Гипотетическая авария на реакторе ВВЭР

Для АС с реакторами с водой под давлением или кипящей водой наиболее тяжелыми могут стать крайне маловероятные гипотетические аварии, связанные с вводом положительной реактивности; ухудшением охлаждения активной зоны; течами теплоносителя первого и второго контура в результате повреждения (мгновенного разрыва) наиболее крупных трубопроводов этих контуров и последующим осушением активной зоны, разгерметизацией оболочек твэлов и частичным оплавлением активной зоны.

Существуют оценки, используемые в качестве реперных и справочных данных. В частности такие оценки были сделаны для реактора ВВЭР в отношении гипотетической аварии. Радиационные последствия аварии и защитные мероприятия были определены для персонала и населения, проживающего в радиусе 30-ти километровой зоны наблюдения.

Постулированное состояние активной зоны характеризуется разгерметизацией оболочек всех твэлов, высокотемпературным разогревом активной зоны и оплавлением наиболее энергонапряженных твэлов (несколько процентов).

При расчете дополнительно принималась повышенная в 10 раз (до 3% в сутки) утечка радиоактивной среды из защитной оболочки реактора в смежные помещения и атмосферу.

Исходное событие для гипотетической аварии было выбрано таким же, что и для максимальной проектной аварии АЭС с ВВЭР, а именно – быстрая потеря теплоносителя (~15 с) в результате мгновенного разрыва трубопровода первого контура максимального диаметра (Ду 850). Поскольку давление в контуре резко упадет, то по сигналу давления сработает АЗ, и реактор будет остановлен. Через несколько секунд после снижения давления в контуре срабатывает пассивная система аварийного охлаждения активной зоны для снятия остаточного тепловыделения с подачей воды из гидроаккумулирующих емкостей. Однако в отличие от проектного развития для реперной аварии постулируется временная задержка последующего включения насосов активного аварийного охлаждения активной зоны. Это приводит к перегреву зоны и плавлению наиболее нагретых твэлов. (предполагается, что одновременно с аварией происходит полное обесточивание АЭС и кратковременная задержка подачи аварийного электропитания от автономных источников – дизель-генераторов, аккумуляторов и т.д.). В результате быстрого истечения теплоносителя средняя температура топлива активной зоны возрастет до 1200ºС примерно через 60 мин (для ВВЭР- 440 – 20 мин), а наиболее энергонапряженных твэлов до 2400-2600ºС, т.е. температуры плавления топлива.

Поскольку средняя температура активной зоны на этом этапе превысит 800ºС, произойдет разгерметизация оболочек твэлов и выход находящихся под оболочкою продуктов деления в количестве 0,3% от содержания во всем топливе газообразных и летучих продуктов деления. Из-под оболочек выйдет до 100% изотопов криптона и ксенона, до 30% изотопов цезия и не более 1% малолетучих радионуклидов, т.е. соответственно 0,3; 0,1 и 0,003% содержания в топливе.

Однако процесс перегрева и начавшегося оплавления в рассматриваемой аварии должен быть приостановлен включением аварийных насосов, подающих воду в активную зону (не позднее 20 мин. после аварии для ВВЭР- 1000). Средней температуре активной зоны 1200ºС около половины твэлов, за счет неравномерности энерговыделения, будут иметь температуру до 1400ºС, около 1% твэлов достигнет температуры 2400-2600ºС. При этой температуре (в интервале 1350-1400ºС) выход газов йода и цезия из нагретого топлива составляет около 10%. Однако для расчета выбросов в гермозону и атмосферу консервативно принимается удвоенное число оплавленных твэлов.

Физико-химические формы радионуклидов, выходящих из перегретого и оплавленного топлива, и соотношение между ними, ввиду сложности и неизученности процесса их образования и выхода, окончательно не установлены. В молекулярной форме в топливе находятся газы, йод, цезий, теллур, рутений. Лантан, церий и цирконий образуют растворимые оксиды, возможно образование металиодидов и йодистого цезия в том числе. Можно полагать, что из перегретого и оплавленного топлива йод выходит в молекулярной форме, остальные нуклиды – в молекулярной и аэрозольной формах. В начальный период аварии значительная часть молекул и паров летучих нуклидов становится аэрозолями за счет улавливания мелкодимперсной капельной влагой, а затем – твердыми аэрозолями, образующимися при конденсации перегретых материалов активной зоны.