Fogalmak a biztonságról

Fenntartható fejlıdés és atomenergia 13. elıadás

Tartalom • Fogalmak a biztonságról • Atomerımő tervezés és üzemeltetés alapelvei

Atomerımővek biztonsága

• Reaktorbalesetek fajtái • TMI

Dr. Aszódi Attila

• Csernobil (következı elıadásban)

egyetemi docens Fenntartható fejlıdés és atomenergia

Dr. Aszódi Attila, BME NTI

#13 / 1

Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 2

Fogalmak a biztonságról

Biztonság

Az atomerımővek biztonsága

• Alapvetı szükséglet és szubjektív élmény lét és/vagy egzisztenciális helyzetekben: amikor a személyt nem fenyegeti semmifajta veszély, vagy ha igen, képes azt elkerülni... • (Mőszaki) Építmény, gép, szerkezet biztos szilárdsága, mőködésének zavartalansága, illetve az a jellege, hogy a környezetének, a közelében vagy benne tartózkodóknak az épségét nem fenyegeti. A biztonság mindig viszonylagos, azaz csak meghatározott környezeti feltételek között, a megengedettnél nem nagyobb igénybevételek esetén áll fönn.

• Normál üzemben: veszélytelen a környezetre. De: • Potenciálisan veszélyes: baleset esetén súlyos következményekhez vezethet. • Cél: balesetek elkerülése – Biztonságos atomerımő tervezése és építése – Biztonságos üzemeltetés

Magyar Nagylexikon, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1995 Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 3



#13 / 4

Biztonság az atomerımőveknél

Az atomerımő különlegessége

• Az erımőveket úgy kell megtervezni, a technikai berendezéseket és a biztonsági rendszereket úgy kell kialakítani, hogy még egy súlyos baleset bekövetkezésekor is biztosítva legyen az erımő környezetének biztonsága. • Ennek a kritériumnak a korszerő atomerımővek megfelelnek. • A biztonság folyamatos felülvizsgálata és a növelését szolgáló intézkedések kidolgozása alapvetı követelmény az üzemeltetık felé. • A felügyeletet gyakorló hatóság csak akkor engedélyezi egy reaktor elindítását, üzemét, vagy a reaktor különbözı berendezésein végrehajtandó mőveleteket, ha bizonyított, hogy a reaktor biztonsága biztosítva van. #13 / 5



Remanens hı a reaktor leállítása után

Tervezés és üzemeltetés alapelvei

10

10

8 100 7 6

80

5 60 4 3

40

2 20

9

Remanens hı teljesítménye [%]


• A nukleáris láncreakció hatékony szabályozása. • A radioaktív anyagok kikerülésének megakadályozása. • A termelt energia megfelelı elszállítása.

120

Remanens hı teljesítménye VVER-440 reaktorban [MW]

9

Biztonsági funkciók

#13 / 6

120

8 100 7 6

80

5 60 4 3

40

2 20 1

1 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

0 0

10

2

4

6

8

10

12

Leállítás óta eltelt idı [óra]

Leállítás óta eltelt idı [perc] 2

25


1.8 1.6

20 1.4 1.2 15 1 0.8 10 0.6 0.4

5

0.2 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Leállítás óta eltelt idı [nap]



#13 / 7



#13 / 8





• Nagy mennyiségő radioaktív anyag. • A sugárzástól a dolgozókat és a környezetet normál üzemben is védeni kell. • Baleset esetén a radioaktív anyag környezetbe jutását meg kell akadályozni. • Ha mégis kijutna radioaktivitás, kész tervekkel kell rendelkezni a problémák kezelésére.



A 108/1997. (VI. 25.) Korm. rendelet szerinti NBSZ 3. kötetének 3.8. fejezete (Általános tervezési szempontok) 3.088. pontja szerint: „3.088. A lehetséges jelentıs hibák és meghibásodások ellen az atomerımővet mélységi védelemmel kell megtervezni úgy, hogy a) radioaktív anyagok környezeti kibocsátása ellen a fizikai gátakat többszörözni kell, b) a védelmek különbözı szintjeit kell biztosítani.” A 3.088. pontban kulcsfogalomként szerepel a „mélységi védelem” elve. A mélységi védelem fogalmának meghatározását a 108/1997. (VI. 25.) Korm. rendelet szerinti NBSZ 3. kötet „Meghatározások” címő fejezete adja meg: „Mélységi védelem Egy adott biztonsági célkitőzés megvalósítása érdekében alkalmazott mőszaki megoldások és intézkedések egymásra épülı olyan összessége, amelyek bármelyikének hatástalan volta mellett is teljesül a biztonsági célkitőzés.” Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 9

Biztonság – egy ellenpélda

Mérnöki gátak – üzemanyag-mátrix – főtıelem-burkolat – reaktortartály és egyéb primerköri berendezések fala – biztonsági védıköpeny (containment)

1.gát: Pasztilla


2.gát: üzemanyag pálca

3.gát: reaktortartály

4.gát: védıépület


#13 / 10

Az atomerımővek biztonsága Mérnöki gátak - VVER-440

Index.hu, 2008. 09. 10., 09:15 „Mintegy 100 méter hosszan borította be 25 tonna festék az M7-est Balatonboglárnál, miután egy kamion átszakította a szalagkorlátot, és rakománya az úttestre ömlött.”



#13 / 11

– üzemanyag-mátrix – főtıelem-burkolat – reaktortartály és egyéb primerköri berendezések fala – biztonsági védıköpeny (hermetikus tér és lokalizációs torony)



#13 / 12


Az atomerımővek biztonsága MÉLYSÉGI VÉDELEM • A mélységi védelem öt szintje:

MÉLYSÉGI VÉDELEM • Hármas követelmény: – baleset megelızése – monitorozás (balesetre utaló jelek figyelése) – baleset következményeinek enyhítése

• A mélységi védelem elve: – Az összes biztonsági rendszert magába foglalja – A mérnöki gátakat a hármas követelmény megfelelı szintjéhez kapcsolja – Nagyobb hangsúlyt fektet a megelızésre a baleset bekövetkeztét próbálja megakadályozni. Fenntartható fejlıdés és atomenergia


Cél: gátolni mindegyik szintnél a következı szint elérését #13 / 13

Biztonságos atomerımő • Belsı (inherens) biztonság feltételei teljesüljenek

#13 / 14

• Normál üzemi állapot a legvalószínőbb, leggyakoribb állapot

• Üzemi tranziensek

– Reaktivitás-tényezık, negatív visszacsatolás

nagy valószínőséggel bekövetkezı tranziensek, hatásuk kicsi, reális esély van az élettartam alatti többszöri bekövetkezésükre

• Külsı biztonsági rendszerek – Passzív biztonsági berendezések – Aktív biztonsági berendezések (pl. biztonsági rudak, üzemzavari hőtırendszer: ZÜHR stb.)

• Tervezési üzemzavarok (Design Basis Accidents) kis valószínőségi üzemzavarok, a tervezés alapjául szolgálnak

• Tervezési alapon túli (súlyos) üzemzavarok (Beyond Design Basis Accidents - Severe Accidents)

• Emberi tényezı szerepe Dr. Aszódi Attila, BME NTI


Az atomerımő lehetséges állapotai és tranziens folyamatai




extrém kis valószínőségi üzemzavarok, ezért a legtöbb mai blokk tervezésénél nem tartoztak a tervezési alapba #13 / 15



#13 / 16

NBSZ 1. kötet meghatározásai


(a 108/1997. (VI.25.) Kormány rendelet 1. számú melléklete)


• Normál üzem: A nukleáris létesítménynek a Hatóság által jóváhagyott üzemeltetési feltételek és korlátok betartása melletti üzemeltetése, beleértve a terhelésváltoztatást, leállást, indítást, főtıelem cserét, karbantartást, próbákat, stb.



#13 / 17

• Tervezési üzemzavar: Nukleáris létesítmény rendszereinek, rendszerelemeinek meghibásodása, kedvezıtlen külsı hatások és/vagy helytelen/téves emberi beavatkozások eredményeként ritkán bekövetkezı esemény, amelyek során a biztonsági funkciók a tervezettnek megfelelıen mőködnek és az esemény nem vezet az üzemeltetı személyzetnek és a lakosságnak a hatóságilag elıírt értéknél magasabb sugárterheléséhez.



#13 / 18





• Súlyos baleset: A tervezési alapot meghaladó, olyan igen kis valószínőségő, hipotetikus esemény, amely a radioaktív kibocsátás szempontjából a legsúlyosabb következményekkel járhat.



#13 / 19

• Biztonsági elemzés: Vizsgálatok annak eldöntése céljából, hogy egy nukleáris létesítmény rendszereinek, rendszerelemeinek biztonsága megfelelı szintő vagy sem.

• Biztonsági jelentés: A nukleáris létesítmény létesítéséhez, üzembe helyezéséhez, üzemeltetéséhez és megszüntetéséhez kapcsolódó engedélyezéshez szükséges, a biztonsággal összefüggı információkat összefoglaló és értékelı dokumentum. Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 20

Biztonsági elemzések

Biztonsági elemzések (2) •

Biztonsági elemzések (1) •

Determinisztikus biztonsági analízisek – analizált kezdeti eseménysorok osztályozása – mérnöki megfontolások – számítógépi kódok, a tranziens szempontjából fontos berendezések és fizikai folyamatok leírása – kódok validáltsága szükséges – konzervativizmusok „hagyományos” alkalmazása – újabban „best estimated” kódok + a bizonytalanságok becslése



#13 / 21

Determinisztikus biztonsági analízisek • Alapul vett kezdeti események



#13 / 22

Determinisztikus biztonsági analízisek – belsı események:

• földrengés • meteorológiai hatások (tornádó, hurrikán, tőz, extrém magas vagy alacsony hımérséklet, extrém hóesés) • áradás

– külsı, ember általi hatások • repülıgép rázuhanás, tőz, robbanás, • terrortámadás, szabotázs • veszélyes anyagok kibocsátása (pl. szomszédos ipari üzembıl) Dr. Aszódi Attila, BME NTI

– minden kezdeti eseménysort hibafa analízissel vizsgálunk, figyelembe véve a berendezések megbízhatóságát és az emberi tényezıt; – cél: megbecsülni, hogy melyik kezdeti eseménysor milyen valószínőséggel vezet egy bizonyos végállapothoz (tipikusan zónaolvadáshoz); – determinisztikus elemzéseket alkalmazunk bizonyos hiba kombinációk eredményeinek meghatározására.

• Alapul vett kezdeti események

– kívülrıl indukált események:


Valószínőségi alapú biztonsági analízisek (PSA)

#13 / 23

• • • •

hıelvonás intenzitásának csökkenése vagy fokozódása hőtıközeg-áram csökkenése vagy növekedése reaktor hőtıkör nyomásának csökkenése vagy növekedése hőtıközeg mennyiségének csökkenése vagy növekedése, ide értve a primer kört határoló fémszerkezet sérülését • reaktivitás vagy teljesítmény-eloszlás anomáliái, amelyek a zóna teljesítményüzemét befolyásolják • tőz, robbanás, elárasztás, emberi hibák az üzemeltetés vagy a karbantartás során • külsı események belsı hatással (hálózatról való leszakadás)



#13 / 24

Reaktorbalesetek fı fajtái

Reaktorbalesetek – 1. megszaladás SPERT kísérletek, USA, 1950-es évek

•

Reaktor megszaladás: a nukleáris láncreakció ellenırizhetetlenné válik;

•

Hőtıközeg elvesztése: a reaktor hőtés nélkül marad, aminek következtében a reaktor üzemanyaga megolvadhat.



#13 / 25

Reaktorbalesetek - 2. hőtıközegvesztés



#13 / 26

Reaktorbalesetek - 2. hőtıközegvesztés 11

1. Reaktor

Nitrogén 5

2. Gızfejlesztı

8 6

6

Víz

Víz

Víz

Víz

3. Fı keringetı szivattyú 4. Feltételezett csıtörés

2

10

2

5. Hidroakkumulátor 9 7

7

6. Kisnyomású ZÜHR 7. Kisnyomású ZÜHR szivattyú 8. Nagynyomású ZÜHR

törés 4 3

Fázisok: LB LOCA - Legnagyobb átmérıjő primer köri csı törése Neutronfizikailag a reaktor azonnal leáll! Fenntartható fejlıdés és atomenergia


3

10. Térfogatkompenzátor

1

11. Hermetikus védıépület

1. blowdown - kifújás 2. refill - újratöltés

9. Nagynyomású ZÜHR szivattyú

Zóna üzemzavari hőtıvíz rendszer (ZÜHR)

3. reflood - elárasztás #13 / 27



#13 / 28

Tervezési üzemzavarok - DBA

A zónaolvadás valószínősége

• Ritkán elıforduló események, de a biztonsági rendszereket és berendezéseket úgy kell kialakítani, hogy azok képesek legyenek a tervezési üzemzavarokat úgy lekezelni, hogy a lakosságot ne érhesse a hatósági határokat meghaladó sugárterhelés. • Alapjában véve nem számolunk azzal, hogy ilyen esemény ténylegesen fel is lép az élettartam során, de a berendezések készek az ilyen tranziensek lekezelésére.

Nyugati könnyővizes blokkok: néhányszor 10-5 /reaktorév

Paks (VVER440/213): néhányszor 10-5 /reaktorév

További részletek a termohidraulika órán…

Újgenerációs típusok: 10-6 - 10-7 /reaktorév

(csütörtök délelıtt) Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 29



#13 / 30

Az újgenerációs atomerımővek passzív biztonsága

A zónaolvadáson túl A zónaolvadás nem feltétlenül jelent komoly kibocsátást. Az újgenerációs típusok biztonsági rendszerei teljes zónaolvadásra is méretezve vannak. Framatome EPR: olvadékcsapda a reaktortartály alatt

Az SWR-1000 passzív biztonsági rendszerei Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 31



#13 / 32

Emberi tényezı - biztonsági kultúra • Biztonsági kultúra: üzemeltetı személyzet megfelelıen viszonyuljon a biztonsághoz, mind a vezetık, mind pedig a beosztott dolgozók elkötelezettek legyenek a biztonság mindenek elé helyezésében. • Definíció: A biztonsági kultúra azon szervezeti- és egyéni jellemzık, valamint magatartásformák összessége, amelyek a nukleáris biztonságot, mint minden egyéb elıtt elsıbbséget élvezı tényezıt, a fontosságának megfelelı hangsúllyal kezelik. Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 33

Biztonsági kultúra - kérdezı viselkedés • • • • • • • • • • •

Biztonsági kultúra • A dolgozók ismerjék fel a biztonság jelentıségét. • Szakképzettség a végzett munkának megfelelı legyen. Megfelelı oktatás, az ismeretek idıszakos frissítése. • A létesítmény vezetésének és minden egység (pl. osztály) vezetıjének a biztonság iránti elkötelezettséget kell mutatnia, amit a beosztottak példaként tekinthetnek maguk elıtt. • Az alkalmazottakat motiválni kell a biztonsági elıírások betartására (pontosan lefektetett célok, az egyének következetes díjazása és büntetése.) • Az alkalmazottak munkájának ellenırzése, a felmerülı kérdések megválaszolása. Sıt, a vezetés ösztönözze a dolgozókat a kérdések megfogalmazására (kérdezı viselkedés). • A felelısségek pontos meghatározása. • A biztonsági kultúra maga is társadalmi kultúra, társadalmi berendezkedés és tradíciófüggı! Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 34

INES - nemzetközi eseményskála

Értem, hogy mi a feladatom? Milyen felelısségeim vannak? A munkámnak milyen biztonsági vonatkozásai vannak? Megfelel a tudásom az elvégzendı feladatnak? A többieknek milyen felelısségei vannak? Van valamilyen speciális körülmény a munkámban? Van szükségem biztosításra? Mi az, ami elromolhat? Milyen következményekkel járhatnak a hibák? Mit kell tennem, hogy a hibákat megelızzem? Mit kell tennem, ha valamilyen hibát észlelek?



#13 / 35



#13 / 36



Paks, 2003. április 10.



#13 / 37



#13 / 38

A TMI-2 balesete

Three Mile Island 2. blokk Harrisburg, Pennsylvania USA 1979. március 28. (12 nappal a Kína Szindróma bemutatása után!) Részleges zónaolvadás egy nyomottvizes atomerımővi blokkban. Országos pánik, hisztéria. Elhanyagolható egészségügyi következmények (kivéve a közlekedési baleseteket). Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 39



#13 / 40

A TMI-2 balesete

A TMI-2 balesetének lefolyása

http://www.pbs.org/wgbh/amex/three/sfeature/tmiwhat.html

PWR atomerımő, 907 MW nettó elektromos teljesítménnyel. Egy blokkhoz egy reaktor, két álló gızfejlesztı, négy fı keringetı szivattyú (FKSZ), három üzemzavari tápszivattyú és egy turbina tartozik. A telephelyen két blokk található. A baleset 1979. március 28.-án történt a 2. sz. blokkban. Kiindulási állapot: 97 %-os teljesítményszint. t=0 s: Egy szelep bezárt a tápvízrendszerben, alacsony szívóoldali nyomás miatt leálltak a gızfejlesztık tápvízszivattyúi, emiatt leáll a turbina is. t=0-3 s: Beindulnak az üzemzavari tápvízszivattyúk, de nem szállítanak vizet, mivel nyomóoldali szelepeik zárva vannak. t=3-6 s: A növekvı primer köri nyomás miatt nyit a térfogatkompenzátor nyomásszabályozó szelepe (NYSZ). t=8 s: Magas primer köri nyomás miatt leáll a reaktor. t=13 s: A primer köri nyomás csökkenése miatt az NYSZ mőködtetı feszültsége megszőnik, a nyitott állapotát jelzı lámpa kialszik, de a szelep nem zár be. A hőtıközeg-vesztést az operátorok több, mint két órával késıbb ismerik fel.



#13 / 41

t=41 s: A TK szintcsökkenés miatt az operátor bekapcsolja az 1A nagynyomású befecskendezı szivattyút. A vízszint gyorsan nı. t=60 s: A gızfejlesztık kezdenek kiszáradni. t=2 min 2 s: Alacsony primer köri nyomás miatt automatikusan indul az 1B és 1C nagynyomású befecskendezı szivattyú, 1B-t az operátorok leállítják. t=4 min 38 s: A növekvı TK szint miatt az operátorok kikapcsolják az 1C szivattyút, az 1A forgalmát a névleges érték 10%-ára redukálják. t=6 min: Primer köri nyomás 93 bar, melegági hımérséklet 307 °C, a víz a primer körben forr. t=7 min 29 s: A konténmentbıl az elfolyt primer köri vizet a zsompszivattyú a segédépület hulladékvíz-tartályába kezdi szállítani. t=8 min: Felfedezik a zárva felejtett tápvízrendszeri szelepeket. Nyitják azokat, a szekunder kör tápvízellátása helyreáll, a szekunder kör ismét hőti a primer kört. t=11 min: A TK vízszintje visszatér a méréshatárba. t=14 min 48 s:A TK buborékoltató tartály hasadótárcsája felreped, a konténment légterébe gız áramlik. t=22 min: Az FKSZ-ek rezgései felerısödnek, ami a primer kör növekvı gıztartalmára utal. Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 43



#13 / 42

t=1 h 14 min: A „B” hőtıkör FKSZ-eit az operátorok leállítják, a „B” gızfejlesztıt szekunder oldalon leválasztják. t=1 h 41 min: Az „A” hőtıkör FKSZ-eit az operátorok leállítják. A melegág hımérséklete gyorsan nı, a hidegágé csökken, a primer körben az áramlás leáll. t=2 h 18 min: Az operátorok zárják a TK szakaszoló szelepét. A primer köri nyomás emelkedni kezd. t=2 h 35 min: A „B” gızfejlesztı tápvízellátását 50%-ban helyreállítják. t=2 h 54 min: Az egyik FKSZ-t 15 percre bekapcsolják, a nyomás meredeken emelkedik 145 bar-ig (gızképzıdés és cirkónium-víz reakció). t=3 h 12 min: A TK szakaszoló nyitásával a nyomást 69 bar-ig csökkentik. t=3 h 20 min: Az operátorok bekapcsolnak két nagynyomású befecskendezı szivattyút. Az operátorok le akarják csökkenteni a primer kör nyomását a maradékhı-elvonó rendszer üzembe helyezéséhez, de nem sikerül („hidrogénpárna”). t=9 h 50 min: A konténment légterében a hidrogén felrobban. t=15 h 50 min: Beindítják az 1A FKSZ-t. t=16 h: A zóna hőtése kielégítı. Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 44

TMI-2 reaktortartály a baleset után

TMI-2 reaktortartály a baleset után

http://americanhistory.si.edu/tmi/index.htm

http://americanhistory.si.edu/tmi/index.htm Fenntartható fejlıdés és atomenergia


#13 / 45


TMI-2 – az okok feltárása


#13 / 46

TMI-2 – jelenleg

A Kemény-jelentés

• • • •

A sérült üzemanyagot eltávolították A reaktortartályt kitisztították 1990-re kis mennyiségő szennyezés a gızrendszerben Az eltávolított sérült üzemanyagot az Idaho National Laboratory átmeneti tárolójában helyezték el • Jelenleg állagmegırzés

Kemény János György (1926-1992), matematikus, számítástechnikus -BASIC

• A blokk leszerelése az 1. blokk leszerelésével együtt fog megtörténni (TMI-1 leállítás várhatóan 2014-ben)



#13 / 47



#13 / 48

Fıbb ellenırzı kérdések 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Fıbb ellenırzı kérdések 15. 16. 17.

A biztonság fogalma Biztonság erımőveknél, az atomerımő különlegessége Mi a remanens hı? hogyan alakul a reaktor leállítása után? A mérnöki gátak, szerepük Mérnöki gátak a VVER-440 típusnál A mélységi védelem hármas követelménye, elve A mélységi védelem öt szintje Egy atomerımő lehetséges üzemállapotai és tranziens folyamatai Mi a normál üzem? Mi a tervezési üzemzavar? Mi a súlyos baleset? Ismertesse a biztonsági elemzés és a biztonsági jelentés fogalmát! A reaktor megszaladás A hőtıközegvesztéses baleset



18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.

#13 / 49

Ismertesse a determinisztikus biztonsági elemzés fogalmát! Ismertesse a valószínőségi alapú biztonsági elemzés fogalmát! Milyen belsı kezdeti eseményeket vesznek alapul determinisztikus elemzéshez? Milyen külsı/kívülrıl indukált kezdeti eseményeket vesznek alapul determinisztikus elemzéshez? Tervezési üzemzavarok A zónaolvadás és annak lehetséges kezelése A biztonsági kultúra fogalma, a dolgozók feladatai A Nemzetközi Nukleáris Eseményskála (INES), példák A TMI balesethez vezetı fıbb hibák A TMI-2 balesetének mőszaki és környezeti következményei



#13 / 50

Fogalmak a biztonságról

Recommend Documents