Jaderné systémy I (JS1) & Jaderné reaktory a parogenerátory (JR) Pavel Zácha G3-126
Bezpečnost jaderných reaktorů Základní jednotky
QF=1 pro β, γ QF=3-10 pro n (v závislosti na energii neutronu) QF=20 pro α
Bezpečnost jaderných reaktorů Dávkový ekvivalent Pro pochopení, jaká dávka je významná je nutné znát, jakému dávkovému ekvivalentu jsme běžně vystavováni.
Bezpečnost jaderných reaktorů Dávkový ekvivalent jaderné testy 150
Atmospheric tests Underground tests
NUMBER
100
50
0
50
100 1945
1950
1955
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
Bezpečnost jaderných reaktorů Dávkový ekvivalent dávky způsobené jadernými testy (do atmosféry)
Annual effective dose (mSv)
0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 1945
1955
1965
1975
1985
1995
2005
Year
Bezpečnost jaderných reaktorů Dávkový ekvivalent poměrné dělení zdrojů ozáření - celosvětový průměr
Medical examinations 20%
Natural sources 80% Source: UNSCEAR 2000 Report
Weapons fallout <0.2%
Chernobyl accident <0.1%
Nuclear power <0.01%
Bezpečnost jaderných reaktorů Biologické účinky záření jsou popsány ekvivalentními dávkami
a) časné • •
projeví se hned (velká dávka v řádu Sv) nemoc ze záření (fakticky pouze Černobyl)
b) pozdní • • •
typické pro pracovníky se zářením chronické, dlouhodobé onemocnění (leukemie, rakovina) stochastický jev, který zvyšuje pravděpodobnost onemocnění 1. 2.
somatické – projeví se u jedince genetické – projeví se u potomků
Každá zbytečná dávka škodí – koncepce ALARA (As Low As Reasonable Achievable) = tak nízké, jak je rozumně dosažitelné
Bezpečnost jaderných reaktorů Reaktor - zdroj záření - podle zdrojů reaktorového záření jej dělíme na 3 druhy: • • •
okamžité záření záření štěpných trosek indukované záření
a) okamžité záření • • •
neutronové + γ – pronikavé, vznikají při štěpné řetězové reakci trvá pouze za provozu reaktoru nutná ochrana personálu – silnostěnná reaktorová šachta z těžkého betonu (s příměsemi těžkých kovů)
Bezpečnost jaderných reaktorů Reaktor - zdroj záření b) záření štěpných trosek • • • • • •
mají přebytek n – emitují neutrony + γ, nebo emitují elektrony (tj. β) + γ trvá za provozu i po odstavení reaktoru za normálních podmínek jsou obsaženy pouze v palivu, přestavují cca 99% celkového inventáře radioaktivních látek v I.O. energie štěpných trosek se pohlcuje v palivu => zbytkový výkon => po odstavení reaktoru je nutné palivo chladit a stínit (γ záření) vyznačují se přebytkem neutronů – n, β-rozpady, γ-záření během provozu reaktoru vzniká cca 200 různých izotopů všech možných prvků
Bezpečnost jaderných reaktorů Reaktor - zdroj záření c) indukované záření • • • • •
zdrojem je tzv. indukovaná radioaktivita vznik v materiálech ve styku s neutrony (povlak, moderátor, chladivo, vestavby, nádoba, …) stabilní izotop + n → nestabilní izotop + γ → (β-) další izotop + γ trvá i po odstavení reaktoru - nutno vybírat takové konstrukční materiály, které mají nízké Σa hlavním zdrojem jsou: -
-
Co58, Co60 (T½ =5,3 roku) – dostává se do vody korozí, nutnost maximálně snižovat obsah kobaltu v oceli + stálé čištění vody tak, aby naindukované nečistoty byly v I.O. v co nejmenším množství - Co59 + n → Co60 → (β-) 60Ni + γ H3BO3 – kyselina boritá, aktivace bóru na: B10 + n → B11 → α + α + H3 - H3 (T½ = 12 let) – neoddělitelné od vody => nutno stínit celý I.O.
Bezpečnost jaderných reaktorů Reaktor - zdroj záření nejdůležitější zářiče z hlediska vlivu na životní prostředí
- dlouhodobý poločas rozpadu • • • •
Kr85 – vzácný plyn, zvyšuje pravděpodobnost rakoviny, zejména kůže (β-) Sr90 – váže se na kosti Cr137 – váže se na celé tělo (H3)
- střednědobý poločas rozpadu • • • •
Ru106 - ledviny Cs134 – váže se na celé tělo Ce144 - játra (Co60)
- krátkodobý poločas rozpadu • •
I131 –váže se na štítnou žlázu Xe133 – vzácný plyn
Bezpečnost jaderných reaktorů Reaktor - zdroj záření štěpné produkty: - pevné • •
bod varu je o hodně vyšší než teplota v reaktoru Sr, Ce, Ru (80%)
- těkavé • •
plynné při pracovní teplotě reaktoru, brzy po opuštění reaktoru kondenzují (za výpustí komína) I, Cs (10%)
- plynné • •
teplota varu je hluboko pod teplotou okolí Kr, Xe (10%)
těkavé a plynné produkty snadno unikají (palivo hermeticky uzavřeno)
Bezpečnost jaderných reaktorů Reaktor - zdroj záření aktivita radionuklidů - tabulka radionuklidů pro reaktor typu PWR o výkonu 3200 MWt po 1 roce provozu (jednotky 108 Ci)
Bezpečnost jaderných reaktorů Koncepce 3M a) Margin - větší rezervy • • • • •
větší tlaková nádoba – menší zatížení AZ delší tlaková nádoba – hlubší ponoření AZ větší KO – lepší překonávání přechodových procesů větší PG – delší doba do vysušení sekundární strany ...
b) Material - lepší materiál a menší namáhání •
prodloužení životnosti bloku (reaktorové nádoby) na 60 let
c) Maitenance - lepší preventivní údržba • •
vyšší roční využití – průměrně až 85-90% oproti současným 70% snížení kolektivní ekvivalentní dávky na cca 1 manSv/rok
a) + b) + c) ... pravděpodobnost těžkého poškození AZ 1,5x10-6 reaktorrok-1 •
- snížení oproti v současnosti provozovaným blokům (10-4 – 10-5)
