Обеспечение безопасности АЭС
Это подтверждается результатами регулярных проверок как независимых органов (Ростехнадзор), так и международных организаций (ВАО АЭС и др.). С 1999 г. на российских АЭС не зафиксировано ни одного серьезного нарушения безопасности, классифицируемого выше первого уровня по Международной шкале ИНЕС.
На сегодняшний день можно сказать, что:
В Концерне «Росэнергоатом» реализуется целый комплекс внутренних и внешних мероприятий, подтверждающих надлежащее выполнение как международных, так и российских требований по обеспечению безопасности АЭС.
Высокая степень безопасности АЭС России базируется на множестве факторов. В их числе – принцип самозащищенности реакторной установки, наличие нескольких барьеров безопасности и многократное дублирование каналов безопасности. Также применяются активные (требующие вмешательства человека и наличия источника энергоснабжения) и пассивные (не требующие вмешательства человека и наличия источника энергии) систем безопасности.
Барьеры безопасности АЭС
Система безопасности современных российских АЭС состоит из 4-х барьеров, надежно защищающих от распространения ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в окружающую среду:
Предусмотрены и средства управления последствиями запроектных аварий, обеспечивающих локализацию радиоактивных веществ в пределах гермооболочки. К ним относятся системы:
Контроль состояния безопасности
Проверки АЭС проводятся в соответствии с годовым планом работ, графиком проверок АЭС, поручениями руководства Концерна и Госкорпорации «Росатом».
Повышение безопасности и устойчивости АЭС к экстремальным внешним воздействиям
После событий в Японии, приведшим к аварии на АЭС «Фукусима», Концерном был выполнен анализ сценариев возможного развития аварий на российских АЭС при экстремальных внешних воздействиях, с определением мероприятий для смягчения последствий и снижения воздействия на население и окружающую среду в случае тяжелой запроектной аварии.
В 2011-2012 годах на все АЭС была осуществлена поставка дополнительной передвижной противоаварийной техники. В 2012-2014 годах осуществлена подготовка проектно-сметной документации, проведены расчеты, анализы и обоснования, поставлено дополнительное оборудование и материалы. В 2012 году было завершено оснащение всех действующих АЭС мобильной противоаварийной техникой на общую сумму 2,6 млрд руб. Продолжается выполнение долгосрочных мероприятий (до 2021 года), направленных на реализацию и внедрение на АЭС дополнительных проектных решений.
Отметим, что стечение природных катаклизмов на территории расположения АЭС в России, которые могут повлечь за собой аварию, сопоставимую с аварией на станции «Фукусима-1», невозможно, поскольку все российские АЭС находятся в зонах низкой сейсмоопасности. Кроме того, действующими нормами запрещено размещать АЭС на сейсмоопасных площадка.
Защита от террористических атак
Обеспечение физической защиты и безопасности, в том числе антитеррористической устойчивости АЭС, на всех этапах жизненного цикла (проектирование, строительство, эксплуатация, вывод из эксплуатации) как ядерноопасных объектов, сохранность государственной, служебной и коммерческой тайн, обеспечение экономической безопасности предприятия при соблюдении законности и корпоративных интересов Концерна — одна из приоритетных задач эксплуатирующей организации.
Требования пожарной безопасности при строительстве атомной станции
16.1 До начала работ по монтажу оборудования должен быть принят в эксплуатацию внутренний противопожарный водопровод во всех зданиях и сооружениях, где он предусмотрен проектом, а также, в случае необходимости, смонтирован временный противопожарный водопровод в наиболее труднодоступных при тушении пожара участках снаружи и внутри зданий и сооружений;
16.2 До начала работ по монтажу кабелей и подачи масла в специальные емкости и коммуникации следует предусматривать опережающий ввод установок пожаротушения по временной схеме, проведение мероприятий по ограничению распространения возможных пожаров, недопущению проливов масла на нижележащие отметки, а также по защите оборудования от возможного воздействия огнетушащих веществ.
16.3 До физического пуска энергоблока АС должны быть введены в эксплуатацию системы противопожарной защиты, а также реализованы соответствующие организационно-технические мероприятия по обеспечению безопасности АС при пожарах.
16.4 Здание пожарного депо на вновь строящейся АС должно возводиться одновременно с началом строительства АС и принято в эксплуатацию до начала строительства надземной части главного корпуса.
16.5 В подготовительный период внутриплощадочные работы при строительстве АЭС должны включать: строительство комплекса объединенной насосной станции, хозяйственно-питьевого, производственного и противопожарного водоснабжения; строительство.
16.6. Сети противопожарного водопровода должны быть проложены в подготовительный период до устройства временных дорог, переездов, площадок складирования.
16.7 Для эвакуации людей со строящихся высотных сооружений (градирен и т.п.) необходимо предусматривать не менее двух лестниц из негорючего материала на весь период строительства.
16.8 При производстве строительно-монтажных и отделочных работ внутри зданий (сооружений) необходимо предусматривать безопасные пути эвакуации (не менее двух на здание).
16.9 Пути эвакуации в строящемся здании (сооружении) должны иметь постоянное искусственное освещение в любое время суток.
16.10 Система оповещения и эвакуации монтируется (п. 5.3.1.6):
— в кабельных сооружениях одновременно с системами (установками) пожаротушения;
— в зданиях с пожароопасными процессами одновременно с монтажом технологического оборудования;
— в административных (бытовых) зданиях по окончании отделочных работ.
16.12 Сухотрубы, предусматриваемые для подачи воды от пожарной техники в противопожарный водопровод машинного зала, на кровлю машинного зала и реакторного отделения и запорная арматура на них должны быть смонтированы до начала работ по монтажу технологического оборудования и до устройства кровельного покрытия здания. Гидравлические испытания этих трубопроводов должны быть также завершены до начала монтажных работ, перечисленных выше.
16.13 Устройство систем забора воды пожарной техникой из каналов систем охлаждения необходимо выполнять в процессе устройства самих каналов и планировки и благоустройства территории площадки строительства в соответствии с принятыми проектными решениями.
16.14 Обустройство пирсов и площадок для размещения пожарной техники при заборе воды из каналов систем охлаждения, а также площадок размещения пожарной техники для подачи воды в сухотрубы машинного зала и реакторного отделения должно выполняться в соответствии с проектными решениями по генеральному плану при планировке и благоустройстве площадки строительства.
Опережающий ввод в работу установок обнаружения и тушения пожара – понимается ввод установок с ограниченными нормативными требованиями. Так, при опережающем вводе допускается использование установок пожаротушения в режиме дистанционного пуска. В этом случае электрическое питание элементов установок пожаротушения допускается выполнять по временной схеме. Временная схема допускает в этом случае электропитание от двух независимых источников (по I категории), а не от трех (электроприемники особой группы I категории)
Работа установки пожаротушения в дистанционном режиме – работа, при которой, автоматика обнаружения загорания установок пожаротушения работает штатно в автоматическом режиме, а пуск установок пожаротушения осуществляется дежурным оператором.
Стержни, спринклер, контейнмент: как устроена система безопасности АЭС
ГК «Росатом» Активная зона реактора ВВЭР Нововоронежской АЭС-2
Оставшаяся часть — это энергия, которую уносит из ядра ионизирующее излучение: гамма-излучение и свободные элементарные частицы. Среди этих частиц присутствуют 2−3 свободных нейтрона, которые инициируют следующие реакции деления. Чтобы цепная реакция не приобрела лавинообразный неуправляемый характер, достаточно лишь регулировать число свободных нейтронов в активной зоне.
Это делается с помощью специальных поглощающих стержней, как правило, заполненных карбидом бора, и борной кислоты, которая присутствует в контуре охлаждения реактора. Попадая в ядро атома бора, нейтрон «застревает» в нем и больше не участвует в ядерных реакциях. Уровень погружения поглощающих стержней в активную зону, а также концентрации борной кислоты в охлаждающем контуре автоматически регулируются системой управления и защиты (СУЗ) под пристальным контролем команды операторов, которые в зависимости от требуемой мощности реактора могут регулировать цепную реакцию с помощью электрического сигнала с пульта.
Если при чрезвычайной ситуации на станции пропадет электричество, то поглощающие стержни автоматически погрузятся в активную зону. Для этого их подвешивают над реактором и фиксируют электромагнитами. При обесточивании стержни под действием силы тяжести неизменно опустятся в зону, где делится урановое топливо. Воспроизводство нейтронов прекратится, цепная реакция замедлится и остановится.
ГК «Росатом» Монтаж купола контейнмента на Ростовской АЭС
Кроме внешнего контроля над числом нейтронов конструкция активной зоны ВВЭР — наиболее распространенного типа энергетических реакторов — предусматривает так называемое саморегулирование. Если количество нейтронов возрастает, число реакций деления увеличивается. Закономерно растет общая температура топлива и конструкционных материалов активной зоны. Вслед за ней увеличивается температура теплоносителя — воды, что ведет к изменению ее плотности. Вода с пониженной плотностью лучше поглощает нейтроны, и количество реакций деления уменьшается. Данный эффект, который называется отрицательной обратной связью, возникает благодаря комплексным изменениям нейтронно-физических характеристик активной зоны, просчитанных и подобранных на этапе разработки реактора.
Естественный фон: как защитить персонал станции и окружающую среду
Радиоактивные продукты деления и образующееся в его ходе ионизирующее излучение не покидают корпус реактора благодаря четырем барьерам безопасности. Барьеры напоминают фильтры на водоочистительной станции, которые поэтапно задерживают крупные, средние, а затем и вовсе неразличимые глазом примеси. «Фильтры» в реакторе по очереди останавливают продукты радиораспада — от самых медленных и тяжелых осколков деления до самых легких и быстрых частиц.
ГК «Росатом» Монтаж купола контейнмента на Ростовской АЭС
Первым барьером служит сама топливная таблетка — спрессованный в характерную форму твердый диоксид урана. Таблетки перед сборкой в тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ) спекаются при температуре 1650 °C, после чего они приобретают керамические свойства и задерживают некоторые нуклиды. Радионуклиды и частицы распада, которые проходят первый барьер, сталкиваются со вторым — оболочкой ТВЭЛ. Оболочку изготавливают из сплавов циркония ядерной чистоты, практически лишенного примесей, как правило, с небольшой добавкой ниобия. Чистота сплава обеспечивает повышенную коррозионную стойкость циркония. В нормальных режимах эксплуатации (без разгерметизации ТВЭЛ) все продукты деления остаются внутри ТВЭЛ.
Третий и четвертый барьеры призваны окончательно запечатать нуклиды и частицы внутри реактора и не дать им ни единого шанса вырваться наружу. Корпус реактора толщиной 20 см и первый контур с теплоносителем, доставляющим тепло из активной зоны к парогенератору, — это третий защитный барьер. Четвертым является так называемый контейнмент — внешняя герметичная оболочка активной зоны, выполненная из железобетона. Толщина стенки контейнмента — 1 м: это надежная защита от возможного выхода радиоактивных веществ (или материалов) в окружающую среду даже в случае серьезной аварии.
ГК «Росатом» Контейнмент Курской АЭС-2
Защита от внешних угроз
Контейнмент не просто толстый слой бетона, который защищает окружающую среду от радиации из чрева реактора. Внутри бетонной толщи натянуты металлические тросы, которые придают конструкции дополнительную монолитность и повышают ее устойчивость. Контейнмент спроектирован и построен таким образом, чтобы выдерживать внутреннее и внешнее воздействие огромной силы. Мощный купол гермооболочки настолько плотно прижат к корпусу, что реактору не страшны следующие возможные угрозы:
Что означают эти цифры? В быту давление 30 кПа кажется совсем не опасным. Такое давление на пол создает человек массой 65 кг, если стоит на одной босой ноге 40-го размера. Но ударная волна, создающая такое давление в воздухе, разрывает барабанные перепонки человека, выводит из строя самолеты и вертолеты, а в зданиях под действием воздушной волны такой силы разбиваются стекла, ломаются внутренние перегородки, изгибаются алюминиевые панели и начинают разрушаться стены. Толщина стен контейнмента выдержит такую нагрузку.
Ураганный ветер со скоростью выше 50 м/с не только собьет с ног стоящего человека и перевернет легковой автомобиль, если тот движется с большой скоростью. Такой ветер с корнем выворачивает деревья, разбивает окна, сносит крыши домов и создает на море волны высотой с 4−5-этажное здание, но не может разрушить гермооболочку реактора.
Строительство АЭС невозможно без тщательного исследования сейсмической обстановки в регионе расположения будущей станции. Ученые рассчитывают вероятность землетрясения максимум в 8 баллов, при этом выбирают участок, где сила возможного катаклизма наименьшая: на 1−2 балла ниже средней по региону. Вероятность крупного землетрясения не должна превышать показатель 1 раз в 10 тысяч лет. Для этого в расчет включают статистику региона и геологические условия площадки.
ГК «Росатом» Строительство Курской АЭС-2
На основании прогноза специалисты рассчитывают параметры строительных конструкций, трубопроводов и оборудования. При необходимости оборудование оснащается гидроамортизаторами. В настоящее время все российские АЭС находятся в зонах низкой сейсмоопасности. В европейской части нашей страны на Великорусской плите, где расположено большинство станций, землетрясения — редкость: если они случаются, то с небольшой интенсивностью. Мощные природные катаклизмы в местах, где расположены российские АЭС, попросту невозможны.
Как АЭС защищены от террористических угроз? Все действующие станции охраняются войсками национальной гвардии Российской Федерации — вооруженными и оснащенными спецтехникой профессионалами. Линия охраны каждой АЭС выстроена по всему периметру. Попасть внутрь зданий станции можно только через контрольные пункты, предъявив пропуск с фотографией, который есть в электронной базе сотрудников. Любой нарушитель пропускного режима будет немедленно задержан. Кроме того, на проходной досматривают сумки и пакеты, чтобы исключить пронос (провоз) на территорию АЭС запрещенных предметов (оружие, боеприпасы и пр.). На каждом КПП установлены приборы обнаружения металлических предметов и видеонаблюдение.
Как станции подготовлены к внутренним неполадкам
Контейнмент, кроме защиты окружающей среды от радиации и активной зоны реактора от внешних угроз, обеспечивает также герметичность внутреннего объема ядерного реактора. При проектировании оболочки инженеры рассчитали невозможную гипотетическую ситуацию, когда вся поданная в реактор вода испарится. В этом случае контейнмент выдержит колоссальное давление — до 5 килограммов на квадратный сантиметр.
ГК «Росатом» Установка купола гермооболочки (контейнмента) с установленной в нем спринклерной системой. Ленинградская АЭС-2
Давление пара снижается с помощью спринклерной системы (системы разбрызгивания), установленной внутри защитной оболочки под куполом. В случае аварии система активируется, и на активную зону разбрызгивается раствор борной кислоты и других веществ, под действием которых пар быстро конденсируется. За счет конденсации пара давление внутри контейнмента снижается до нормального за считаные секунды.
ГК «Росатом» Установка купола гермооболочки (контейнмента) с установленной в нем спринклерной системой. Ленинградская АЭС-2
На дне шахты реактора расположена так называемая ловушка расплава — последний рубеж обороны при аварийных ситуациях. Она включается в работу, если, несмотря на систему отвода тепла, температура в реакторе продолжает расти и доходит до 2500 °C — температуры плавления конструкций. Это может произойти только в самых тяжелых авариях, вероятность которых почти нулевая: шанс примерно такой же, как шанс падения на Землю крупного метеорита, который способен уничтожить все человечество.
Ловушка расплава — это 750-тонное устройство, предназначенное для локализации расплавленной активной зоны реактора в пределах гермооболочки. По сути, это холодный тигель — огнеупорная емкость: подобные емкости используют для нагрева и плавления веществ. Ловушка заполнена «жертвенным» материалом из оксидов железа и борной кислоты, который впитывает в себя расплавленную активную зону и позволяет мгновенно заглушить реакцию деления и остудить расплав до затвердевания. Это значит, что расплавленное топливо в ловушке останется в стабильном безопасном состоянии. Ловушка расплава — это уникальная российская разработка, благодаря которой наши станции считаются самыми безопасными в мире.
ГК «Росатом» Установки ловушки расплава на Курской АЭС-2
Сколько стоит система безопасности АЭС
Средства на обеспечение безопасности расходуются с этапа выбора площадки для строительства до вывода станции из эксплуатации. Огромное внимание этому вопросу уделяется в рамках культуры безопасности, которая действует на всех этапах жизненного цикла АЭС. Важно продумать и создать как активные системы безопасности, требующие участия человека и наличия источника электропитания, так и пассивные — те, что смогут работать без вмешательства человека даже в случае полного обесточивания станции. Соотношение этих систем позволяет максимально исключить человеческий фактор во внештатных ситуациях.