Коли відмовляє ядерне паливо

08 лютого 2024, 16:04
Власник сторінки
Старший науковий співробітник НАНУ
0
738
Коли відмовляє ядерне паливо
Паливо Westinghouse для ВВЕР-440

Чи може відмовити паливо Westinghouse в ВВЕР-440?

Іноді на АЕС трапляється ситуація, яку називають відмовою палива. Це означає, що оболонка паливного стрижня (твелу) виявилася пошкодженою, а тепловидільна збірка (ТВЗ, робоча касета – РК) визнається негерметичною (кожна касета містить 126 твел/твег). У цьому випадку радіоактивні матеріали, наприклад, газоподібні продукти поділу та леткі елементи, зокрема криптон, ксенон, йод, цезій з під оболонки твелу потрапляють в теплоносій першого контуру реактора. Хвилюватись тут нема чого. Завдяки тому, що перший контур є замкнутим, активність не потрапляє в навколишнє середовище. Наявність негерметичних твелів у ТВЗ в активних зонах ядерних реакторів не впливає на безпеку роботи АЕС, а перш за все позначається на економічній ефективності виробника палива і експлуатуючої організації. Саме тому як виробники з конструкторами, так і організації, що експлуатують АЕС, займаються зведенням до мінімуму випадків розгерметизації твелів. Спільними зусиллями вони проводять дослідження, які направлені на виявлення причин появи дефектних паливних стрижнів та їх усунення при розробці нових, більш надійних ТВЗ. Пошкодження твелів також можуть бути викликані і вібрацією в контурі, попаданням сторонніх частинок в теплоносій першого контуру під час проведення ремонтних робіт на енергоблоці (планово-попереджувальний ремонт – ППР) і недоліками конструкції ТВЗ.
Програму досягнення нульової відмови ядерного палива першими почали США для блоків західних проєктів. Завдяки багатій кількості систематичних післяреакторних досліджень негерметичних та герметичних твелів (головним ініціатором цих досліджень була компанія Westinghouse) стало відомо, що на частоту розгерметизації твелів впливають усі стадії життєвого циклу ТВЗ: проєктування, виробництво, експлуатація.
Ряд заходів, які були впроваджені у галузі паливного інжинірингу, дозволили підвищити ефективність експлуатації ядерного палива водоохолоджуваних ядерних енергетичних реакторів. Щорічний коефіцієнт відмови у США – близько одного випадку на мільйон завантажених твелів, тобто п'ять твелів на рік (в США працює 93 ядерних реактори).
Загалом у всьому світі, за даними WNA (World Nuclear Association), атомна галузь продемонструвала значний прогрес у зниженні кількості випадків відмови палива (на 60% за 20 років). У 2006 році цей показник становив у середньому 14 розгерметизацій на мільйон завантажених твелів. Робота над підвищенням надійності продовжується.
Україна також була задіяна у програмі з нульової відмови ядерного палива. В 2013 році АТ «НАЕК «Енергоатом», болгарська АЕС «Козлодуй», чеська енергокомпанія CEZ та російський АТ «ТВЕЛ» підписали угоду про нульову відмову ядерного палива. Основною метою цієї угоди було забезпечення зниження рівня відмови та в ідеалі досягнення «досконалої» експлуатації ядерного палива на блоках з реакторами радянських проєктів. Концепція «нульового дефекту твелів» полягала в скороченні кількості твелів, які розгерметизуються в процесі експлуатації, до досягнутого в провідних в атомній енергетиці країнах рівня (10-6-10-5 негерметичних твелів, тобто один негерметичний твел припадає на 105-106 герметичних) і обов’язкове вивантаження негерметичного палива під час ППР. Для порівняння, відповідно до Загального положення забезпечення безпеки атомних станцій, від самого початку проєкту реакторів ВВЕР, було закладено межу пошкодження паливних стрижнів 2·10-3-2·10-4 (експлуатаційна межа), тобто два негерметичних твели припадає на 103-104 герметичних. Такі норми були встановлені для всіх реакторів ВВЕР, незалежно від місця їх розташування (Україна, РФ чи західна Європа) та чи експлуатується в актиній зоні паливо Westinghouse.
Герметичність твелів постійно контролюється персоналом станції та визначається активністю теплоносія першого контуру за ізотопами йоду. Це дозволяє виявляти і стежити за розвитком дефектів в оболонках твелів, оцінювати ступінь негерметичності і кількість негерметичних твелів. Поява негерметичних ТВЗ під час експлуатації не є підставою для зупинки реактора, пошуку та вилучення з активної зони негерметичної ТВЗ. Коли визначено, що з’явилася негерметичність в оболонці твелу працюючої ТВЗ, тоді оперативним персоналом має бути виконана певна послідовність дій, яка встановлена Технічним регламентом безпечної експлуатації та технічним проєктом реакторної установки і спрямована на повернення активності теплоносія до показників нормальної експлуатації. У разі перевищення певного рівня активності, блок має бути зупинений, паливна збірка або збірки з негерметичними твелами виявлені і вивантажені з активної зони. На щастя, останнім часом подібні події трапляються на АЕС все рідше.
МАГАТЕ виконало величезну роботу зібравши статистичні дані з 52 енергоблоків (30 ВВЕР-1000, 22 ВВЕР-440), згідно з якими середня кількість негерметичних ТВЗ виробництва РФ з 2006 року до 2015 року становила 21,5 для ВВЕР-1000, 5,3 для ВВЕР-440/213 та 17,4 для ВВЕР-440/230 на 1000 збірок, які знаходяться в експлуатації. Відповідно до цієї статистики, на другому енергоблоці Рівненської АЕС з ВВЕР-440, активна зона якого містить 349 паливних збірок, ймовірність появи негерметичної ТВЗ впродовж паливної кампанії велика.
Як повідомлялося раніше, у вересні 2023 року на Рівненській АЕС в активну зону другого енергоблоку вперше було завантажено 66 паливних збірок виробництва Westinghouse. Постає логічне питання, чи може ядерне паливо Westinghouse вплинути на статистику появи негерметичних твелів у ВВЕР-440? Розглянемо основні наявні факти. Westinghouse – світовій лідер у розробці та виготовленні ядерного палива для різних типів реакторів (PWR, BWR, ВВЕР) і був першим, хто став на шлях викоренення розгерметизації, провів величезну дослідницьку роботу, виявив систематичні причини розгерметизації та впровадив нові, більш надійні, конструкції твелів для виключення найпоширеніших причин пошкодження їх оболонок. В результаті паливо Westinghouse, завантажене в реактори PWR і BWR США, працює без розгерметизації, а відмови палива дуже рідкі. Світова статистика причин виникнення негерметичних паливних стрижнів показує, що близько 2/3 випадків припадає на дебріз – механічну взаємодію оболонки твелу зі стороннім предметом, а 1/3 випадків певною мірою пов’язані з особливостями виготовлення паливної збірки та дефектами пов’язаними з фабрикацією (не більше 10%) самих твелів. Тобто ймовірність появи негерметичних твелів за рахунок виробничого браку досить низька. В більшості випадків домінуючим фактором розгерметизації є бруд чи сторонні предмети, які можуть потрапляти у перший контур під час проведення ППР. Саме бруд призводить до дебрізу – найлютішого ворогу ТВЗ.
Для АЕС України саме експлуатаційні фактори були домінуючими при розгерметизації палива і були викликані ремонтними роботами в період з 2006 року до 2015 року та стали причиною потрапляння сторонніх предметів в перший контур.
В останні роки АТ «НАЕК «Енергоатом» проводить величезну роботу з запобігання потрапляння сторонніх предметів до активної зони, що повинно призвести до зменшення ймовірності ушкодження твелів з експлуатаційних причин. США на своїх станціях розпочали цю роботу в 2007 році, і наразі вони досягли відмінних результатів. Нажаль, досі не оприлюднено статистику негерметичного палива після 2015 року. Також відсутні дані щодо негерметичних ТВЗ виробництва Westinghouse у реакторах ВВЕР-1000, незважаючи на те, що це паливо тривалий час вдало експлуатується на АЕС України.
Тепер, розглянувши всі факти, можна відповісти на питання, яке було поставлено вище – «чи може паливо Westinghouse вплинути на статистику появи негерметичних твелів у ВВЕР-440?». Навіть якщо модифікована конструкція паливних збірок для реактора ВВЕР-440 компанії Westinghouse є вдалою та вони виготовлені з належною якістю, ймовірність появи негерметичних твелів не виключена і, в переважній більшості випадків, буде пов’язана з експлуатаційними факторами. Простіше кажучи, ефективність палива як виробництва АТ «ТВЕЛ», так і виробництва Westinghouse в значній мірі залежатиме від підтримки першого контуру в «чистому» стані (так само це стосується і реакторів ВВЕР-1000).
Як висновок можна сказати наступне. На що спрямована ця публікація? Знову пішли розмови про те, що паливо Westinghouse на українських АЕС з ВВЕР-440 призведе до нового Чорнобиля. Це абсолютна нісенітниця. Подивіться хоча б на чехів, які вже завантажили паливо Westinghouse, отримали велику кількість відмов. Але це був суто економічний ефект. Відтоді Westinghouse модифікував конструкцію та адаптував її до палива російського дизайну, доказом чого є його успішна експлуатація на 7 енергоблоках з ВВЕР-1000 на АЕС України. Тому якщо спитати, «чи може відмовити паливо Westinghouse в ВВЕР-440?», то можна відповісти, що «може, але це є цілком звичайним явищем». Про всі можливі причини відмови палива було найдокладнішим чином розписано вище. Тому у випадку появи на просторах Інтернету чи ЗМІ повідомлень, в яких буде міститися, наприклад, фраза «На РАЕС-2 з’явилось негерметичне паливо», треба пам’ятати, що негерметичні твели в ТВЗ «з’являлись» в активній зоні і до впровадження палива Westinghouse. В проєкті реакторної установки закладено умову, що енергоблок може безпечно працювати з негерметичною ТВЗ. До того ж ймовірність, що негерметична ТВЗ саме Westinghouse, невелика, тому що їх частка по відношенню до ТВЗ виробництва АТ «ТВЕЛ» всього 66/349 (на 2024 рік). А насамперед інформація про появу негерметичної ТВЗ взагалі може не відповідати дійсності і перш за все потрібно довіряти офіційним повідомленням АТ «НАЕК «Енергоатом».

Рубрика "Блоги читачів" є майданчиком вільної журналістики та не модерується редакцією. Користувачі самостійно завантажують свої матеріали на сайт. Редакція не поділяє позицію блогерів та не відповідає за достовірність викладених ними фактів.
РОЗДІЛ: Новости науки
Якщо ви помітили помилку, виділіть необхідний текст і натисніть Ctrl + Enter, щоб повідомити про це редакцію.