Минуло менше 80 років з моменту запуску першого експериментального ядерного реактора. Однак за цей час технології сильно змінилися, і мало хто знає, як насправді забезпечується безпека сучасних атомних станцій.
Щоб розвіяти міфи про шкоду атомної енергетики, докладно розберемо всі елементи системи безпеки АЕС на прикладі станції з водо-водяним енергетичним реактором (ВВЕР).
Зміст статті
Активна зона реактора ВВЕР Нововоронезької АЭС-2
Частина, що залишилася - це енергія, яку забирає з ядра іонізуюче випромінювання: гамма-випромінювання і вільні елементарні частинки. Серед цих частинок присутні 2-3 вільних нейтрони, які ініціюють наступні реакції поділу. Щоб ланцюгова реакція не набула лавиноподібного некерованого характеру, достатньо лише регулювати число вільних нейтронів в активній зоні.
Це робиться за допомогою спеціальних поглинаючих стрижнів, як правило, заповнених карбідом бору, і борної кислоти, яка присутня в контурі охолодження реактора. Потрапляючи в ядро атома бора, нейтрон «застрягає» в ньому і більше не бере участі в ядерних реакціях. Рівень занурення стрижнів, що поглинають, в активну зону, а також концентрації борної кислоти в охолоджуючому контурі автоматично регулюються системою управління і захисту (СУЗ) під пильним контролем команди операторів, які залежно від необхідної потужності реактора можуть регулювати ланцюгову реакцію за допомогою електричного сигналу з пульту.
Якщо при надзвичайній ситуації на станції пропаде електрика, то поглинаючі стрижні автоматично зануряться в активну зону. Для цього їх підвішують над реактором і фіксують електромагнітами. При знеструмленні стрижні під дією сили тяжкості незмінно опустяться в зону, де ділиться уранове паливо. Відтворення нейтронів припиниться, ланцюгова реакція сповільниться і зупиниться.
Монтаж купола контейнменту на Ростовській АЕС
Крім зовнішнього контролю над числом нейтронів конструкція активної зони ВВЕР - найбільш поширеного типу енергетичних реакторів - передбачає так зване саморегулювання. Якщо кількість нейтронів зростає, кількість реакцій ділення збільшується. Закономірно зростає загальна температура палива та конструкційних матеріалів активної зони. Слідом за нею збільшується температура теплоносія - води, що веде до зміни її щільності. Вода зі зниженою щільністю краще поглинає нейтрони, і кількість реакцій поділу зменшується. Даний ефект, який називається негативним зворотним зв'язком, виникає завдяки комплексним змінам нейтронно-фізичних характеристик активної зони, прорахованих і підібраних на етапі розробки реактора.
Природне тло: як захистити персонал станції та довкілля
Радіоактивні продукти ділення і іонізуюче випромінювання, що утворюється в його ході, не залишають корпус реактора завдяки чотирьом бар'єрам безпеки. Бар'єри нагадують фільтри на водоочисній станції, які поетапно затримують великі, середні, а потім і зовсім непристойні оком домішки. «Фільтри» в реакторі по черзі зупиняють продукти радіорозпаду - від найповільніших і найважчих осколків поділу до найлегших і найшвидших частинок.
Монтаж купола контейнменту на Ростовській АЕС
Першим бар'єром служить сама паливна таблетка - спресований в характерну форму твердий діоксид урану. Таблетки перед збіркою в тепловиділяючий елемент (ТВЕЛ) спекаються при температурі 1650 ° С, після чого вони набувають керамічних властивостей і затримують деякі нукліди. Радіонукліди і частинки розпаду, які проходять перший бар'єр, стикаються з другим - оболонкою ТВЕЛ. Оболонку виготовляють зі сплавів цирконію ядерної чистоти, практично позбавленого домішок, як правило, з невеликою добавкою ніобію. Чистота сплаву забезпечує підвищену корозійну стійкість цирконію. У нормальних режимах експлуатації (без розгерметизації ТВЕЛ) всі продукти ділення залишаються всередині ТВЕЛ.
Третій і четвертий бар'єри покликані остаточно запечатати нукліди і частинки всередині реактора і не дати їм жодного шансу вирватися назовні. Корпус реактора товщиною 20 см і перший контур з теплоносієм, що доставляє тепло з активної зони до парогенератора, - це третій захисний бар'єр. Четвертим є так званий контейнмент - зовнішня герметична оболонка активної зони, виконана із залізобетону. Товщина стінки контейнменту - 1 м: це надійний захист від можливого виходу радіоактивних речовин (або матеріалів) у навколишнє середовище навіть у разі серйозної аварії.