жобаланған (AVR реакторы) және қазір Оңтүстік Африкада дамытылып жатқан ұқсас жоғары жетілдірілген газбен салқындатылатын реактор Pebble Bed модульді реакторы деп аталады. Бұл қауіпсіздік жағынан жоғары дизайн, яғни отынның құрылысының арқасында өзектің зақымдануы физикалық тұрғыдан мүмкін емес (металл RPV ішіндегі төсекке орналастырылған және TRISO (немесе QUADRISO) уран, торий немесе аралас оксид гранулаларымен толтырылған сфералық графит "шашалары"). Қытайлықтар осыған ұқсас реактордың прототипін, HTR 10-ды салған, ол зерттеушілердің күтуінен асып, қытайлықтарды толық көлемде 250 МВт, қауіпсіздік жағынан жоғары, энергия өндіру реакторларын салу жоспарларын жариялауға итермеледі. (Қосымша ақпарат алу үшін Қытай Халық Республикасындағы ядролық энергияны қараңыз.)

Қорғасын және қорғасын-бисмутпен салқындатылған реакторлар

Жақында реакторды салқындату үшін қорғасын немесе қорғасын-висмут сияқты ауыр сұйық металл қолдану ұсынылды. Отын мен ауыр сұйық металлдың (HLM) тығыздықтарының ұқсас болуына байланысты, жүзу күштері арқасында инерциялық пассивті қауіпсіздік кері байланыс механизмі пайда болады. Бұл механизм белгілі бір температураға жеткенде, төсек қоршаған салқындатқыштан жеңілдеп, қабырғадан алыстатылып, ыдыстың құрылымдық тұтастығына қауіп төндіретін температураның туындауына жол бермейді, сондай-ақ төсектің рұқсат етілген тереңдігін шектеу арқылы қайта сынға ұшырау ықтималдығын азайтады.

Эксперименттік немесе тұжырымдамалық жобалар

Ядролық реакторлардың кейбір жобалау тұжырымдамалары балқып кетуге төзімділік пен жұмыс істеу қауіпсіздігін баса назарға алады. PIUS (процесске тән ең жоғары қауіпсіздік) жобалары, бастапқыда 1970-жылдардың соңы мен 1980-жылдардың басында шведтер әзірлеген, конструкциясы бойынша өзектік зақымдануға төзімді болып табылатын реакторлар. Ешбір бірлік салынған емес. Апат аймақтарында және әскери миссияларда қуат беру үшін TRIGA-ның кеңейтілген мобильді нұсқасы – Deployable Electrical Energy Reactor, сондай-ақ шағын және қашық елді мекендер үшін кішкентай электр станциясы және жылу көзі – TRIGA Power System сияқты қуат реакторларын мүдделі инженерлер ұсынды. Бұл реакторлар қолданылған уран-цирконий гидрид отынының арқасында TRIGA-ның қауіпсіздік сипаттамаларын бөліседі. Сутегімен модерацияланған және өзін-өзі реттейтін ядролық қуат модулі, TRIGA сияқты химиялық және қауіпсіздік қасиеттері бар уран гидридін модератор және отын ретінде пайдаланады. Бұл реактор да жоғары қауіпсіздік пен тұрақтылық сипаттамаларына ие және соңғы кезде үлкен қызығушылық тудырып отыр. Сұйық фторлы торий реакторының өзегі табиғи түрде торий мен фтор тұздарының эвтектикалық қоспасы ретінде балқыған күйде болады. Осылайша, балқыған ядро осы типтегі реактордың қалыпты және қауіпсіз жұмыс жағдайын көрсетеді. Егер ядро қатты қызып кетсе, металл тығыны ериді, ал балқыған тұз ядросы резервуарларға ағып, сындырмайтын конфигурацияда салқындатылады. Ядро сұйық болғандықтан және бұрыннан балқығандықтан, оған зақым келтіру мүмкін емес. АҚШ-тың Integral Fast Reactor және ресейлік BN 350, BN 600 және BN 800 сияқты жетілдірілген сұйық металл реакторларының барлығында өте жоғары жылу сыйымдылығы бар натрий металлы салқындатқыштары бар. Осының арқасында олар SCRAM қажеттілігінсіз салқындатудың жоғалуына және SCRAM қажеттілігінсіз жылуды кетірудің жоғалуына төтеп бере алады, бұл оларды қауіпсіз деп тануға мүмкіндік береді.

РБМК

Советтік үлгідегі RBMK реакторлары (Реактор Большой Мощности Канальный), тек Ресейде және бұрынғы Кеңес Одағы елдерінде ғана кездеседі және қазір Ресейден басқа барлық жерде тоқтатылды. Оларда қорғау құрылыстары жоқ, табиғи түрде тұрақсыз (қуаттың қауіпті ауытқуларына бейім), сондай-ақ авариялық салқындату жүйелері (ECCS) бар, олар Батыс қауіпсіздік стандарттары бойынша жеткіліксіз деп есептеледі. Чернобыль апатына себеп болған реактор RBMK болды. RBMK авариялық өзекті салқындату жүйелері тек бір бөлімге ие және сол бөлімде аздаған резервтік мүмкіндіктер бар. RBMK-ның үлкен өзегі энергия тығыздығы жағынан Батыс LWR реакторларының кішкентай өзегінен азырақ болғанымен, оны салқындату қиынырақ. RBMK графитпен баяулатылады. Жоғары температурада бу мен оттегінің қатысуында графит синтез газын құрайды, ал су газын алмастыру реакциясы нәтижесінде пайда болатын сутек жарылыспен жануы мүмкін. Егер оттегі ыстық графитке тисе, ол жануы мүмкін. Бақылау таяқшалары бұрын графитпен қапталған, бұл материал нейтрондарды баяулатып, тізбекті реакцияны жылдамдатады. Су салқындатқыш ретінде қолданылады, бірақ баяулатушы ретінде емес. Егер су қайнап кетсе, салқындату тоқтатылады, бірақ баяулату жалғасады. Бұл реактивтіліктің оң бос коэффициенті деп аталады. RBMK қауіпті қуат ауытқуларына бейім. Реактор кенеттен қызып, бақылау таяқшалары қозғалғанда, олар тұрып қалуы мүмкін. Ксенон-135, нейтрондарды сіңіретін бөлшектену өнімі, өзекте жинақталып, қуаты төмендеген кезде күтпеген жерден жануы мүмкін. Бұл нейтрондық және жылулық қуаттың дұрыс емес есептелуіне әкелуі мүмкін. RBMK өзегінің үстінде қорғау құрылысы жоқ. Отынның үстіндегі жалғыз сенімді кедергі – өзектің жоғарғы бөлігі, жоғарғы биологиялық қалқан деп аталады, ол басқару таяқшаларымен және желіде отын ауыстыруға арналған тесіктермен біріккен бетоннан жасалған. RBMK-ның басқа бөліктері өзектен гөрі жақсы қорғалған. Жедел тоқтату (SCRAM) 10-15 секундқа созалады. Батыс реакторлары 1-2,5 секундта тоқтайды. Операторларға нақты уақыт режимінде қауіпсіздікті бақылау мүмкіндігін беру үшін Батыс тарапынан көмек көрсетілді. Бұл автоматты түрде авариялық салқындатуды іске қосуға қатысты ма, жоқ па, белгісіз. Батыс көздерінен қауіпсіздікті бағалау бойынша оқыту ұйымдастырылды, ал ресейлік реакторлар RBMK-дағы кемшіліктерді ескере отырып дамыды. Дегенмен, көптеген RBMK реакторлары әлі де жұмыс істеп тұр. Суыту сұйығының жоғалуын өзектің зақымдануына дейін тоқтату мүмкін болса да, өзектің зақымдануына байланысты кез келген жағдай радиоактивті материалдардың кең ауқымды таралуына әкелуі мүмкін. Литва 2004 жылы Еуропалық Одаққа кірген кезде Игналина АЭС-індегі екі RBMK реакторын Еуропалық ядролық қауіпсіздік стандарттарына толыққанды сәйкес келмейді деп таныды. Ел оларды Висагинас атом электр стансасындағы қауіпсіз реакторлармен алмастыруды жоспарлап отыр.

MKER

MKER – бұл қазіргі заманғы ресейлік инженерлік арналы реактор, ол RBMK-нің шалқып жатқан ұрпағы болып табылады және бастапқы нұсқаның артықшылықтарын арттыру және оның қауіпті кемшіліктерін жою үшін жасалған. MKER дизайнының бірнеше ерекше ерекшеліктері оны сенімді және тартымды нұсқаға айналдырады. Реактор отын ауыстыру кезінде жұмыс істей береді, күтім жұмыстары үшін ғана сирек тоқтатылады, бұл жұмыс уақытын 97-99% дейін қамтамасыз етеді. Модератор дизайны аз байытылған отынды қолдануға мүмкіндік береді, сонымен қатар отынның жоғары жану деңгейін қамтамасыз етеді. Нейтрондық сипаттамалары азаматтық қолдану үшін, отынды жақсарту және қайта өңдеу үшін оңтайландырылған; ал графитпен модерациялау, жеңіл сумен модерациялауға қарағанда жақсы нейтрондық қасиеттерге қол жеткізеді. Реактордың төмен қуат тығыздығы жылуды реттеуді едәуір жақсартады. MKER қауіпсіздігін Батыстың III буын реакторларымен салыстыруға мүмкіндік беретін бірқатар жақсартулар бар: компоненттердің жақсартылған сапасы, жетілдірілген компьютерлік басқару, толыққанды пассивті авариялық жүйе, өте берік қорғау құрылымы, теріс бос кеңістік коэффициенті және жылдам әрекет ететін жедел тоқтату жүйесі. Пассивті авариялық салқындату жүйесі, мотормен жұмыс істейтін сорғыларға тәуелді болмай, реакторды салқындату үшін сенімді табиғи процестерді пайдаланады. Қорғау құрылымы ауыр жүктемелерге және қысымға төтеп беруге арналған. Егер салқындату суының арнасы бұзылса, арна сумен жабдықтаудан оқшауланып, кең ауқымды ақаулардың алдын алады. MKER дизайнының жоғары қауіпсіздігі мен бірегей артықшылықтары, ядролық даму үшін толық отын циклын қарастыратын елдерде оның бәсекеге қабілеттілігін арттырады.

VVER

VVER – бұл RBMK-ге қарағанда әлдеқайда тұрақты және қауіпсіз қысымды жеңіл су реакторы. Бұның себебі, ол жеңіл суды модератор ретінде пайдаланады (графит емес), оның жұмыс сипаттамалары жақсы түсінілген, және реактивтіліктің теріс бос коэффициенті бар. Сонымен қатар, кейбіреулері шекті қоршаудан артық, кейбіреулері сапалы ECCS жүйелерімен жабдықталған, ал кейбіреулері халықаралық бақылау және аспаптар стандарттарына дейін жаңартылған. Қазіргі VVER ұрпақтары (VVER 1000-нен бастап) батыс деңгейіндегі аспаптар, басқару және оқшаулау жүйелерімен құрылған. Дегенмен, осындай оң өзгерістерге қарамастан, кейбір ескі VVER модельдері, әсіресе VVER 440 V230, үлкен алаңдаушылық тудырады. VVER 440 V230-да оқшаулау ғимараты жоқ, тек RPV-ді қоршаған буды ұстауға қабілетті құрылым бар. Бұл батыс стандарттарына қарағанда жеткіліксіз қалыңдығы бар жұқа болаттан жасалған. ECCS жоқ. Ең көп дегенде бір құбырдың үзілуіне төтеп беруге шамасы бар (жобада осы өлшемнен үлкен көптеген құбырлар бар). 6 бу генераторының циклы бар, бұл қажетсіз күрделілікті арттырады. Бірақ, егер осы циклдердің бірінде үзіліс орын алса, бу генераторларының циклдарын оқшаулауға болады. Зауыт бір оқшауланған циклмен жұмыс істей алады – мұндай мүмкіндік сирек кездесетін батыс реакторларында бар. Қысымды ыдыстың ішкі бөлігі суға ұшыраған қарапайым қорытпа болаттан жасалған. Бұл реактордың суға тозуына әкелуі мүмкін. VVER-дің батыстан басымдық танытатын бір ерекшелігі – реактор суын тазарту қондырғысы, ол негізгі салқындатқыш циклдегі тоттың көп мөлшерін жою үшін салынған, бұл RPV-дің баяу тозуының нәтижесі. Бұл модельде процестерді басқару жүйесінің жеткіліксіздігі байқалады. Болгарияда бірнеше VVER 440 V230 модельдері болды, бірақ ЕО-ға қосылғаннан кейін оларды жаңартудың орнына тоқтатуды шешті және оның орнына жаңа VVER 1000 модельдерін салуда. Көптеген ЕО-ға кірмейтін мемлекеттер, соның ішінде Ресей және ТМД, V230 модельдерін пайдаланады. Осы мемлекеттердің көпшілігі реакторларды толығымен тастаудың орнына ECCS орнатуды, стандартты процедураларды әзірлеуді және тиісті аспаптар мен басқару жүйелерін орнатуды жөн көрді. Оқшаулауларды толығымен қоршауға айналдыру мүмкін болмаса да, өзекті зақымдануға әкелетін шектеулі ақаулардың қаупін айтарлықтай азайтуға болады. VVER 440 V213 моделі алғашқы советтік ядролық қауіпсіздік стандарттарына сәйкес салынған. Онда қарапайым оқшаулау ғимараты бар, ал ECCS жүйелері, батыс стандарттарына толығымен сай болмаса да, жеткілікті деңгейде толықтырылған. Бұрынғы советтік блок елдерімен жұмыс істейтін көптеген VVER 440 V213 модельдері толық автоматтандырылған батыс үлгісіндегі аспаптар мен басқару жүйелеріне жаңартылды, бұл апатты алдын алу үшін қауіпсіздікті батыс деңгейіне жеткізді, бірақ апатты шектеу үшін емес, ол батыс зауыттарына қарағанда қарапайым деңгейде. Бұл реакторлар батыс стандарттары бойынша жұмысын жалғастыру үшін "жеткілікті қауіпсіз" деп есептеледі, бірақ көптеген иелері оларды ядролық қауіпсіздіктің жалпы деңгейіне жеткізу үшін үлкен өзгерістер жасады. 1970 жылдары Финляндия батыс стандарттарына сәйкес екі VVER 440 V213 моделін салды, олардың үлкен көлемді толық оқшаулауы және әлемдік деңгейдегі аспаптар, басқару стандарттары және көптеген қосымша және әртүрлі компоненттері бар ECCS жүйесі болды. Сонымен қатар, 900 тонналық мұз конденсаторлары сияқты пассивті қауіпсіздік элементтері орнатылды, бұл екі қондырғыны қауіпсіздік тұрғысынан әлемдегі ең озық VVER 440-қа айналдырды. VVER 1000 типі батыс үлгісіндегі жеткілікті оқшаулауға ие, ECCS батыс стандарттары бойынша жеткілікті, ал аспаптар мен басқару 1970 жылдарғы батыс деңгейіне дейін жақсартылған.

Чернобыль апаты

Чернобыль апатында балқыған отын графиттен алшақтағаннан кейін сындырмайтын күйге келді (мұғада оған екі үлкен жарылыстың отынның көп бөлігін шашыратуы көмектесті); бірақ салқындауға көп уақыт кетті. Чернобыльдің балқыған ядросы (реактордан сыртқа ұшып кетпеген немесе отта буланбаған бөлігі) кориумның қыздырған арнасымен ағып, жертөледегі ең төменгі қабатына жетпей тоқтады. Чернобыль реакторының жертөлесінде үлкен "слон аяғы" табылған, ол еркін ағып қалған кориумның мысалы. Уақытты кешіктіру және тікелей атмосфераға шығарылудың алдын алу (яғни, қақпау) радиологиялық шығарылымды азайтар еді. Егер реактор ғимаратының жертөлесіне еніп кетсе, жер асты сулары қатты ластанатын еді, ал оның ағыны ластануды алысқа жеткізер еді. Чернобыль реакторы RBMK типі болды. Апат будың жарылысына, балқып өтуге және кең ауқымды салдарларға әкелген қуаттың артуынан туындады. Оператордың қатесі және бұзулы ажырату жүйесі нейтрон көбейту жылдамдығының күрт өсуіне, нейтрон кезеңінің күрт қысқаруына және нейтрон популяциясының артуына әкелді; осылайша, ядролық жылу ағыны реактордың жобалық шектерінен тез асып кетті. Бұл салқындатқыш судың буға айналуына, реактор ядросында күрт қысымның өсуіне (осы екі үлкен жарылыстың біріншісі) әкелді, ядроның жоғарғы бөлігінің ұсақталуына және ядроның үстіндегі жоғарғы биологиялық қалқанның ядроның қалдықтарымен бірге реактор ғимаратынан кеңінен таралып шығуына себеп болды. Реактордың төменгі бөлігі біршама сақталды; графит нейтрондық модератор оттегі бар ауаға ұшырады; қуаттың артуынан және қалған отын таяқшаларының салқындатқышсыз қалған қалдық жылу ағынынан модераторда және ашылған отын таяқшаларында тотығу пайда болды; бұл өз кезегінде көбірек жылуды дамытты және отын таяқшаларының көбірек балқыуына және ондағы бөліну өнімдерінің газға айналуына ықпал етті. Балқыған ядролық материал бастапқыда тығыз конфигурацияға ағып, оған жедел сындылыққа жетуге мүмкіндік берді (жарылу қаруының жарылуымен бірдей механизм, бірақ әлдеқайда төмен тиімділікпен және шамамен төмен өнімділікпен) және екінші, үлкен термиялық жарылысты тудырды, ол бөлінетін массаны бөлшектеді және тізбекті реакцияны тоқтатты. Сұйытылған отын таяқшаларының сұйытылған қалдықтары (екі жарылыста тарағаннан кем), ұнтақталған бетон және жолдағы кез келген басқа заттар реактор ғимаратының жертөлесіне дренаждық құбыр арқылы ағып, массаға айналды, бірақ қоғамдық қауіпсіздікке негізгі қауіп - тараған ядролық экзекта, буланған және газды бөліну өнімдері мен отын, сондай-ақ модератордың тотығуынан пайда болған газдар. Чернобыль апатының зардаптары ғимараттан тыс жерлерде болғанмен, радиоактивті заттардың көп бөлігі ғимарат ішінде қалды. Егер ғимараттың істен шығуы және шаңның қоршаған ортаға тарауы болса, онда 30 жылдан астам уақыт бойы ескірген бөліну өнімдерінің белгілі бір массасының шығуы, ядролық реакция аяқталғаннан кейін қысқа уақытқа (мысалы, бір сағат) ғана салқындаған бөліну өнімдерінің бірдей массасының шығуынан (бірдей химиялық және физикалық формада) қарағанда аз әсер етеді. Егер Чернобыль зауытында ядролық реакция қайтадан орын алса (мысалы, жаңбыр суын жинап, модератор ретінде әрекет етсе), онда жаңа бөліну өнімдерінің меншікті белсенділігі жоғары болады және егер олар шығарылса, үлкен қауіп төндіреді. Апаттан кейінгі ядролық реакцияны болдырмау үшін жертөледегі негізгі бөліктерге нейтрондық уларды қосу сияқты шаралар қабылданды.

Әсерлер

Ядролық балқыудың салдары реактордың құрылысына енгізілген қауіпсіздік шараларына байланысты. Қазіргі заманғы реакторлар балқыудың болу ықтималдығын азайту және егер ол болса, оны тоқтату үшін жобаланған. Қазіргі заманғы реакторда ядролық балқыу, толық немесе ішінара болсын, реактордың герметикалық корпусының ішінде ұсталуы тиіс. Осылайша (басқа ірі апаттар болмаса), балқыу реактордың өзіне ауыр зақым келтіріп, бүкіл құрылымды жоғары радиоактивті материалмен ластауы мүмкін, бірақ балқыудың өзі радиоактивтіліктің маңызды деңгейде таралуына немесе халыққа қауіп төндіруіне әкеп соқпауы керек. Ядролық балқыу апаттар тізбегінің бір бөлігі болуы мүмкін. Мысалы, Чернобыль апатында, ядро балқыған кезде, бұрыннан-ақ үлкен бу жарылысы мен графит өрті болған және радиоактивті ластанудың кең ауқымды таралуы орын алған. Балқыуға дейін операторлар реактордағы қысымды азайту үшін радиоактивті буды сыртқа шығару арқылы төмендетуі мүмкін. Бұл балқыудың алдын алу мақсатында салқындату суын құюға мүмкіндік береді.

Реактордың құрылысы

Қысыммен жұмыс істейтін су реакторлары белсенді қауіпсіздік шаралары болмаған жағдайда ядролық балқуға көбірек бейім, бірақ бұл азаматтық ядролық реакторлардың барлық дерлік ерекшелігі емес. Азаматтық ядролық реакторларға қатысты зерттеулердің көп бөлігі пассивті ядролық қауіпсіздік мүмкіндіктері бар конструкцияларға бағытталған, олар барлық төтенше жағдайлар жүйелері істен шыққан жағдайда да балқуға аз бейім болуы мүмкін. Мысалы, қиыршық тасты реакторлар суыту толық жойылған жағдайда да белгісіз мерзім ішінде реактордың қызып кетуіне жол бермейді. General Electric ESBWR және Westinghouse AP1000 пассивті түрде іске қосылатын қауіпсіздік жүйелерімен жабдықталған. CANDU реакторы отынды қоршап тұрған екі төмен температуралы және төмен қысымды су жүйесіне (яғни, модератор және қорғаныш резервуары) ие, олар қосымша жылу сіңіргіштер ретінде қызмет етеді және балқу мен реакторлық ядроның зақымдану сценарийлерін болдырмайды. Ол ядролық балқуға төтеп беретіндей етіп жасалған. 1986 жылдың сәуір айында, Чернобыль апатынан бұрын, негізгі сорғыларға қуатты ажырату арқылы суыту сұйығын сору қуатының жоғалуын симуляциялау үшін сынақтан өтті. Ол жобаланғандай, температура белгілі бір деңгейге жеткенде, қалыпты жұмысқа қарағанда жоғарырақ деңгейге, шамамен 300 секунд ішінде өзінен-өзі тоқтатылды. Бұл қысымсыз сұйық металл суытқыштың қайнау температурасынан төмен болды, ол бөліну өнімдерінің радиоактивтілігімен күресу үшін қарапайым конвекция арқылы жеткілікті суыту қабілетіне ие болды. Екінші сынақ, генераторларға қуат беруге арналған екінші суыту контурын уақытылы өшіру, негізгі контурдың да сол қауіпсіз тоқтауына себеп болды. Бұл сынақ сумен салқындатылатын реактордың бу турбинасы контурының ақауға байланысты жоғалтылуын симуляциялады.

Америка Құрама Штаттары

1960 жылы Westinghouse TR 2 реакторының ядросы ішінара зақымдалды, себебі отын қаптамасындағы ақаулық 200-ден астам отын элементінің біреуін қыздырып, ерітуге алып келді. BORAX I реакторы – сындылықтың өзгеруін зерттеу және реактордың өзін-өзі шектеу қабілетін бақылау үшін жасалған сынақ реакторы. Соңғы сынақта ол қасақана жойылды және реактордың температурасы сол кездегі болжамдардан әлдеқайда жоғары болғаны анықталды. 1955 жылдың 29 қарашасында салқындатқыш ағынының сынағы кезінде EBR I реакторы ішінара балқыды. Санта-Сусана далалық зертханасындағы Натрий реакторы эксперименті 1957 жылдан 1964 жылға дейін жұмыс істеген тәжірибелік ядролық реактор болды және 1959 жылдың шілдесінде ядролық балқыуды бастан өткерген әлемдегі алғашқы коммерциялық электр станциясы еді. No1 стационарлық төмен қуатты реактор (SL 1) – АҚШ Армиясының тәжірибелік ядролық қуат реакторы, 1961 жылдың 3 қаңтарында сындылықтың өзгеруі, будың жарылысы және балқыуға ұшырады, нәтижесінде үш оператор қаза тапты. Санта-Сусана далалық зертханасындағы SNAP8ER реакторының отынының 80% 1964 жылы болған апатта зақымдалды. 1966 жылы Ферми 1 эксперименталды жылдам көбейту реакторының ішінара балқыуы реакторды жөндеуді қажет етті, бірақ ол кейін толыққанды жұмыс істемеді. Санта-Сусана далалық зертханасындағы SNAP8DR реакторы 1969 жылы болған апат кезінде отынының шамамен үштен бір бөлігі зақымдалды. 1979 жылғы Үш Майл аралындағы апат, баспасөзде "ішінара ядроның балқыуы" деп аталды, 2-ші реактордың толық демонтаждалуына және тұрақты түрде тоқтатылуына әкелді. 1-ші блок 2019 жылға дейін жұмыс істеді.

Кеңес Одағы

1986 жылы Чернобыль апатында конструкциялық ерекшеліктер және операторлардың немқұрайлылығы салдарынан тізбектей ядролық реакция туып, одан әрі қыздыруға (балқытуға) әкелді. Чернобыль форумының (БҰҰ-ның көптеген агенттіктерден, соның ішінде Халықаралық атом энергиясы агенттігі мен Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы, Дүниежүзілік банк және Украина, Беларусь, Ресей үкіметтерінен құралған) баяндамасына сәйкес, апат салдарынан 28 адам жедел радиациялық синдромнан қайтыс болды және электр станциясының маңындағы аумақ эвакуацияланды. Кеңес теңіз күштерінің бірнеше ядролық суасты кемелері, оның ішінде К-27, К-140 және К-431 ядролық қыздырудан (балқытудан) зардап шекті.

Жапония

2011 жылдың наурыз айында болған жер сілкінісі мен цунами салдарынан Фукусима Дайичи ядролық электр станциясындағы алты реактордың үшеуі балқып кетті. Бірінші энергетикалық блок реакторындағы отынның көп бөлігі балқыды.

Швейцария

Люценс реакторы, Швейцария, 1969 жыл.

Қытай синдромы

Қытай синдромы (суытушы сұйықтықтың жоғалуы апаты) – ядролық реактордың жұмыс ілу кезіндегі апат, ол реактордың негізгі компоненттерінің күшті балқыуымен сипатталады, одан кейін ол оқшаулау ыдысын және ғимаратты жарып өтеді, содан кейін (метафоралық түрде) жер қыртысы мен Жердің ішкі қабаты арқылы, "Қытайға" дейін жетеді деп есептеледі. Қытайдың антоподальды нүктелеріне Аргентинадағы Атуча ядролық электр станциясы кіреді, бірақ бұл тіркес метафоралық мағынада қолданылады; ядро Жер қыртысының бірнеше километрлік қалыңдығын тесіп өте алмайды, тіпті егер ол Жердің ортасына дейін балқыса да, гравитация күшіне қарсы жоғары көтеріле алмайды. Сонымен қатар, материалдың қалдырған туннелі зор литостатикалық қысыммен жабылады.

Тарих

1960 жылдардың соңында салынған ядролық электр станцияларының жүйелік дизайны ауыр реактор апатының атмосфераға және қоршаған ортаға үлкен мөлшерде радиоактивті материалдарды шығаруы мүмкін деген алаңдаушылықты тудырды. 1970 жылға қарай, авариялық өзекті салқындату жүйесінің салқындатқыш жоғалтудан және одан кейін отын өзегінің балқыуынан туындаған салдарға төтеп беру қабілетіне күмән туды. Осылайша, TMI 2 реакторының отыны мен бөліну өнімдері отын таяқшаларын бұзды, бірақ балқыған өзектің өзі реактор ыдысының герметикалық жабынын бұзған жоқ. Чернобыль апаты кезінде де ұқсас алаңдаушылық туды. Реактор қирағаннан кейін, балқыған өзектен шыққан сұйық корий массасы реактор ыдысының бетон еденін бұза бастады, ол авариялық сорғыларға және бу құбырларының жарылуын тоқтатуға арналған үлкен су резервуары – шашыраңқы бассейннің үстінде орналасқан еді. Ыстық корийдің сумен жанасуынан туындаған бу жарылысы ауаға одан да көп радиоактивті материалдарды шығаруы мүмкін еді. Апаттан келген зақымдар салдарынан станцияның үш қызметкері осы бассейнды босату үшін қажетті клапандарды қолмен ашты, ал кейіннен шашыраңқы бассейннің жертөлесіндегі корий массасының суреттері олардың әрекеттерінің дұрыстығын растады.