Авария на АЭС в Фукусима-1

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Авария на АЭС Фукусима-1

Авария на АЭС Фукусима-1 -- крупная радиационная авария произошедшая 11 марта 2011 года в результате сильнейшего землетрясения в Японии и последовавшего за ним цунами. По заявлению официальных японских лиц авария достигала 7-ого уровня по шкале INES.

Данная АЭС имеет шесть энергоблоков, общей мощностью 4,7 ГВт. Реакторные установки для первого, второго и шестого энергоблоков были сооружены американской корпорацией General Electric, для третьего и пятого -- Toshiba, для четвёртого -- Hitachi. Все шесть реакторов спроектированы в General Electric.

Тип реакторов всех энергоблоков - кипящий водо-водяной реактор (Boiling Water Reactor, BWR). Особенностью такого типа реактора является то, что пар генерируется непосредственно в активной зоне, после чего направляется на турбину.

В момент землетрясения (11 марта) три работающих энергоблока были остановлены действием системы аварийной защиты, которая сработала в штатном режиме. Однако спустя час было прервано электроснабжение (в том числе и от резервных дизельных электростанций), предположительно из-за последовавшего за землетрясением цунами.

Очевидно, что наличие пассивной системы охлаждения, значительно смягчила бы дальнейшее развитие аварии, так как подобные системы не зависят от электроснабжения. Однако пассивных элементов на АЭС Фукусима-1 не было.

Электроснабжение необходимо для отвода остаточного тепловыделения реакторов. Остаточное тепловыделение - специфическая особенность ядерного топлива, заключающаяся в том, что, после прекращения цепной реакции деления и обычной для любого энергоисточника тепловой инерции, выделение тепла в реакторе продолжается ещё долгое время. Остаточное тепловыделение является следствием в- и г-распада продуктов деления, которые накопились в топливе за время работы реактора, а также б-распада и в-распада актиноидов. Ядра продуктов деления вследствие распада переходят в более стабильное или полностью стабильное состояние с выделением значительной энергии. Выделяемая после остановки мощность зависит от количества накопленных продуктов деления, для её расчёта используются различные формулы. Наибольшее распространение получила формула Вэя - Вигнера.

Необходимо отметить, что на практике мощность остаточного тепловыделения рассчитывается индивидуально для каждой топливной нагрузки. [4]

Без достаточного охлаждения во всех трёх работавших до аварийного останова энергоблоках начал снижаться уровень теплоносителя и стало повышаться давление, создаваемое образующимся паром. Первая серьёзная ситуация возникла на энергоблоке № 1. Для недопущения повреждения реактора высоким давлением пар сбрасывали в гермооболочку (массивное сооружение особой конструкции, в котором располагается основное оборудование реакторной установки), в которой давление возросло до 840 кПа при расчётном значении в 400 кПа. Чтобы гермооболочка не разрушилась, пар пришлось сбрасывать в атмосферу, при этом TEPCO и МАГАТЭ заявили, что он будет фильтроваться от радионуклидов. Давление в гермооболочке удалось сбросить, однако при этом, в обстройку реакторного отделения проникло большое количество водорода, образовавшегося в результате оголения топлива и окисления циркониевой

оболочки тепловыделяющих элементов паром (так называемая пароциркониевая реакция).

Пароциркониевая реакция - это экзотермическая химическая реакция между цирконием и водяным паром, которая идет при высоких температурах. Реакция протекает в соответствии с уравнением:

Zr + 2H2O = ZrO2 + 2H2 + Q,

где Q - выделяющаяся теплота 6530 кДж/кг.

Реакция начинается примерно при 900--950 °C, а при 1200 °C начинает развиваться очень быстро (так как выделяющаяся теплота дополнительно разогревает цирконий) и становится самоподдерживающейся. Кинетика реакции описывается уравнением Бейкера - Джаста:

где, - число молей водорода;

- площадь поверхности циркония, контактирующая с паром;

- константа скорости;

t - время в секундах.

Константа равна 3,33·107·e(-45500/R*Tk), где Tk - температура в топливной сборке, R -- универсальная газовая постоянная. При расчёте принимается, что температура изменяется по закону Tk = Т0 + a·t, где а -- коэффициент, характеризующий скорость нарастания температуры в К/с, Т0 -- номинальная температура в топливной сборке.

Количество водорода, образовавшегося за время t, определяется интегрированием уравнения Бейкера -- Джаста.

Скорость реакции существенно зависит от температуры, количества подводимого к реагирующей поверхности пара и времени реакции.

Помимо выделения водорода и тепла, реакция сопровождается охрупчиванием оболочек твэлов и уменьшением её первоначальной толщины за счёт окисления циркония. Примерно за 10--12 минут после начала самоподдерживающейся пароциркониевой реакции оболочка твэла окисляется на толщину 0,10--0,15 мм с разогревом до температуры её плавления.

Основной системой безопасности, препятствующей накоплению большого количества водорода, является гермооболочка. У водо-водяных

реакторов она очень большого размера, поэтому достичь взрывоопасной концентрации, при сбросе водорода из реактора и другого оборудования, в ней крайне затруднительно. В кипящих реакторах размер гермооболочки существенно меньше. Это объясняется тем, что проблема основной аварии, на которую рассчитываются гермооболочки - авария с потерей теплоносителя - решается в гермооболочках кипящих реакторов по-другому, с помощью объёмного бака-барботёра, куда сбрасывается пар в случае аварии. В ранних конструкциях контейнментов (Mark 1, Mark 2) кипящих реакторов, для решения проблемы скопления водорода, сухая шахта реактора заполняется инертным газом (например, чистым азотом), в более поздних, начиная с Mark 3 - оснащается системой дожигания водорода. При аварии на АЭС Фукусима пострадали энергоблоки с контейнментом типа Mark 1. Скопление водорода во вторичной гермооболочке привело к взрыву в ней на энергоблоках 1 и 3. На энергоблоке 2 взрыв произошёл в районе бака-барботёра. На энергоблоке 4 взрыв водорода произошёл в районе бассейна выдержки топлива.

Известным нововведением, предназначенным для решения проблемы скопления водорода при тяжёлых авариях, являются каталитические рекомбинаторы водорода (пассивная система безопасности). Их можно устанавливать и на уже работающих блоках (на множестве по всему миру они уже установлены), в обязательный набор элементов они входят в новых проектах. Рекомбинаторы -- небольшие устройства, которые во множестве устанавливаются по всему гермообъёму и обеспечивают снижение концентрации водорода при авариях с его выделением. Рекомбинаторы не требуют источников энергии и команд на включение -- при достижении небольшой концентрации водорода (0,5--1,0 %) процесс его поглощения рекомбинаторами начинается самопроизвольно. Однако на АЭС Фукусима-1 не было и такой пассивной системы.

2. Предварительные оценки степени тяжести

Шкала INES является всемирным инструментом, предназначенным для информирования населения.

По оценке NISA:

11 марта -- 4-й уровень по шкале INES. На второй день аварии, 12 марта, власти Японии оценивали аварию как соответствующую уровню 4 по причине превышения уровня предельных значений радиоактивного излучения на станции более 0,5 мЗв/ч.

18 марта -- 5-й уровень по шкале INES. Повреждения активных зон реакторов 1, 2 и 3 энергоблоков из-за полной потери возможностей охлаждения, было оценено японскими официальными лицами как события, соответствующие уровню 5. Потеря охлаждения бассейна выдержки отработавшего топлива энергоблока 4 оценивается по уровню 3. Потеря функций охлаждения реакторов 1, 2 и 4 оценивается также по 3 уровню.

12 апреля -- 7-й уровень по шкале INES. Японская Комиссия по ядерной безопасности (NSC) повысило уровень опасности на АЭС «Фукусима-1» до максимального 7 уровня, после оценки выбросов радионуклидов иода-131 и цезия-137 в объёмах 1,3·1017 Бк и 6,1·1015 Бк, соответственно (оценка NISA) или по собственной оценке (NSC) 1,5·1017 Бк иода-131 и 1,2·1016 Бк цезия-137. В этот же день МАГАТЭ подтвердило информацию, что Агентство по ядерной и индустриальной безопасности Японии предоставило отчёт, в котором повысило предварительную оценку тяжести аварии до 7-го уровня по шкале INES. Оценка была повышена исходя из количества выбросов иода-131, которое сопоставимо с 10 % от выбросов Чернобыльской аварии.

Альтернативные оценки:

6 уровень по шкале INES (по оценке ASN от 15 марта).

6 уровень по шкале INES и, возможно, достигнет 7 (по оценке ISIS от 15 марта).

3. Влияние аварии на АЭС Фукусима-1 на экономику Японии и Китая

авария фукусима землетрясение цунами

Согласно предварительным расчетам, прямой экономический ущерб от землетрясения и цунами составил около 300 млрд. долл. США; помимо этого, 425 км2 земли смыло в море, что усложняет подсчет экономического ущерба.

АЭС Fukushima-1 является основной станцией, снабжающей электроэнергией столицу Японии г. Токио. Производство электроэнергии на этой АЭС составляло 20% от всей выработки электричества на АЭС и 6% в энергобалансе страны. Из 30-километровой зоны радиационного заражения произведена эвакуация населения. Нанесен значительный ущерб сельскому хозяйству и рыболовству. Острая нехватка электроэнергии оказывает негативное влияние на восстановление экономики страны и жизни народа. Началась масштабная распродажа материальных активов и возвращение японских иен в страну, что вызвало значительный спрос на иену на мировом рынке (курс иены к доллару 11 марта составлял 1:83, а 17 марта - 1:79,2). Правительство Японии приняло экстренные меры по снижению курса иены. Под угрозой возможного радиационного облучения европейские и американские структуры начали срочное перемещение людей и капиталов и временно приостановили активность в Токио, что привело к проседанию товарно-сырьевого рынка и рынка инвестиций на 2%. Нанесен значительный ущерб японской стратегии «процветающего государства», в том число по индустрии туризма. Планировалось, что в 2016 г. доход от туризма составит 3% ВВП. После аварии на АЭС въездной поток упал на 60% по сравнению с аналогичным периодом 2010 г.

Сократился потребительский спрос в стране. Правительство приняло дополнительные меры по обеспечению потребителей товарами и оставило цены на приемлемом уровне. Однако отношение японских потребителей к продукции, произведенной на северо-востоке страны, резко изменилось, и потребление к концу марта 2011 г. упало на 80%.

Нехватка электроэнергии (порядка 3%) отрицательно сказалась на развитии японской промышленности и привела к снижению показателей роста японской экономики на 1%.

Экономическое положение Японии до начала аварии не выглядело перспективным. В соответствии с финансовым докладом, опубликованным 10 февраля 2011 г., по состоянию на конец 2010 г. государственные долговые обязательства Японии достигли 919,151 трлн иен, что превышает 200% от национального ВВП и является самым высоким показателем среди развитых стран и сдерживает дальнейшее внешнее заимствование. В ближайшей

перспективе в Японии возможен кризис, связанный с притоком свободных капиталов. В отличие от долговых обязательств стран зоны евро, 90% государственных долговых обязательств в Японии традиционно приобретались внутренними заёмщиками.

В условиях краткосрочного спроса на значительные объемы средств существует опасность, что таких средств внутри страны нет. Кроме того, доходность японских долговых обязательств едва превышает 1%, что сдерживает их массовую покупку.

Монетарная политика Японии в краткосрочной перспективе будет направлена на обеспечение стабильности иены. Центробанк Японии предполагает выделить связанные кредиты на поддержку высокорисковых предприятий.

После аварии на АЭС реализация японской промышленной политики забуксовала, так как на пути последовательного развития промышленности возникли системные риски (нехватка электроэнергии, разрушение сетей снабжения, резкий спад в туристической отрасли и др.).

Валовой продукт северо-восточного региона Японии составляет 8% от национального ВВП. Этот район является главной производственной базой по выпуску автомобилей, запчастей к ним и электронных компонентов. Одновременная остановка практически всех предприятий региона оказала негативное влияние на производство машин и оборудования, автопромышленность и электронику.

В настоящее время японская промышленная политика сосредоточена на трех уровнях: формирование базы для последующего процветания, восстановление разрушенных связей по снабжению и стимулирование технологических инноваций.

Размещено на Allbest.ru