Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj Jan Składzień, Adam Fic, Ireneusz Szczygieł

Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

Elektrownia w Czarnobylu26 kwietnia 1986 i dzisiaj

Jan Składzień, Adam Fic, Ireneusz Szczygieł


Reakcja rozszczepienia

07.12.1938 – rozszczepienie jąder uranu (Otto Hahn, Fritz Strassman)

substraty produkty

+ około 200 MeV energii(utlenienie C – 5 eV)

Neutrony rozszczepieniowe

prędkie, średnio 2 MeV

natychmiastowe+ opóźnione, około 0.67 %

Spowalnianie reaktory termiczne do E < 1 eV

Moderatory: H2O, D2O, C,


Reakcja łańcuchowa w reaktorze

produkcja – destrukcja neutronów (pochłanianie + ucieczka) ≥ 0

Reaktywność

produkcjadestrukcjaprodukcja

0

0

0

r. nadkrytyczny

r. krytyczny

r. podkrytyczny

Regulacja reaktywnościCel: regulacja mocy, awaryjne wyłączaniekompensacja zmian reaktywności (temperatura, gęstość moderatora, zmiany składu, ksenon po wyłączeniu i obniżeniu poziomu mocy)

Pochłaniacze w rdzeniu - pręty !


Z dziejów energetyki jądrowej

02.12.1942 – uruchomienie na 28 min. pierwszego reaktora jądrowego (Uniwersytet w Chicago, godz. 1525)

20.12.1951 – reaktor EBR-1 w Idaho Falls o godz. 1323 posłużył do wytworzenia 200 W energii elektrycznej

27.06.1954 – uruchomienie w Obnińsku (ZSRR) pierwszego jądrowego bloku energetycznego o mocy 5 MW i sprawności 17 %

17.07.1955 – reaktor Borax-III służy do zasilania w energię elektryczną miasteczka Arco (1200 mieszkańców)

17.10.1956 – uruchomienie w Calder Hall pierwszej na świecie komercyjnej elektrowni jądrowej

28.03.1979 – awaria w elektrowni TMI, Harrisburg, USA

25.04.1986, 1:06 – początek zdarzeń, które doprowadziły do katastrofy w Czarnobylu, ZSRR (Ukraina), 26.04. 1986, 1:23:49.


Problemy i zagrożenia w energetyce jądrowej

Zagrożenie fikcyjne: wybuch typu jądrowego

Sposoby podtrzymywania łańcuchowej reakcji rozszczepieniowej:

- za pomocą neutronów rozszczepieniowych prędkich (wybuch jądrowy)

- za pomocą neutronów termicznych natychmiastowych (Czarnobyl)

- za pomocą neutronów termicznych natychmiastowych i opóźnionych

Rzeczywiste problemy energetyki jądrowej

- możliwość uwolnienia do otoczenia substancji radioaktywnych

- występowanie zagrożeń wywołanych mocą powyłączeniową

- zagrożenia wynikające z tworzenia się wolnego wodoru

- konieczność odpowiedniego składowania wypalonego paliwa

- większa skala cieplnego „skażenia środowiska”


Zapobieganie uwalnianiu do otoczenia silnie radioaktywnych substancji zawartych w wypalonym paliwie

Bariery chroniące środowisko przed izotopami radioaktywnymi powstałymi w efekcie zachodzenia reakcji łańcuchowej rozszczepienia:

- substancja paliwowa (zwykle UO2)

- koszulki (osłona) paliwa jądrowego

- ściany elementów obiegu pierwotnego (reaktorowego)

- budynek reaktorowy (tzw. containment)

Uwaga: ochrona środowiska przed uwolnieniem do niego silnie promieniotwórczych izotopów powstałych podczas pracy reaktora jest w praktyce zawsze związana z problemem przeciwdziałania możliwym niszczącym skutkom istnienia mocy powyłączeniowej


EJ

Czarnobyl

Lokalizacja Czarnobyla na mapie depozycji cezu-137


EJ

Czarnobyl

EJ Czarnobyl i okolice

Prypeć

Sławutycz


Elektrownia w Czarnobylu

reaktor numer 1 – zamknięty w 1996 roku, był najstarszy. W latach 80. doszło tam do drobnego wypadku i ulotnienia się nieznacznych skażeń z kilku uszkodzonych jednostek paliwowych. Reaktor został naprawiony i uruchomiony ponownie.reaktor numer 2 – zamknięty w roku 1991 na skutek pożaru turbiny prądotwórczej.reaktor numer 3 – zamknięty w roku 2000.reaktor numer 4 – 26 kwietnia 1986 roku doszło w nim do wybuchu o charakterze chemicznym, obecnie trwa renowacja betonowego sarkofagu, kryjącego szczątki reaktora.

4 bloki LWGR-1000 (RBMK-1000)

+ dwa bloki w budowie

Dwa bloki w przerwanej budowie


Blok RBMK-1000

1000 MWe3200 MWt

Konstrukcja kanałowaJeden obieg Chłodziwo – H2OPara nasycona, 6.86 MPa

Rdzeń:Moderator – grafit7∙11.8 m

180 t paliwawzbogacenie 1.8 %

1661 kanałów paliwowych

221 kanałów na pręty pochłaniające


Hala reaktora RBMK


Kanały paliwowe i na pręty pochłaniające oraz rozerwana kaseta paliwowa

1661 kanałów paliwowych221 kanałów na pręty pochłaniające


Model bloku przed i po wybuchu


o Eksperyment podczas planowanego wyłączania reaktora. Badanie regulatora napięcia generatora pracującego na wybiegu turbiny,

dopływ pary do turbiny odcięty, reaktor pracuje z mocą powyżej 640 (20%) MWt,

pracuje większość pomp, cel – chwilowe zapewnianie zasilania potrzeb własnych w stanach awaryjnych.

o Reaktor ma dodatni mocowy (efekt parowy) współczynnik reaktywności przy niskich poziomach mocy (< 640 MWt), pracuje wówczas niestabilnie – instrukcja zabrania eksploatacji reaktora przy w.w. poziomie mocy.

o Bardzo duży rdzeń wymagający regulacji reaktywności lokalnie,

układ sterowania bardzo skomplikowany, pręty poruszające się wolno,

instrukcja – nie zaleca się eksploatacji reaktora z mniej niż 26 grupami prętów pochłaniających ulokowanych w strefie wysokiej ich efektywności (1/3 – 2/3 głebokości), reaktor powinien być bezwględnie wyłączony, gdy jest ich mniej niż 15.

Okoliczności i przyczyny zaistnienia katastrofy


o Wadliwe rozwiązanie konstrukcji prętów pochłaniających. Pręty pochłaniające wprowadzane do rdzenie w pierwszej fazie powodują

przejściowy wzrost reaktywności – ich końcówki wykonane są z grafitu.

o Ogromna ilość grafitu w rdzeniu – groźba jego zapalenia w podwyższonych temperaturach w obecności powietrza.

o Brak obudowy bezpieczeństwa - w tym przypadku bez znaczenia

Okoliczności i przyczyny zaistnienia katastrofy


25 kwietnia 1986 rok:

01:06 w nocy – rozpoczęcie zmniejszania mocy reaktora, który pracował wówczas z mocą cieplnej 3200 MWt.

`

13:05 – odłączenie turbogeneratora numer 7, przy mocy cieplnej reaktora 1600 MWt.

14:00 – polecenie dyspozycji mocy wstrzymania procedury wyłączania reaktora i pracy bloku z jedną turbiną – spadek zapasu reaktywności na skutek efektu ksenonowego jest kompensowany poprzez wysuwanie z rdzenia prętów pochłaniających.

14:00 – Odcięcie układu chłodzenia awaryjnego – przewidziane procedurą realizacji eksperymentu – nie miało to znaczenia.

23:10 – zgoda dyspozycji mocy na wyłączenie reaktora – dalsze obniżanie mocy.

Chronologia zdarzeń


26 kwietnia 1986 rok:

00:00 – zmiana obsługi.

00:28 – efekt ksenonowy, moc cieplna spada z 500 do 30 MWt - wysuwanie z rdzenia kolejnych prętów umożliwia podniesienie mocy do 200 MWt około 1:00.

01:15 – reaktor pracuje niestabilnie, pojawiają się sygnały ostrzegawcze, blokada przez operatorów sygnałów z separatora do układu awaryjnego wyłączania reaktora, by nie spowodowały one wyłączenia reaktora.

01:23:04 – rozpoczęcie eksperymentu – odcięcie dopływu pary do turbiny, moc 200 MWt, w rdzeniu 8 grup prętów pochłaniających, włączone dodatkowe pompy.

01:23:21 – osiągnięcie stanu z dodatnim współczynnikiem parowym reaktywności – szybki wzrost mocy.

01:23:35 – niekontrolowany wzrost zawartości pary.

01:23:40 – zrzut prętów awaryjnych – przyśpieszenie wzrostu mocy.

01:23:48 – wybuch parowy (moc wyższa ponad 400 razy od znamionowej), a następnie wodoru – pożar.

05:00 - opanowanie pożaru zagrażającego sąsiednim blokom

Chronologia zdarzeń


Przebieg parametrów przed wybuchem


Planowany sarkofag


Zdjęcia z wyjazdu, październik 2009

Documents

Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj Jan Składzień, Adam Fic, Ireneusz Szczygieł