Fogalmak a biztonságról

Fenntartható fejlődés és atomenergia 10. előadás

Tartalom • Fogalmak a biztonságról • Atomerőmű tervezés és üzemeltetés alapelvei

Atomerőművek biztonsága

• Reaktorbalesetek osztályozása • Fukushima

Prof. Dr. Aszódi Attila, Yamaji Bogdán

• Csernobil (következő előadásban) Fenntartható fejlődés és atomenergia

Prof. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

1

Fenntartható fejlődés és atomenergia


2

Fogalmak a biztonságról

Biztonság

Az atomerőművek biztonsága

• Alapvető szükséglet és szubjektív élmény lét és/vagy egzisztenciális helyzetekben: amikor a személyt nem fenyegeti semmifajta veszély, vagy ha igen, képes azt elkerülni... • (Műszaki) Építmény, gép, szerkezet biztos szilárdsága, működésének 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 atomerőmű tervezése és építése – Biztonságos üzemeltetés

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


3



4

Biztonság az atomerőműveknél

Az atomerőmű különlegessége

• Az erőműveket úgy kell megtervezni, a technikai berendezéseket és a biztonsági rendszereket úgy kell kialakítani, hogy még egy súlyos baleset bekövetkezésekor is biztosítva legyen az erőmű környezetének biztonsága. • Ennek a kritériumnak a korszerű atomerőművek megfelelnek. • A biztonság folyamatos felülvizsgálata és a növelését szolgáló intézkedések kidolgozása alapvető követelmény az üzemeltetők felé. • A felügyeletet gyakorló hatóság csak akkor engedélyezi egy reaktor elindítását, üzemét, vagy a reaktor különböző berendezésein végrehajtandó műveleteket, ha bizonyított, hogy a reaktor biztonsága biztosítva van. Fenntartható fejlődés és atomenergia


5

• Nagy mennyiségű 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 remanens hő (maradék hő) okozta többlet feladatok. Fenntartható fejlődés és atomenergia

6

80

5 60 4 3

40

2 20

Remanens hő teljesítménye [%]

100 7

9

Remanens hő ő teljesítménye VVER-440 reaktorban [MW]

120

8

120

8 100 7 6

80

5 60 4 3

40

2 20

1

Remanens hő ő teljesítménye VVER-440 reaktorban [MW]

10

9

1. Láncreakció hatékony szabályozása és lezárása

2. Hűtés normál üzemben és üzemzavarok alatt

3. Radioaktív anyagok benntartása

1

0

0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0

10

2

4

6

8

10

12

Leállítás óta eltelt idő [óra]

Leállítás óta eltelt idő [perc] 2

1.6 20 1.4 1.2 15 1 0.8 10 0.6 0.4

5

Remanens hő teljesítménye VVER-440 reaktorban [MW]

25

1.8



6

Biztonsági funkciók

Remanens hő a reaktor leállítása után 10


0.2 0

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Leállítás óta eltelt idő [nap]



7



8

Biztonsági funkciók 1. Láncreakció hatékony szabályozása és lezárása

Viszonylag egyszerűen megvalósítható

Biztonsági funkciók 2. Hűtés normál üzemben és üzemzavarok alatt

Tianwan NPP, Kína, VVER-1000

Normál üzemi hűtés az energiatermelési folyamat révén Üzemzavarokra szükséges: • végső hőnyelő, amibe a leállított reaktorban keletkező remanens hő elvezethető • normál üzemi hűtésen túl biztonsági hűtővíz szükséges • aktív üzemzavari rendszerek áramellátása biztosítandó (minden tervezési üzemzavar alatt is) 11 Nitrogén 5

8 6

6 Víz

Víz

Víz

2

10

Víz

2

9 7

7

törés 4 3

3 1



9

Biztonsági funkciók 3. Radioaktív anyagok benntartása

1.gát: Pasztilla

2.gát: üzemanyag pálca

3.gát: reaktortartály



10

Az atomerőművek biztonsága 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 jelentős hibák és meghibásodások ellen az atomerőművet mélységi védelemmel kell megtervezni úgy, hogy a) radioaktív anyagok környezeti kibocsátása ellen a fizikai gátakat többszörözni kell, b) a védelmek különböző szintjeit kell biztosítani.”

Megtöbbszörözött mérnöki gátak rendszere Üzemzavarokra szükséges továbbá: • üzemanyag hűtendő, hogy integritása fennmaradjon • hermetikus épület integritása biztosítandó hőelvezetés a hermetikus épületből hidrogénkeletkezés megakadályozása ha mégis keletkezne hidrogén, a hidrogénrobbanás megakadályozása

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” című fejezete adja meg: „Mélységi védelem Egy adott biztonsági célkitűzés megvalósítása érdekében alkalmazott műszaki megoldások és intézkedések egymásra épülő olyan összessége, amelyek bármelyikének hatástalan volta mellett is teljesül a biztonsági célkitűzés.”

4.gát: védőépület



11



12

Biztonság – egy ellenpélda

Az atomerőművek biztonsága Mérnöki gátak – üzemanyag-mátrix – fűtőelem-burkolat – reaktortartály és egyéb primerköri berendezések fala – biztonsági védőköpeny (containment)

1.gát: Pasztilla


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.”

2.gát: üzemanyag pálca

3.gát: reaktortartály

4.gát: védőépület


13



14

15



16

Az atomerőművek biztonsága MÉLYSÉGI VÉDELEM • Hármas követelmény: – baleset megelőzése – monitorozás (balesetre utaló jelek figyelése) – baleset következményeinek enyhítése

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


Másik ellenpélda, 2010.10.04., Kolontár, Vörösiszap



Forrás: Index.hu

17





Forrás: Index.hu

18

Tervezés • Statikus üzemállapotok • Tranziensek, tervezési üzemzavarok



Forrás: Index.hu, urvilag.hu

19



20

Atomerőművi események és állapotok besorolása

Az atomerőmű lehetséges állapotai és tranziens folyamatai • Normál üzemi állapot a legvalószínűbb, leggyakoribb állapot

• Üzemi tranziensek nagy valószínűséggel bekövetkező tranziensek, hatásuk kicsi, reális esély van az élettartam alatti többszöri bekövetkezésükre

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

• Tervezési alapon túli (súlyos) üzemzavarok (Beyond Design Basis Accidents - Severe Accidents) extrém kis valószínűségi üzemzavarok, ezért a legtöbb mai blokk tervezésénél nem tartoztak a tervezési alapba Fenntartható fejlődés és atomenergia


21



22

Atomerőművi események és állapotok besorolása

Tervezési alapba tartozó események

Tervezési alapon túli események



23



24

Nukleáris Biztonsági Szabályzatok meghatározásai


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



• Tervezési alap: A nukleáris létesítmény azon jellemzői, amelyek megléte szükséges a várható üzemi események és feltételezett üzemzavarok ellenőrzött módon történő kezeléséhez a meghatározott sugárvédelmi követelmények kielégítése mellett. A tervezési alap magába foglalja a várható üzemi állapotokat és a feltételezett kezdeti események által előidézett üzemzavari körülményeket, a fontosabb feltételezéseket, és bizonyos esetekben a speciális elemzési módszereket. A tervezési alap részét képezik azok a várható üzemi események, amelyek valamely biztonságvédelemi működés elmaradásának feltételezéséből származtathatók. 25

Nukleáris Biztonsági Szabályzatok meghatározásai Nukleáris létesítmény rendszereinek, rendszerelemeinek meghibásodása, kedvezőtlen külső hatások és/vagy helytelen/téves emberi beavatkozások eredményeként ritkán bekövetkező esemény, amelyek során a biztonsági funkciók a tervezettnek megfelelően működnek és az esemény nem vezet az üzemeltető személyzetnek és a lakosságnak a hatóságilag előírt értéknél magasabb sugárterheléséhez.



26


• Tervezési üzemzavar:



27

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



28


Reaktorbalesetek fajtái

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

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


29

Reaktorbalesetek – 1. megszaladás (RIA)

•

Reaktor megszaladás: a nukleáris láncreakció ellenőrizhetetlenné válik;

•

Hűtőközeg elvesztése: a reaktor hűtés nélkül marad, aminek következtében a reaktor üzemanyaga megolvadhat.



30

Reaktorbalesetek - 2. hűtőközegvesztés

SPERT kísérletek, USA, 1950-es évek

Fázisok: LB LOCA - Legnagyobb átmérőjű primer köri cső törése Neutronfizikailag a reaktor azonnal leáll! Fenntartható fejlődés és atomenergia


31



1. blowdown - kifújás 2. refill - újratöltés 3. reflood - elárasztás 32

Reaktorbalesetek - 2. hűtőközegvesztés 11

Biztonsági elemzések Biztonsági elemzések (1)

1. Reaktor

Nitrogén 5

2. Gőzfejlesztő

8 6

6

Víz

Víz

Víz

Víz

•

3. Fő keringető szivattyú 4. Feltételezett csőtörés

2

10

2

5. Hidroakkumulátor 9 7

7

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

törés 4 3

3

9. Nagynyomású ZÜHR szivattyú 10. Térfogatkompenzátor

1

11. Hermetikus védőépület

Zóna üzemzavari hűtővíz rendszer (ZÜHR) Fenntartható fejlődés és atomenergia


33

Biztonsági elemzések (2) •

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 estimate” kódok + a bizonytalanságok becslése



Determinisztikus biztonsági analízisek

Valószínűségi alapú biztonsági analízisek (PSA)

• Alapul vett kezdeti események

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

– kívülről indukált események:



34

35

• földrengés • meteorológiai hatások (tornádó, hurrikán, tűz, extrém magas vagy alacsony hőmérséklet, extrém hóesés) • áradás

– külső, ember általi hatások • repülőgép rázuhanás, tűz, robbanás, • terrortámadás, szabotázs • veszélyes anyagok kibocsátása (pl. szomszédos ipari üzemből) Fenntartható fejlődés és atomenergia


36

Determinisztikus biztonsági analízisek • Alapul vett kezdeti események – belső események: • • • •

hőelvonás intenzitásának csökkenése vagy fokozódása hűtőközeg-áram csökkenése vagy növekedése reaktor hűtőkör nyomásának csökkenése vagy növekedése hűtőközeg mennyiségének csökkenése vagy növekedése, ide értve a primer kört határoló fémszerkezet sérülését • reaktivitás vagy teljesítmény-eloszlás anomáliái, amelyek a zóna teljesítményüzemét befolyásolják • tűz, robbanás, elárasztás, emberi hibák az üzemeltetés vagy a karbantartás során • külső események belső hatással (hálózatról való leszakadás)



37

Tervezési üzemzavarok - DBA • Ritkán előforduló 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.

További részletek a termohidraulika órán… (őszi félév, csütörtök délelőttönként) Fenntartható fejlődés és atomenergia


38

A zónaolvadáson túl

A zónaolvadás valószínűsége

A zónaolvadás nem feltétlenül jelent komoly kibocsátást.

Nyugati könnyűvizes blokkok: néhányszor 10-5 /reaktorév

Az újgenerációs típusok biztonsági rendszerei teljes zónaolvadásra is méretezve vannak. Framatome EPR: olvadékcsapda a reaktortartály alatt

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

Újgenerációs típusok: 10-6 10-7 /reaktorév Fenntartható fejlődés és atomenergia


39



40

Emberi tényező - biztonsági kultúra • Biztonsági kultúra: üzemeltető személyzet megfelelően viszonyuljon a biztonsághoz, mind a vezetők, mind pedig a beosztott dolgozók elkötelezettek legyenek a biztonság mindenek elé helyezésében. • Definíció: A biztonsági kultúra azon szervezeti- és egyéni jellemzők, valamint magatartásformák összessége, amelyek a nukleáris biztonságot, mint minden egyéb előtt elsőbbséget élvező tényezőt, a fontosságának megfelelő hangsúllyal kezelik. Fenntartható fejlődés és atomenergia


41

Biztonsági kultúra - kérdező viselkedés • • • • • • • • • • •

Biztonsági kultúra • A dolgozók ismerjék fel a biztonság jelentőségét. • Szakképzettség a végzett munkának megfelelő legyen. Megfelelő oktatás, az ismeretek időszakos frissítése. • A létesítmény vezetésének és minden egység (pl. osztály) vezetőjének a biztonság iránti elkötelezettséget kell mutatnia, mutatnia amit a beosztottak példaként tekinthetnek maguk előtt. • Az alkalmazottakat motiválni kell a biztonsági előírások betartására (pontosan lefektetett célok, az egyének következetes díjazása és büntetése.) • Az alkalmazottak munkájának ellenőrzése, a felmerülő kérdések megválaszolása. Sőt, a vezetés ösztönözze a dolgozókat a kérdések megfogalmazására (kérdező viselkedés). • A felelősségek pontos meghatározása. • A biztonsági kultúra maga is társadalmi kultúra, társadalmi berendezkedés és tradíciófüggő! Fenntartható fejlődés és atomenergia


42

INES - nemzetközi eseményskála

Értem, hogy mi a feladatom? Milyen felelősségeim vannak? A munkámnak milyen biztonsági vonatkozásai vannak? Megfelel a tudásom az elvégzendő feladatnak? A többieknek milyen felelősségei 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 megelőzzem? Mit kell tennem, ha valamilyen hibát észlelek?



43



44

INES - nemzetközi eseményskála

INES - nemzetközi eseményskála Fukushima, 2011

Paks, 2003. április 10.



45



46

Földrengés magnitúdó • Magnitúdó - a rengés során felszabaduló energia mennyiségével áll összefüggésben. • Richter definíciója: A magnitúdó a regisztrált amplitúdó mikronban (ezredmilliméter) mért értékének tízes alapú logaritmusa, ha a regisztrátumot 100 km távolságban standard Wood-Anderson-féle szeizmográffal készítjük. • A pusztítás nem csak a magnitúdó, hanem a földrengés helyének, lakott területtől való távolságának is függvénye.

A fukushimai atomerőmű balesete 2011. március 11.



47



Forrás: www.seismology.hu

48

Földrengés

A legnagyobb magnitúdójú mért földrengések és cunamik

9-es földrengés március 11. 14:46-kor Honshutól keletre

1 Forrás: emsc-csem.org

2

3

4

Max 2.7g recorded at station MYGO4.

A 2011 márciusi japán esemény a negyedik legnagyobb a mért földrengések és cunamik között! Fenntartható fejlődés és atomenergia


Forrás: http://www.japanquakemap.com/

49

A földrengés és a cunami pusztítása

Iwaki, Fukushima prefektúra

Iwaki, Fukushima prefektúra

Higashi-Matsushima, Miyagi prefektúra

The Atlantic (theatlantic.com) / Reuters/Kyodo/Kim Kyung-Hoon/Toru Hanai/Files

Áldozatok: 15 856 Eltűntek: 3070 Sérültek: 6027 Elpusztított/sérült épületek: >200 000 Sérült utak: 3918 Sérült hidak: 78 (2012. április 12. - japán rendőrség - http://www.npa.go.jp/archive/keibi/biki/index_e.htm) Prof. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

50

Rikuzentakata, Iwate prefektúra

Kesennuma, Miyagi prefektúra

Higashi-Matsushima, Miyagi prefektúra

The Atlantic (theatlantic.com) / Reuters/Kyodo/Kim Kyung-Hoon/Toru Hanai/Files



A földrengés és a cunami pusztítása

Rikuzentakata, Iwate prefektúra

Kesennuma, Miyagi prefektúra


Áldozatok: 15 856 Eltűntek: 3070 Sérültek: 6027 Elpusztított/sérült épületek: >200 000 Sérült utak: 3918 Sérült hidak: 78 (2012. április 12. - japán rendőrség - http://www.npa.go.jp/archive/keibi/biki/index_e.htm) 51



52

A földrengés által érintett Fukushima I. atomerőmű

A földrengés által érintett atomerőművek • Onagawa

• Fukushima Daiichi • 6 blokkos, forralóvizes

– 3 BWR blokk (524 MW, 825 MW, 825 MW) – Automatikusan leállt a földrengés után – Tűz a turbinacsarnokban

• Fukushima Daini – 4 BWR5 blokk (4*1100 MW) – Automatikusan leállt a földrengés után – Nukleáris veszélyhelyzet az 1., 2., 4. blokkokon a „nyomáscsökkentő medence funkcióvesztése miatt” – Március 15-re minden blokk hideg leállított állapotban Fenntartható fejlődés és atomenergia


53

1. blokk

2. blokk

3. blokk

4. blokk

5. blokk

6. blokk

Típus / Konténment

GE BWR3 Mark I

GE BWR4 Mark I

GE BWR4 Mark I

GE BWR4 Mark I

GE BWR4 Mark I

GE BWR5 Mark II

Teljesítmény

460 MW

784 MW

784 MW

784 MW

784 MW

1100 MW

Üzemanyag

UO2

UO2

MOX

UO2

UO2

UO2

Állapot a földrengéskor

Normál üzem

Normál üzem

Normál üzem

Leállítva

Leállítva


Leállítva, teljes zóna kirakva! Prof. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

54

Földrengés-védelem • Maximális talajgyorsulás értékek a földrengés során a Fukushima Daiichi atomerőműnél: – 0,517 g a 3. blokknál, – 0,44 g a 6. blokknál.

Méretezési gyorsulás 0,45 g ill. 0,46 g ezekre a blokkokra!

• A blokkok a földrengést követően rendben leálltak • Az országos villamosenergia-hálózat kiesése miatt a biztonsági hűtővízrendszereket dízelgenerátorok látják el, ezek el is indultak. Forrás: Tepco Fenntartható fejlődés és atomenergia


55



56

Földrengés-védelem

Cunami-védelem a Fukushima I-en

• Maximális talajgyorsulás értékek a földrengés során a Fukushima Daiichi atomerőműnél:

• Fukushima atomerőmű: történelmi cunamik alapján (+ modellezéssel):

– 3. blokk: 0,517 g (méretezési érték: 0,45 g)

– Az üzemi szint fölött 5,7 m-es tervezési cunami – Épületek földszintje 10-13 m magasan

– 6. blokk: 0,44 g (méretezési érték: 0,46 g)

• A blokkok a földrengést követően rendben leálltak • Az országos villamosenergia-hálózat kiesése miatt a biztonsági hűtővízrendszereket dízelgenerátorok látják el, ezek el is indultak. • A reaktorokban és az üzemzavari rendszerekben – az eddigi adatok szerint – nem okozott jelentősebb kárt a földrengés, de az infrastruktúra károsodása jelentősen nehezítette a beavatkozást és az elhárítást – törmelék – roncsok – megközelíthetőség ETE Szenior Klub, 2012. február 16.

2011. október 3.: Egy 2008-as kutatási jelentés új elképzelhető méretezési cunami magasságot jelzett: az 1896-es nagy földrengéshez hasonló rengés esetén 8,4 – 10,2 m hullámok is elérhetik az erőművet. A TEPCO az ellenőrizendő kutatási eredményről csak pár nappal 2011.03.11. előtt tájékoztatta a kormányt.

Daiichi (Tepco)

Forrás: NHK, http://www3.nhk.or.jp/daily/english/03_21.html

Daini (Tepco) Prof. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

A Fukushima atomerőmű földrengés- és cunamiállósága • A Daiichi (I) és a Daini (II) kiépítéseknél eltérő a dízelgenerátorok elhelyezése! • A cunami minden turbinacsarnokot elárasztott, reaktorépületet csak egyet. • A tervezési cunamimagasság 5,7 m volt (ez már módosított, növelt érték)

57


Daini



58

Cunami a Fukushima Daiichi-nél

Daiichi

• A Daiichi (I) és a Daini (II) kiépítéseknél eltérő a dízelgenerátorok elhelyezése! • A cunami minden turbinacsarnokot elárasztott, reaktorépületet csak egyet. • A tervezési cunamimagasság 5,7 m volt (ez már módosított, növelt érték)

Forrás: Tatsuhiro Yamazaki, Japan Nuclear Technology Institute, 2011.4.13, IAEA ISSC EBP WA3


Forrás: M. Takao, TEPCO http://www.jnes.go.jp/seismic-symposium10/index.html

Fukushima Nuclear Accident Analysis Report (Interim Report) – Tepco 59

ETE Szenior Klub, 2012. február 16.


60

A fő kiinduló ok

Fukushima Daiichi

Hálózat

-A földrengéskor az összes üzemelő blokk automatikusan leállt -Az üzemzavari dízelgenerátorok az elvártnak megfelelően működtek a cunamiig

Földrengés miatt leszakadás a villamos hálózatról

Szökőár (becsült magasság > 10m)

Reaktor épület

Turbinacsarnok Dízelgenerátor

Magasság: kb. 10m

Teljes feszültségvesztés „Station Black Out”

Tengerszint

Vízkivételi szivattyú



61

Fukushima Daiichi - villamos betáplálás a cunami után

: elöntött kapcsolóberendezés ETE Szenior Klub, 2012. február 16.


Egyik aktív rendszer (beleértve az üzemzavari zónahűtést – ECCS) sem üzemeltethető


Forrás: NISA, 2011. április 4.

62

Fukushima Daini - villamos betáplálás a cunami után

(Tepco)

: elöntött kapcsolóberendezés

(Tepco) Prof. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

Az üzemzavari dízelek elromlanak a cunami miatt

63



64

Az esemény lefolyása

A Fukushima Daiichi erőmű felépítése • Épület szerkezet

•

• Acél konténment tartály

– Beton épület – Acélszerkezetes üzemi terület

Nincs hőelvonás az épületből, így az izolációs hűtés (IC/RCIC) előbb-utóbb leáll – – – –

– Körte alakú szárazakna (drywell) – Tórusz alakú nedvesakna (wetwell)

Reaktorok nyomáscsökkentése

•

Csökkenő folyadékszint a reaktortartályokban – – – – – – –

•


65

Zóna fokozatos kiszáradása Fűtőelem-sérülés: burkolat hőmérséklet meghaladja az 1200 °C-ot A burkolat Zr-tartalma gőz atmoszférában oxidálódik Zr + 2H20 →ZrO2 + 2H2 Exoterm reakció, tovább fűti a zónát Hidrogén termelődik Hidrogén a gőzzel a nedvesaknába, majd a szárazaknába jut

Vízszint csökken, zónasérülés

Hidrogén jut a csarnokba

Inert töltőgáz (nitrogén) Hidrogén a zóna oxidációból Forrás a kondenzációs kamrában

Konténment tartály nyomáscsökkentés – – –


Gőz lefúvatása a nedvesaknába

Konténment tartály nyomása 8 bar-ig nőtt (tervezési érték ~ kétszerese) – – –

•

Lefúvatás, reaktor vízszint csökken

1. blokk: március 11. 16:36 (akkumulátor lemerült) 2. blokk: március 14. 13:25 (szivattyú meghibásodott) 3. blokk: március 13. 2:42 (akkumulátor lemerült) (4. blokk: március 11. 15:38: pihmed. hűtés elvesztése)

•

–

Izolációs hűtés

1. blokk: március 12. ~09:15/14:30 2. blokk: márc. 13. 11:00/14. 21:00/15. 00:00 3. blokk: március 13. 08:41/14. 06:10



Forrás: Dr. Matthias Braun, Areva

66

Az esemény lefolyása •

Konténment nyomáscsökkentés előnyei és hátrányai 1., 3. blokk – – –

• •

–

1. blokk: márc. 12. 15:36, 3. blokk: márc. 14. 11:01 4. blokk: márc. 15. 06:00-06:10 Blokkonként változó mértékű épületsérülések

2. blokk – – –

–

4. blokk

•

Kiégett üzemanyag a pihentető medencékben

3. blokki hidrogén berobban


67

4. blokk

– –

4. blokk: karbantartás miatt az egész zóna kirakva A medencék becsült kiszáradási ideje:

–

Jelenlegi adatok alapján a pihentető medencék nem száradtak le, de a beeső szerkezeti elemek károsodásokat okozhattak (legsúlyosabb a 3. blokkon). Üzemanyag a „szabadban” Hasadási termékek útjában nincs mérnöki gát, épületfal

• •


2. blokk

A hidrogén a reaktorépületen belül robban be (márc. 15. 06:00-06:10 robbanás hallatszik) A nedvesakna (szennyezett vízzel tele) megsérül Nem ellenőrzött gázkibocsátás, hasadási termékek kibocsátása (erőmű ideiglenes evakuálása magas telephelyi dózisteljesítmények Még nem világos, miért viselkedett másként a 2. blokk

•

–

Fukushima Nuclear Accident Analysis Report (Interim Report) – Tepco

3. blokki pihentető medence (Tepco)

A gáz a reaktorcsarnokba kerül Hidrogén a reaktorcsarnokban berobban –

•

Energiaelvitel a reaktorépületből (már csak így lehetett) Nyomás 4 bar-ra csökken Kis mennyiségű légnemű kibocsátás (jód, cézium, nemesgázok teljesen), hidrogén kibocsátás

– –

4. blokk: 10 nap alatt 1, 2, 3, 5, 6 blokk: néhány hét alatt



4. blokki pihentető medence (Tepco)

68

F.1.: súlyos baleseti intézkedések, eljárások

Teljes feszültségkiesés (TFK) feltételezések – és a tények • A teljes feszültségkiesés kezelésének feltételezései

A Fukushimában alkalmazott súlyosbaleset-kezelési eljárások (Omoto, ICAPP)

Forrás: K. Sato (Hitachi-GE)

– AC visszaállítható néhány órán belül (külső betáplálás vagy dízelek) – Hosszú idejű DC vesztést nem tételeztek fel – Súlyosbaleset-kezelési utasításoknak megfelelő beavatkozások – Vezénylő TFK esetében is használható marad, fő paraméterek monitorozhatóak

• Ez a valóságban: – Külső betáplálás napokig nem áll vissza, dízelek nem állíthatók helyre, a cunami teljesen tönkretette a tengervizes hűtőrendszert – DC ellátás nem volt elegendő – A cunami miatti károk következtében késleltetett beavatkozások (nem lehet hozzáférni a rendszerekhez) – Vezénylőből nem lehet irányítani, csak néhány paraméter monitorozható

A cunami következménye a korábban feltételezettnél jóval hosszabb idejű, nem ellenőrzött TFK lett

Forrás: K. Sato (Hitachi-GE) ETE Szenior Klub, 2012. február 16.


69

Valószínűsíthető hibák Fukushimában • Túlzott bizalom a technológiában (természeti veszélyek alábecsülése) • Túlzott megelégedettség, a kellő szigor hiánya a TEPCO és a szabályozó hatóság között

• Mélységi védelem hiánya a cunami ellen – Nem készültek a legrosszabb forgatókönyvnél súlyosabb balesetre (TFK+VHTE)

• Túlzottan tagolt hatósági rendszer hiányosságai (NSC-NISA-MEXT) Hisashi Ninokata: Inside Information of the Accident, Environmental and • Információáramlás korlátozott Forrás: Economical Impacts; Lessons Learned in Japan, NURETH-14, September 2011 Prof. Dr. Aszódi Attila, BME NTI


70

Valószínűsíthető hibák Fukushimában • Hibák a baleset kezelésében

– Hatóság nem követel szigorúbb súlyos baleset kezelést, rábízza az engedélyesre – Nem voltak súlyos baleseti és veszélyhelyzeti eljárásrendek ilyen hosszú idejű teljes feszültség kiesésre – Az 1990-es japán útmutató explicite kimondja, hogy a villamos betáplálás hosszú idejű elvesztése kizárható (a tartalék rendszerek miatt), ezt most felülvizsgálják.



71

– Alternatív zóna hűtés biztosítása kellett volna az üzemanyag kiszáradása előtt (több tűzoltószivattyú, stb. alkalmazása, miután a reaktortartály nyomása 6-7 bar-ra csökkent) – Primer konténment tartály meghibásodása ill. radiológiai kibocsátások a szűrt leeresztés késlekedése miatt – Noha a külső villamos betáplálást 10 nap múlva helyreállították, az SC/RHR maradékhő elvonó rendszereket nem. Alternatív végső hőnyelő hiányában csak a reaktorilletve a turbina épület irányába történő szivárgás vitte el a hőt. ETE Szenior Klub, 2012. február 16.

Forrás: Hisashi Ninokata: Inside Information of the Accident, Environmental and Economical Impacts; Lessons Learned in Japan, NURETH-14, September 2011


72

A baleset-elhárítás nehézségei

Forrás: Digital Globe Fenntartható fejlődés és atomenergia


73

A baleset-elhárítás nehézségei



74

Jól vizsgázott-e az erőmű? • Jócskán a tervezési alapon túli szökőár (a telephelyen 15 m) – Dilemma: a cunami elleni méretezés csak pénzkérdés? (civil példák)

• A konténment-filozófia igazolása (TMI után másodszorra) – Az acél belső konténmentek kibírták: földrengés + cunami + hősugárzás + hideg vizes befecskendezés + robbanások – Az üzemanyag-leltár nagy része bent maradt – Korlátozott kibocsátás

• Teljes feszültségvesztéses baleset – a „nagy mumus” ETE Szenior Klub, 2012. február 16.


75



76

Jól vizsgázott-e az erőmű?

Radioaktív kibocsátások • Telephelyen igen jelentős dózisteljesítmények, elhárítási munkák akadályozása

• A védelemi rendszerek további megerősítése

– Robbanás miatt kikerülő ún. forrópontok (mértek 1 Sv/óra dózisteljesítményt!) – Dolgozók rendkívüli éves dóziskorlátját 250 mSv-re emelték, eddig hatan lépték túl

– Dízelgenerátorok meghibásodása függött a típustól, még inkább az elhelyezéstől – Vízkivételi mű súlyos sérülése – Pihentető medencék hűtésének és fizikai védelmének átgondolása szükséges – Hidrogénkezelés nem volt megfelelő

• Különböző kibocsátási útvonalak – Légnemű kibocsátás: nemesgázok, illékony hasadási termékek (főleg jód) pihentető medencékből – Folyékony kibocsátás: szivárgások a sérült szerkezeteken keresztül közvetlenül a tengerbe

• Kommunikáció – Nem világos, hogy tudták-e a TEPCO-nál az első 2-3 napban, hogyan is kommunikáljanak – Komoly nehézségek a tokiói TEPCO központ és az erőmű közötti kommunikációban (infrastrukturális és emberi tényezők) – Sokáig csak minimális információ, szakmai tájékoztatás hiányos volt – Ma már bőséges és lelkiismeretes kommunikáció Fenntartható fejlődés és atomenergia


77

Környezeti hatások

• 2011. szeptember 30.: a 20-30 km-es sávban öt településen feloldották a kitelepítési előírást • A kibocsátás szintje mostanra nagyságrendekkel csökkent, de az elszennyezett területeket meg kell tisztítani a korlátozások feloldása előtt

– Később dózisviszonyok alapján további településekből – Egyes területeken hamarosan visszaköltözhetnek – Több területen is korlátozásokat kellett elrendelni:




78


• Kitelepítések már 2011. március 11-én megkezdődtek (3 km-es körben), március 12én már 20 km-es körzetben

• Tokióban néhány napra meghaladta a gyermekekre vonatkozó határértéket a csapvíz I-131 tartalma • Sugárszennyezett friss zöldségek Fukushima és Ibaraki prefektúrában • Tengervíz – I-131 határérték fölött


Jelen ismereteink alapján nem várható a lakosság egészségügyi károsodása! 79

Additional Report of the Japanese Government to the IAEA (Second Report) September 2011

JAEA/METI/MEXT:

2. Roadmap towards Restoration from the Accident (Step 2 Completed) http://radioactivity.mext.go.jp/en/1790/ 2011/06/1305757_0721.pdf (as of January 27, 2012) – Tepco ETE Szenior Klub, 2012. február 16. Prof. Dr. Aszódi Attila, BME NTI

80

INES-7


• 2011. április 12-én a japán hatóságok 7-esre emelték az esemény INES-besorolását – Korábban: 3 db 5-ös besorolás az 1-3 blokkoknak, 3-as besorolás a 4. blokki pihentető medencének – Most: 1-3 blokkok összevonva (1 db 7-es besorolás), a 4. blokki pihentető medence továbbra is 3-as besorolású – Indoklás: összesített környezeti aktivitás-kibocsátás I-131 ekvivalensben eléri a több tízezer TBq-t (INES manual) Fukushima kibocsátás (NISA)

Fukushima kibocsátás

Fukushima kibocsátás (IRSN)*

Csernobil kibocsátás

(NSC - 20110824)

Fukushima / Csernobil arány (%)

I-131

1,3×1017 Bq

1,3×1017 Bq

1,1×1017 Bq

1,8×1018 Bq

7,22%

Cs-137

6,1×1015 Bq

1,1 × 1016 Bq

1,1×1016 Bq

8,5×1016 Bq

12,9%

Üzemanyag törmelék

? (eddigi adatok szerint

? (eddigi adatok szerint elhanyagolható)

Üa. ~1,5%-a ~ 7×1017 Bq

?

elhanyagolható)

Összesen (I egyenérték)

3,7×1017 Bq

5,7×1017 Bq

5,2×1018 Bq

7-17%

Izotóp ∑28 gramm

∑1900 gramm



5,5×1017 Bq

*: összes nemesgáz: 4,5 × 1018 Bq. Isnard et al. (IRSN): Radioactive source term and release in the environment; EUROSAFE 2011

Forrás: JAIF

81


Elhárítási lépések


82

Elhárítási lépések (2012. február)

• Az elhárítási-helyreállítási munkálatokat három fázisra osztották

•

1.: 3 hónap (április közepétől) / 2. : 3-6 hónap az 1. fázist követően / 3.: 3 év

(Tepco)

Eddig megvalósult: – Bejutás a reaktorépületekbe, dózisviszonyok feltérképezése (folyamatos) – Pihentető medencék független hűtőköre (hőcserélővel) – Reaktorok független hűtőköre

• Végcél: kitelepítettek mihamarabb visszaköltözhessenek (dózisviszonyok) – Fő célok: reaktorok stabil hideg leállított állapotba hozása (ehhez hűtés stabilizálása), kibocsátások csökkentése/megszűntetése, felgyűlt szennyezett víz mennyiségének csökkentése, hulladékok kezelése és tárolása

Törmelék felszámolás, inhibitor

• Zóna spray: 2. és 3. blokk

– Reaktorok hűtővizének tisztítórendszere, a blokkokban összegyűlt szennyezett víz tisztítórendszere, sótalanító-rendszer – Nitrogénatmoszféra fenntartása az 1-3. blokk konténmentben – Kevésbé szennyezett radioaktív víz átemelése (Megafloat) – 1. blokki ideiglenes védőépület – 4. blokki pih. med. megerősítése – Kibocsátások jelentős csökkenése – Folyamatos: telephelyi kihullás megkötése, összegyűjtése, törmelék, károk felszámolása – Megkezdődött a telephelyen kívüli dekontamináció – 1-3. blokk hideg leállított állapot (2011. december)

1. blokk védőépület

Sótalanító-rendszer tartályai

Robot a 2. blokkban

(Tepco) Fenntartható fejlődés és atomenergia


83



Daini 3. blokki elárasztott rendszerek helyreállítása (március-szeptember) 84

Felszámolás, leszerelés

Főbb ellenőrző kérdések

3 éves távlatban: • Reaktorok és pihentető medencék stabil hűtésének fenntartása • Reaktorok további degradációjának megelőzése • Üzemanyag eltávolítása a pihentető medencékből

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

– 4. blokk: 2 éven belül (2012. januártól számítva)

• Telephelyi helyreállítás, kibocsátások megszüntetése • Környezet – Folyamatos monitorozás, tisztítás, dekontaminálás és helyreállítás

Hosszú távú célok: • 10 év: - ÜA törmelék eltávolítása - többi pihentető medence kirakása • 30-40 év: blokkok teljes leszerelése ETE Szenior Klub, 2012. február 16.


85

Főbb ellenőrző kérdések 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27.

Ismertesse a determinisztikus biztonsági elemzés fogalmát! Ismertesse a valószínűségi alapú biztonsági elemzés fogalmát! Milyen belső kezdeti eseményeket vesznek alapul determinisztikus elemzéshez? Milyen külső/kívülről indukált kezdeti eseményeket vesznek alapul determinisztikus elemzéshez? Tervezési üzemzavarok A zónaolvadás, lekezelése A biztonsági kultúra fogalma, a dolgozók feladatai A Nemzetközi Nukleáris Eseményskála (INES), példák A 2011. márciusi fukushimai baleset okai A 2011. márciusi fukushimai baleset lefolyása A 2011. márciusi fukushimai baleset környezeti hatásai A 2011. márciusi fukushimai baleset tervezett elhárítási lépései



87

A biztonság fogalma Biztonság erőműveknél, az atomerőmű különlegessége Mi a remanens hő? Hogyan alakul a reaktor leállítása után? A mérnöki gátak, szerepük, felépítésük Mérnöki gátak nyomottvizes reaktoroknál A mélységi védelem hármas követelménye, elve A mélységi védelem öt szintje Egy atomerőmű lehetséges üzemállapotai és tranziens folyamatai Mi a normál üzem? Mi a tervezési alap? Mi a tervezési üzemzavar? Mi a súlyos baleset? Ismertesse a biztonsági elemzés és a biztonsági jelentés fogalmát! A reaktor megszaladás jelensége, fő folyamatai A hűtőközegvesztéses baleset, fő folyamatai



86

Fogalmak a biztonságról

Recommend Documents