Source: http://www.itblogs.ru/blogs/borkus/archive/2011/03/22/125071.aspx
Решил зафиксировать статус того, что происходит сейчас на поврежденной японской АЭС Фукусима, и наметить вектор развития ситуации. Пользоваться будем доступными источниками. (Осторожно, много картинок!)
Напомню, на станции было 6 реакторов разной мощности, три из которых в момент землетрясения не работали, и из них было выгружено топливо, а 3 были сразу же заглушены.
Все реакторы типа BWR принципиально отличаются от Чернобыльского РБМК, в смысле безопасности в лучшую сторону. Это одно из главных направлений реакторостроения, которое широко опробовано на подводных лодках. Основа этих реакторов – наличие большой “кастрюли”, в которой кипятится вода. Причем в нижней зоне реактора вода существует в жидком состоянии, а в верхней – в виде пара. Пар подается на сразу турбину, т.е. система одноконтурная.
Тепловыделяющие элементы подвешены в центре реактора, а стержни поглотители находятся внизу, и вводятся через гидравлические приводы. Для понимания аварии важно в основном понимать, что рециркуляция воды в ректоре принудительная (нужны насосы), и происходит только в нижней зоне ректора.
Вода в ректоре используется не только для охлаждения тепловыделяющих элементов, но и для замедления нейтронов. Иначе говоря без воды самоподдерживающейся реакции в них происходить не должно. При наличии воды реакция регулируется стержнями-поглотителями, при их вводе происходит полное “глушение” реактора.
Реактор заключен в стальную герметичную оболочку (ГО). Радом с ней, в том же здании, что и реактор находится бассейн с отработанными стержнями. Для их выгрузки снимается крышка ГО, затем открывается реактор, и стержни краном перемещаются на 30 метров в специальный бассейн.
Выглядит ГО так (если приглядеться – на верху, если приглядеться виден маленький человечек):
Итак что произошло в Фукусиме? После землетрясения и цунами реакторы заглушили (ввели стержни поглотители) – это отличие от Чернобыля, где стержни в реактор ввести не удалось, и он взорвался на полной мощности.
Но реакторы продолжали выделять тепло, т.к. в ТВЭЛах образуется много всяких элементов, самопроизвольный распад которых продолжается десятилетиями. Мощность тепловыделения спадает по формуле Вэя-Вигнера – ориентировочно как время в степени (-0.2). Только через сутки мощность Фукусимских реакторов упала ниже 20 МВт.
Так как системы принудительного охлаждения были повреждены, то тепло не отводилось, вода и пар в реакторе грелись, и давление в нем росло. В принципе американцы ставили опыты на подобных реакторах, которые показали, что при определенном давлении внутри крышку слегка приподнимает и начинается утечка пара. Реакторы потом модернизировались, но вроде де бы не японские.
Как бы то ни было, японцы решили пар выпускать, и тут выяснилось, что водяной пар успел распасться на водород и кислород – то ли в результате пароциркониевой реакции (пар при температуре около 900 град окисляет цирконий ТВЭЛов с выделением водорода), то ли в результате других реакций. В общем, когда пар выпустили за пределы ГО, он смешался с кислородом, и взорвался, разнеся здание. Заодно произошел выброс большого количества радиоактивных элементов.
Эксперимент японцы повторили на трех реакторах. И только на втором блоке здание более-менее уцелело. Уцелела ли при взрывах крышка реактора #3 пока остается загадкой.
На четвертом блоке реактор был пуст, но имелось хранилище отработанного топлива. Выгруженное топливо тоже здорово фонит, и главное греется. Японцы на состояние хранилища не обратили внимание, как оказалось, зря. Стержней в бассейне было ОЧЕНЬ много. В результате землетрясения вода из бассейна куда-то слилась, и стержни начали греться. Опять взрыв. Разнесло здание 4, заодно снова задело здание реактора 3.
Специалисты разошлись во мнении – толи взрыв был чисто водородный, толи в результате высокой плотности хранения отработанных стержней произошла небольшая цепная реакция с мгновенным разогревом остатков воды и паровым взрывом.
1) в ректорах 1-3 точно расплавлена активная зона реактора, но реактор в целом, ГО, и, главное, таблетки с топливом, похоже уцелели.
Напомним, что таблетки сами по себе отличный предохранитель от распространения радиации (закаленная керамика). Пока они в большинстве своем целы (а для их разрушения нужна температура более 2000 градусов), самые страшные концентрации радиоактивных элементов наружу выйти не могут.
Если же топливо расплавляется, то оно начинает испускать “газы”. Если оно к тому же оно вытекает из реактора, то, во первых, фон нас станции резко повышается, а во вторых резко растет вероятность парового взрыва от соприкосновения лавы с водой и бетоном. Да и просто возникает опасность попадания высокорадиоактивных и химически токсичных элементов в грунтовые воды. Первое (расплав) был в Чернобыле, и сделал радиационно-опасными нижние этажи здания, но до грунтовых вод он тогда не дошел, хотя и проплавил перекрытия на 75%. (Кстати, в последующие годы возможность расплава активно моделировалась в Курчатнике, даже делались проверки на экспериментальной установке).
В общем, самого плохого не случилось.
2) Японцам удалось наладить охлаждение реакторов и ГО морской водой, с добавлением поглотителя нейтронов (борной кислоты). Как сообщается, реакторы заполнены водой чуть выше уровня половины стержней. Давление в реакторах стабильное. Это означает, что реакторам как полезным установкам пришел конец, но перегрева в краткосрочной перспективе им не грозит.
В долгосрочной перспективе возможны еще неприятные сюрпризы, т.к. в реакторе и ГО откладываются соли (падает теплоотвод) и резко ускоряется коррозия.
3) Японцам удалость подвести внешнюю ЛЭП и наладить питание систем реактора. Насколько эти системы функциональны пока не ясно, но качать морскую воду можно теперь без перебоев. Да и масштаб операции – нарастить. Кроме того, неисправные системы японцы собираются заменить.
Кроме того заметно улучшение качества и масштаба проводимых действий.
Худшее позади. С реакторами основные проблемы решены.
4) Сложные проблемы с хранилищами отработанного топлива – на блоках 3 и 4. Японцы пытаются поливать бассейны из пожарных машин, но радиация там такая (думаю, что десятки рентген в час), что не подберешься. Они говорят, что залили бассейны водой, и температура в них снизилась. Однако, высокорадиоактивное топливо продолжает находиться практически под открытым небом. Подует легкий ураган – будут проблемы.
В общем, на сегодня это самая проблемная зона.
5) Прошло сообщение, что японцы собираются запустить “неповрежденные” реакторы 5 и 6 – дабы был надежный источник энергии для остальных систем. Это вроде правильно, но после всего произошедшего настораживает.
6) Радиация. Суммарно уровень ниже, чем при аварии на ЧАЭС, раз в 30.
Около административных зданий станции – примерно 2 мЗв/час ( 0,2 Р/ч). Напомним, что на въезде в ЧАЭС (тоже расстояние от блока 4) было 5-6 Р/ч.
По другим контрольным точкам – соотношение аналогичное.
Радиоактивные отходы они сливают в океан, да и ветер тоже дует в океан. На суше более-менее опасный для здоровья уровень пока только в 30 км зоне. Даже в Токио в общем-то фон не слишком высокий.
Обнаружены стократные превышения норм в морской акватории станции (японцы сливают туда отработанную воду из реактора – со всеми продуктами распада из разрушенных ТВЭЛов).
Выбросы – в основном радиоактивный Цезий и Йод, т.е. топливные сборки где-то слегка порушены.
Все идет к тому, что японцы свое творение укротят. Повозятся еще изрядно, но вроде все самое худшее позади.
Но океанскую рыбу и морепродукты лучше не есть пару месяцев. Пока хотя бы радиоактивный йод не распадется.
// Влад Боркус
PS. Если много пессимизма – прошу извинить. Болею :(
Published 22 марта 2011 г. 15:28 by Vlad Borkus
Filed under: Наука, АЭС, Япония, Фукусима
Решил зафиксировать статус того, что происходит сейчас на поврежденной японской АЭС Фукусима, и наметить вектор развития ситуации. Пользоваться будем доступными источниками. (Осторожно, много картинок!)
С чем имеем дело
Напомню, на станции было 6 реакторов разной мощности, три из которых в момент землетрясения не работали, и из них было выгружено топливо, а 3 были сразу же заглушены.
Все реакторы типа BWR принципиально отличаются от Чернобыльского РБМК, в смысле безопасности в лучшую сторону. Это одно из главных направлений реакторостроения, которое широко опробовано на подводных лодках. Основа этих реакторов – наличие большой “кастрюли”, в которой кипятится вода. Причем в нижней зоне реактора вода существует в жидком состоянии, а в верхней – в виде пара. Пар подается на сразу турбину, т.е. система одноконтурная.
Тепловыделяющие элементы подвешены в центре реактора, а стержни поглотители находятся внизу, и вводятся через гидравлические приводы. Для понимания аварии важно в основном понимать, что рециркуляция воды в ректоре принудительная (нужны насосы), и происходит только в нижней зоне ректора.
Вода в ректоре используется не только для охлаждения тепловыделяющих элементов, но и для замедления нейтронов. Иначе говоря без воды самоподдерживающейся реакции в них происходить не должно. При наличии воды реакция регулируется стержнями-поглотителями, при их вводе происходит полное “глушение” реактора.
Конструкция реактора
Реактор заключен в стальную герметичную оболочку (ГО). Радом с ней, в том же здании, что и реактор находится бассейн с отработанными стержнями. Для их выгрузки снимается крышка ГО, затем открывается реактор, и стержни краном перемещаются на 30 метров в специальный бассейн.
Выглядит ГО так (если приглядеться – на верху, если приглядеться виден маленький человечек):
Человек-букашка, и его творение. Так все начиналось (фото с другой АЭС, но реактор тот же. На фото – герметичная оболочка, сам реактор не виден, он уже запаян внутри)
Что было! Лепота!
Что стало (18.03.2011)
Авария
Итак что произошло в Фукусиме? После землетрясения и цунами реакторы заглушили (ввели стержни поглотители) – это отличие от Чернобыля, где стержни в реактор ввести не удалось, и он взорвался на полной мощности.
Но реакторы продолжали выделять тепло, т.к. в ТВЭЛах образуется много всяких элементов, самопроизвольный распад которых продолжается десятилетиями. Мощность тепловыделения спадает по формуле Вэя-Вигнера – ориентировочно как время в степени (-0.2). Только через сутки мощность Фукусимских реакторов упала ниже 20 МВт.
Так как системы принудительного охлаждения были повреждены, то тепло не отводилось, вода и пар в реакторе грелись, и давление в нем росло. В принципе американцы ставили опыты на подобных реакторах, которые показали, что при определенном давлении внутри крышку слегка приподнимает и начинается утечка пара. Реакторы потом модернизировались, но вроде де бы не японские.
Как бы то ни было, японцы решили пар выпускать, и тут выяснилось, что водяной пар успел распасться на водород и кислород – то ли в результате пароциркониевой реакции (пар при температуре около 900 град окисляет цирконий ТВЭЛов с выделением водорода), то ли в результате других реакций. В общем, когда пар выпустили за пределы ГО, он смешался с кислородом, и взорвался, разнеся здание. Заодно произошел выброс большого количества радиоактивных элементов.
Эксперимент японцы повторили на трех реакторах. И только на втором блоке здание более-менее уцелело. Уцелела ли при взрывах крышка реактора #3 пока остается загадкой.
На четвертом блоке реактор был пуст, но имелось хранилище отработанного топлива. Выгруженное топливо тоже здорово фонит, и главное греется. Японцы на состояние хранилища не обратили внимание, как оказалось, зря. Стержней в бассейне было ОЧЕНЬ много. В результате землетрясения вода из бассейна куда-то слилась, и стержни начали греться. Опять взрыв. Разнесло здание 4, заодно снова задело здание реактора 3.
Специалисты разошлись во мнении – толи взрыв был чисто водородный, толи в результате высокой плотности хранения отработанных стержней произошла небольшая цепная реакция с мгновенным разогревом остатков воды и паровым взрывом.
Такие вот руины (вид на блок 3 и 4, виден радиоактивный пар). Снимок от 18.03.2011
Итак что в итоге:
1) в ректорах 1-3 точно расплавлена активная зона реактора, но реактор в целом, ГО, и, главное, таблетки с топливом, похоже уцелели.
Напомним, что таблетки сами по себе отличный предохранитель от распространения радиации (закаленная керамика). Пока они в большинстве своем целы (а для их разрушения нужна температура более 2000 градусов), самые страшные концентрации радиоактивных элементов наружу выйти не могут.
Если же топливо расплавляется, то оно начинает испускать “газы”. Если оно к тому же оно вытекает из реактора, то, во первых, фон нас станции резко повышается, а во вторых резко растет вероятность парового взрыва от соприкосновения лавы с водой и бетоном. Да и просто возникает опасность попадания высокорадиоактивных и химически токсичных элементов в грунтовые воды. Первое (расплав) был в Чернобыле, и сделал радиационно-опасными нижние этажи здания, но до грунтовых вод он тогда не дошел, хотя и проплавил перекрытия на 75%. (Кстати, в последующие годы возможность расплава активно моделировалась в Курчатнике, даже делались проверки на экспериментальной установке).
В общем, самого плохого не случилось.
2) Японцам удалось наладить охлаждение реакторов и ГО морской водой, с добавлением поглотителя нейтронов (борной кислоты). Как сообщается, реакторы заполнены водой чуть выше уровня половины стержней. Давление в реакторах стабильное. Это означает, что реакторам как полезным установкам пришел конец, но перегрева в краткосрочной перспективе им не грозит.
В долгосрочной перспективе возможны еще неприятные сюрпризы, т.к. в реакторе и ГО откладываются соли (падает теплоотвод) и резко ускоряется коррозия.
Так вот оно смотрится в инфракрасном диапазоне (кроме нескольких точек температура до 50 градусов – все спокойно). Снимки от 20.03.2010
3) Японцам удалость подвести внешнюю ЛЭП и наладить питание систем реактора. Насколько эти системы функциональны пока не ясно, но качать морскую воду можно теперь без перебоев. Да и масштаб операции – нарастить. Кроме того, неисправные системы японцы собираются заменить.
Кроме того заметно улучшение качества и масштаба проводимых действий.
Худшее позади. С реакторами основные проблемы решены.
4) Сложные проблемы с хранилищами отработанного топлива – на блоках 3 и 4. Японцы пытаются поливать бассейны из пожарных машин, но радиация там такая (думаю, что десятки рентген в час), что не подберешься. Они говорят, что залили бассейны водой, и температура в них снизилась. Однако, высокорадиоактивное топливо продолжает находиться практически под открытым небом. Подует легкий ураган – будут проблемы.
В общем, на сегодня это самая проблемная зона.
Блок 4. Хранилище ОЯТ. Зелененькое пятно – это кран для перемещения топливных сборок. Снимок от 20.03.2010
5) Прошло сообщение, что японцы собираются запустить “неповрежденные” реакторы 5 и 6 – дабы был надежный источник энергии для остальных систем. Это вроде правильно, но после всего произошедшего настораживает.
6) Радиация. Суммарно уровень ниже, чем при аварии на ЧАЭС, раз в 30.
Около административных зданий станции – примерно 2 мЗв/час ( 0,2 Р/ч). Напомним, что на въезде в ЧАЭС (тоже расстояние от блока 4) было 5-6 Р/ч.
По другим контрольным точкам – соотношение аналогичное.
Радиоактивные отходы они сливают в океан, да и ветер тоже дует в океан. На суше более-менее опасный для здоровья уровень пока только в 30 км зоне. Даже в Токио в общем-то фон не слишком высокий.
Обнаружены стократные превышения норм в морской акватории станции (японцы сливают туда отработанную воду из реактора – со всеми продуктами распада из разрушенных ТВЭЛов).
Выбросы – в основном радиоактивный Цезий и Йод, т.е. топливные сборки где-то слегка порушены.
Карта заражения станции (блоки отмечены номерами. Данные в милизивертах. Больше всех загажен блок 3 – здание фонит до 15 Р/ч). Снимки от 20.03.2010
Резюме
Все идет к тому, что японцы свое творение укротят. Повозятся еще изрядно, но вроде все самое худшее позади.
Но океанскую рыбу и морепродукты лучше не есть пару месяцев. Пока хотя бы радиоактивный йод не распадется.
// Влад Боркус
PS. Если много пессимизма – прошу извинить. Болею :(
Published 22 марта 2011 г. 15:28 by Vlad Borkus
Filed under: Наука, АЭС, Япония, Фукусима
Comments