VII Sesja Naukowa im. Rolanda Maze, Instytut Energii Atomowej, Swierk

Prezentacja na temat: "VII Sesja Naukowa im. Rolanda Maze, Instytut Energii Atomowej, Swierk"— Zapis prezentacji:

1 VII Sesja Naukowa im. Rolanda Maze, Instytut Energii Atomowej, Swierk
XXIII LO Łódź, 1. luty 2008 Awaria w Czarnobylu: przyczyny i skutki Dr inż. A. Strupczewski Przewodniczący Komisji Bezpieczeństwa Jądrowego Instytut Energii Atomowej, Swierk

2 Plan wykładu 1 1. Ogólna charakterystyka reaktora RBMK
2. Wady konstrukcyjne reaktora RBMK Brak obudowy bezpieczeństwa Samoczynny wzrost mocy reaktora RBMK w pewnych sytuacjach awaryjnych Błąd konstrukcyjny w układzie prętów bezpieczeństwa Możliwość odłączenia układu zabezpieczeń reaktora Obecność grafitu i niedobór wody. 3. Brak kultury bezpieczeństwa

3 5. Działania poawaryjne i budowa sarkofagu
Plan wykładu cd 2 4. Przebieg awarii 5. Działania poawaryjne i budowa sarkofagu 6 Działania dla poprawienia bezpieczeństwa pracujących jeszcze reaktorów RBMK 7 Jakie byłyby konsekwencje podobnych błędów operatorów w reaktorze PWR?

4 Czemu budowano reaktory RBMK?
Rozwiązanie projektowe oparte na reaktorach wojskowych -pracowały w ZSRR od 1948 r, a I EJ Obnińsk od 1954 r. Pluton do celów wojskowych trzeba usuwać z reaktora już po kilku tygodniach – nie po trzech latach. Układ modułowy – rdzeń dostępny w czasie pracy reaktora Modułowość umożliwia też budowę wielkich bloków Woda pełni rolę nośnika ciepła – moderatorem jest grafit Odizolowanie twórców od świata, Rozwiązania utrzymywane w tajemnicy

5

6 Schemat obiegu pierwotnego reaktora RBMK w Czarnobylu

7 Konstrukcja RBMK Zestawy paliwowe z uranu wzbogaconego w rurach ciśnieniowych Wokoło rury szczelina izolacyjna – wokoło grafit Duże wymiary: średnica 12 m, wysokość 7 m Wokoło rdzenia wodna osłona biologiczna Układ regulacji – 211 prętów pochłaniających neutrony Dodatkowo pręty regulacyjne wsuwane od dołu Układ chłodzenia – pośredni między PWR a BWR, z rozdzielenie pary i wody walczakach, woda wraca do rdzenia, para płynie do turbiny i po skropleniu wraca do walczaka.

8 Układ reaktora RBMK 1- stos grafitowy, 2-7 struktury metalowe, 8 walczak separatora pary, 9 główne pompy cyrkulacyjne, 10- silnik pompy, 11 zawory odcinające, 12 kolektor wlotowy.

9 Wady RBMK w zakresie bezpieczeństwa
Brak obudowy bezpieczeństwa – kontrast z USA i wymaganiami na Zachodzie Radzieckie przepisy: obudowa bezpieczeństwa wymagana „chyba że konstruktor udowodni że nie jest ona potrzebna…” W Czarnobylu częściowy układ lokalizacji awarii – nie obejmował rdzenia i górnej części obiegu pierwotnego System wystarczał do lokalizacji przecieków - nie do opanowania skutków dużej awarii Układ Awaryjnego Chłodzenia Rdzenia wystarczał do chłodzenia połowy rdzenia ale nie całego rdzenia po awarii.

10 Widok z zewnątrz reaktorów RBMK w elektrowni Smoleńsk

11 Hala przeładowcza- rdzeń dostępny z góry
Maszyna przeładowcza przesuwająca się w hali nad reaktorem może korek nad elementem paliwowym podnieść, paliwo wymienić i korek ponownie załadować na miejsce. Hala, w której przesuwa się maszyna przeładowcza, jest normalnie dostępna podczas pracy reaktora. Rdzeń nie jest otoczony systemem barier jak w reaktorach PWR . Sytuacja w EJ Smolensk, RF.

12 Zmiany gęstości rozszczepień po odparowaniu części wody
A- normalna praca, B – spadek przepływu wody, część wody odparowuje. W reaktorze PWR lub WWER moc maleje, w reaktorze RBMK moc rośnie.

13 Błąd konstrukcyjny w reaktorze RBMK
Skutki wprowadzania pręta bezpieczeństwa do rdzenia reaktora RBMK. Wprowadzanie przedłużacza grafitowego powoduje wzrost mocy w dolnej części rdzenia, a spadek mocy w części górnej (znaki + i – w kolumnie „c”) . Ale w chwili awarii rozkład mocy w rdzeniu był przekoszony – moc generowała się głównie w dolnej części. Wprowadzanie kilkudziesięciu prętów na raz spowodowało gwałtowny wzrost mocy, który nałożył się na wzrost mocy powodowany utratą wody

14 Inne braki w zakresie bezpieczeństwa
Po awarii projektanci twierdzili że nie wolno było pracować z reaktorem z dużą liczbą prętów bezpieczeństwa poza rdzeniem Operatorzy nie wiedzieli o zagrożeniu – bo nie opisano go w raporcie bezpieczeństwa Dozór jądrowy pozwolił na to zaniedbanie – byłoby ono nie do przyjęcia na Zachodzie. Sygnały zabezpieczeń w Czarnobylu można było odłączyć – i operatorzy to zrobili Mało wody – a dużo rozżarzonego grafitu… Skutek: po awarii jod nie jest zatrzymywany przez wodę Grafit w reakcji z tlenem płonie…

15 Brak kultury bezpieczeństwa
Sprawy bezpieczeństwa winny być ważniejsze od produkcji energii Za bezpieczeństwo EJ winien odpowiadać jej dyrektor Analizy bezpieczeństwa winny obejmować wszystkie możliwe awarie Dozór jądrowy winien być silny i mieć uprawnienia. W Czarnobylu żaden z tych warunków nie był spełniony. Zaplanowanie doświadczenia – potencjalnie niebezpiecznego – bez udziału fachowców w zakresie bezpieczeństwa. Pogwałcenie zasad w toku eksperymentu (odłączony UACR, długa praca na małej mocy spowodowała niestabilność, odłączenie układów bezpieczeństwa).

16 Przebieg awarii Cel eksperymentu: Pokazać, że w razie wyłączenia reaktora energia kinetyczna obracającego się wirnika turbiny wystarczy do zasilania pomp chłodzenia reaktora. Doświadczenie uznano za problem elektryczny, nie reaktorowy. 25 kwietnia rano zmniejszono moc z 3000 do 1500 MW, odłączono UACR, ale dyspozytor nie pozwolił na eksperyment, bo moc była potrzebna w sieci. Przy pracy na malej mocy reaktor ulega zatruciu – trzeba wyciągać z rdzenia pręty regulacyjne by utrzymać go w stanie krytycznym. W miarę upływu czasu sytuacja pogarszała się, reaktor stał się niestabilny. Operatorzy wyłączyli układ zabezpieczeń, by umożliwić powtórzenie eksperymentu Wreszcie o północy – rozpoczęto eksperyment

17 Przebieg zmian parametrów reaktora w Czarnobylu w chwili awarii
1. Moc względna, P/Po, %, zmiany najpierw wg skali po lewej stronie, 0-120%, potem wg skali po prawej stronie wykresu, od 0 do %, 2. reaktywność Δk/k od -1% do +5%,, 3 objętościowa zawartość pary wodnej, od 0 do 1,2

18 Awaria! O 1.22 operator zmniejszył dopływ wody zasilającej walczaki
operator odcina dopływ pary do turbiny Przepływ wody przez rdzeń maleje, bo 4 z 8 pomp są napędzane przez tę turbinę. Reaktor w stanie niestabilnym. Moc neutronowa rośnie. operator naciska przycisk zrzutu prętów bezpieczeństwa. Skutek odwrotny – moc rośnie. Przepalenie paliwa, odparowanie uranu, reakcja wody z cyrkonem Zr + 2 H2O = ZrO2 + 2H2 + ciepło. Rozerwanie rur ciśnieniowych, potem ( ) wybuch wodoru wskutek kontaktu z powietrzem w obszarze grafitu.

19 Zmiany reaktywności- pierwotnie i teraz

20 7 Jakie byłyby konsekwencje podobnych błędów operatorów w reaktorze PWR?
1. Obniżenie liczby prętów bezpieczeństwa w rdzeniu reaktora poniżej wartości dopuszczalnej 2. Obniżenie mocy poniżej wartości zaplanowanej. 3. Włączenie dodatkowych pomp w pierwotnym obiegu chłodzenia. 4. Wyłączenie awaryjnego układu chłodzenia rdzenia 5. Wyłączenie sygnałów powodujących awaryjne wyłączenie reaktora 6. Błąd konstrukcyjny w układzie prętów bezpieczeństwa 7. Najważniejsze: zdolność RBMK do samoczynnego zwiększania swej mocy w warunkach awaryjnych.

21 Porównanie cech reaktora RBMK w Czarnobylu i reaktorów PWR budowanych w krajach OECD
W reaktorze PWR Po wzroście temperatury moc reaktora Rośnie Maleje Zrzut prętów bezpieczeństwa powoduje Przejściowy wzrost mocy! Wyłączenie reaktora Układy bezpieczeństwa Były zależne od operatora Działają samoczynnie Po błędach ludzi Moc wzrosła aż do stopienia paliwa Moc maleje, reaktor wyłącza się Reaktor zawiera Rozżarzony grafit, pali się długo Wodę, naturalne chłodziwo W razie stopienia paliwa Cez i jod wydzielały się z suchego rdzenia Woda rozpuszcza i zatrzymuje cez i jod Obudowa bezpieczeństwa Nie istniała. Jod i cez unosiły się w górę w powietrze Pełna obudowa bezpieczeństwa zatrzymuje wszystkie produkty rozszczepienia Rozwiązania reaktora Były tajne, nieznane poza ZSRR Oparte na reaktorach wojskowych Nie wykorzystano w nich doświadczeń innych krajów Są szeroko znane, analizowane w setkach ośrodków, dostępne dla krytyków i przeciwników EJ, usprawniane przy wykorzystaniu doświadczeń całego świata Urząd dozoru jądrowego Słaby, podporządkowany celom politycznym Silny, niezależny, oddzielony od produkcji Zagrożenie po awarii Objęło dużą część Ukrainy i Białorusi, Jest ograniczone do kilku kilometrów

22 Skutki radiologiczne Czarnobyla
Awaria czarnobylska nie może zdarzyć się w reaktorach PWR, jakie będą budowane w Polsce. Ale jakie były naprawdę skutki radiologiczne tej awarii? Aby to ocenić obiektywnie, porównajmy dawki otrzymywane wskutek promieniowania po wypadku na terenach wokoło Czarnobyla i dawki w różnych krajach Europy. Skażenia w Ci/km2 można przeliczyć na dawki – i zrobili to zarówno specjaliści Rosji, jak i Komitetu ONZ ds. skutków promieniowania UNSCEAR

23

24

25 0.27 mSv to wzrost dawki wskutek pobytu przez 1 miesiąc w Finlandii zamiast w Polsce. Boicie się Państwo jechać do Helsinek?

26 Wspólne studium FORUM Czarnobyla wykazało, że skutki zdrowotne napromieniowania są znikome
Uszkodzenia poporodowe noworodków są częstsze w rejonach nieskażonych niż w wysoko skażonych

27 Spadek aktywności cezu

28 Skutki radiologiczne awarii
Spośród 134 likwidatorów, którzy w czasie awarii otrzymali w krótkim czasie dawki na całe ciało od 800 do mSv, 28 zmarło w ciągu pierwszych 4 miesięcy po awarii wskutek ostrej choroby popromiennej. Pozostałych 106 ludzi, którzy otrzymali dawki od 1300 do 5300 mSv znajduje się pod ciągłym nadzorem lekarskim. W grupie tej zarejestrowano 11 zgonów w okresie od 1987 do 1998 roku. Tylko w trzech przypadkach zgony mogły być związane z napromieniowaniem. Ponad osób zostało ewakuowanych w ciągu pierwszych tygodni po awarii, głównie ze strefy o promieniu 30 km wokoło EJ. Ludzie ci otrzymali znaczące dawki promieniowania na tarczycę i na całe ciało, od 70 mSv na tarczycę wśród dorosłych do 1000 mSv wśród małych dzieci, i średnio 15 mSv na całe ciało

29 Skutki radiologiczne awarii 2
Badania lekarskie likwidatorów nie wykazały wzrostu zachorowań na raka, ani zależności umieralności od wielkości otrzymanych dawek. Ogólna umieralność wśród likwidatorów była statystycznie znacząco niższa niż umieralność w grupie kontrolnej spośród społeczeństwa. Wysokie dawki na tarczycę po awarii w Czarnobylu spowodowane były głównie spożyciem mleka krowiego skażonego jodem w ciągu pierwszych kilku tygodni po awarii. Dzieci w rejonie miejscowości Gomel na Białorusi otrzymały największe dawki na tarczycę, od zaniedbywalnie małych do 40 Sv, ze średnią dawką 1 Sv dla dzieci w wieku od 0 do 7 lat

30 Skutki radiologiczne awarii 3
W rejonie Czarnobyla łączna liczba przypadków wykrytych dotychczas wśród osób, które były dziećmi w czasie awarii doszła do około 4000, z czego 9 dzieci zmarło. Poza zwiększoną częstością przypadków niemego raka tarczycy wśród dzieci w rejonach skażonych, nie ma innych oznak szkód zdrowotnych spowodowanych przez promieniowanie. "Nie wykryto wzrostu umieralności lub zapadalności na raka ani na białaczkę, który można byłoby przypisań skutkom działania promieniowania jonizującego" stwierdził komitet UNSCEAR W kohorcie 8654 likwidatorów w wieku od 18 do 60 lat, badania obejmujące łącznie okres obserwacji wynoszący osobo-lat wykazały, że standardowy wskaźnik zapadalności na raka dla tej grupy wyniósł SIR = 0.88 (0.76, 1.02, 95% CI)” a więc był mniejszy niż dla grupy kontrolnej z ludności nie napromieniowanej.

31 Skutki radiologiczne awarii 3
UNSCEAR w 2001 roku [10] stwierdził, że brak jest oznak potwierdzających wzrost częstości występowania objawów chorób dziedzicznych, takich jak zespół Downa, anomalie porodowe, poronienia lub umieralność płodów. Zgodnie z końcowym wnioskiem UNSCEAR, ogólne perspektywy zdrowotne dla ludności w rejonie Czarnobyla są pozytywne . Istotne szkody zdrowotne zostały natomiast spowodowane przez niepotrzebne działania administracyjne mające chronić ludność wokoło Czarnobyla podczas i po awarii. Ewakuacja setek tysięcy ludzi uważana jest obecnie za reakcję przesadzoną, która w wielu przypadkach zrobiła więcej złego niż dobrego

32 Skutki Czarnobyla Naukowcy UNSCEAR stwierdzili, że "występują reakcje psychologiczne na awarię, które nie są spowodowane rzeczywistym napromieniowaniem, lecz strachem przed możliwymi potencjalnie skutkami napromieniowania." Chociaż skutki Czarnobyla są poważne, należy podkreślić, że większość z nich jest efektem decyzji podjętych przez polityków pod wpływem strachu i chęci zdobycia uznania politycznego ludności, a nie skutkiem dawek promieniowania.

33

34

35 Czemu oceny są aż tak rozbieżne?
Oceny dotychczasowych skutków Czarnobyla publikowane przez UNSCEAR, IAEA, WHO etc oparte są na sprawdzonych faktach i publikacjach Wzrost umieralności i pogorszenie stanu zdrowia w dawnym ZSRR występuje i na Kamczatce i w Kijowie – ale wynika ze zmian ekonomii, nie z promieniowania Silny nacisk na badaczy by pokazali w swych wynikach nieszczęście ludzi – butem w dr Gayle‘a! Oceny przyszłych skutków – przedmiot dyskusji Oparcie ocen na hipotezie LNT prowadzi do wielkich liczb Istnieje prosty związek między liczbą przepowiadanych zgonów a wielkością funduszy na dalsze prace. UNSCEAR i inne organizacje ONZ są bezstronne – stąd ich ocena: Ogólne perspektywy zdrowotne dla ludności wokoło Czarnobyla są dobre

36 Dzieci Czarnobyla: Prawda, nie propaganda (rysunek z raportu Forum)