VI Городская научно-практическая конференция
Академия юных исследователей
Направление: «Юность. Наука. Познание.»
Секция: «Физики и математики»
Тема:
«Сравнительный анализ техногенных катастроф на ЧАЭС и АЭС Фукусима.»
Работу выполнил:
Ученик МОУ лицея №11/10 класса А
Юсупов Дмитрий.
Руководитель:
Учитель физики
Волгодонск - 2014г.
Актуальность и цель работы:
В настоящее время весь мир серьезно беспокоит безопасность эксплуатации атомных станций. Относительно недавно произошедшие катастрофы на таких атомных станциях как Фукусима и Чернобыль развили колоссальный страх в мировой общественности и нанесли непоправимый вред всем сферам человеческой деятельности и природе в целом.
Развитие атомной энергетики напрямую связано с обеспечением безопасной работы ядерных установок. Именно поэтому я решил провести сравнительный анализ последствий техногенных катастроф, произошедших на этих атомных станциях. А также проследить, учатся ли на данных ошибках современные АЭС и атомная отрасль в целом.
Содержание:
1. Атомная отрасль в России и за рубежом.
2. Чернобыльская АЭС.
а)Версия аварии №1 «ошибки проектантов».
б)Версия аварии №2 «ошибки персонала».
3. АЭС Фукусима.
4. Предотвращение последствий аварий.
а)Чернобыльская АЭС.
б)АЭС Фукусима.
5. Ростовская АЭС и АЭС Фукусима.
6. Анализ совершенных ошибок.
7. Вывод.
8. Использованная литература.
Атомная отрасль в России и за рубежом
В настоящее время мировая атомная энергетика как один из основных источников энергии сохраняет свои позиции.
На ядерную энергию приходится примерно 6% мирового топливно-энергетического баланса и около 17% производимой электроэнергии.
Прогнозируется рост мощностей АЭС в странах Азии и Азиатско-тихоокеанского региона (Китай, Южная Корея, Индия, Япония), в некоторых странах Восточной Европы (Чешская республика. Словацкая Республика), а также в странах, входящих в Содружество независимых Государств (Россия, Украина, Казахстан). У целого ряда государств есть намерения развивать атомную энергетику (Турция, Иран, Индонезия, Вьетнам).
Россия обладает технологией атомной энергетики полного цикла: от добычи урановых руд до выработки электроэнергии; обладает значительными разведанными запасами руд, а также запасами в оружейном виде.
В настоящее время в России на 10 действующих АЭС эксплуатируется 33 энергоблока общей чистой мощностью 23 643 МВт (25 242 МВт номинальной), из них 17 реакторов с водой под давлением — 11 ВВЭР-1000 и 6 ВВЭР-440; 15 канальных кипящих реакторов — 11 РБМК-1000 и 4 ЭГП-6; 1 реактор на быстрых нейтронах — БН-600.
Атомная отрасль имеет огромнейшее влияние и на экономику страны.
На начало 2010 года за Россией было 16 % на рынке услуг по строительству и эксплуатации АЭС в мире, эта доля может увеличиться до 25 %.
23 сентября 2013 года Россия передала Ирану в эксплуатацию АЭС "Бушер".
По данным на март 2013 года, российская компания Атомстройэкспорт строит за рубежом 3 атомных энергоблока: два блока АЭС «Куданкулам» в Индии и один блок АЭС «Тяньвань» в Китае. Достройка двух блоков АЭС «Белене» в Болгарии отменена в 2012 году.
В настоящее время Росатому принадлежит 40 % мирового рынка услуг по обогащению урана и 17 % рынка по поставке ядерного топлива для АЭС. Россия имеет крупные комплексные контракты в области атомной энергетики с Индией, Бангладеш, Китаем, Вьетнамом, Ираном, Турцией и с рядом стран Восточной Европы. Вероятны комплексные контракты в проектировании, строительстве атомных энергоблоков, а также в поставках топлива с Аргентиной, Белоруссией, Нигерией, Казахстаном, Украиной, Финляндией. Ведутся переговоры о совместных проектах по разработке урановых месторождений с Монголией.
Чернобыльская АЭС
В соответствии с Постановлением Совета Министров СССР от 01.01.01 года, утверждавшим план ввода атомных станций в 1966—1977 годах, было запланировано задействовать энергетические мощности в размере 11 900 МВт, в том числе с реакторами РБМК — 8 000 МВт. Одна из атомных электростанций должна была компенсировать дефицит электроэнергии в Центральном энергетическом районе — самом крупном в Объединённой энергосистеме Юга. Ей стала Чернобыльская АЭС.
На Чернобыльской АЭС эксплуатировались реакторы типа РБМК. Реактор Большой Мощности Канальный — серия энергетических ядерных реакторов, разработанных в Советском Союзе. Данный реактор — канальный, гетерогенный, уран-графитовый (графито-водный по замедлителю), кипящего типа,
на тепловых нейтронах; предназначен для выработки насыщенного пара давлением 70 кг/смІ. Теплоноситель — кипящая вода.
В общей сложности в России сдано в эксплуатацию 17 энергоблоков с РБМК. Срок окупаемости серийных блоков второго поколения составил 4-5 лет. Вклад АЭС с реакторами РБМК в общую выработку электроэнергии всеми АЭС России составляет порядка 50 %.
Характеристика РБМК-1000:
-Тепловая мощность реактора, МВт 3200
-Электрическая мощность блока, МВт 1000
-К. п. д. блока, % 31,3
-Давление пара перед турбиной, атм 65
-Температура пара перед турбиной, °С 280
-Размеры активной зоны, м: высота 7
диаметр (ширинаЧдлина) 11,8
-Загрузка урана, т 192
-Обогащение, % 235U
испарительный канал 2,6-3,0
-Число каналов:
испарительных 1693-1661[3]
-Среднее выгорание, МВт·сут/кг:
в испарительном канале 22,
-Размеры оболочки ТВЭЛа (диаметрЧтолщина), мм:
испарительный канал 13,5Ч0,9
-Материал оболочек ТВЭЛов:
испарительный канал Zr + 2,5 % Nb
В ночь на 26 апреля 1986 года на четвертом энергоблоке Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС), расположенной на территории Украины (в то время Украинской ССР) на правом берегу реки Припять в 12 километрах от города Чернобыля (Киевской области) произошла крупнейшая в истории мировой атомной энергетики авария.
Существует 2 версии причин аварии на Чернобыльской станции.
Версия №1 «ошибки проектантов».
Комиссия признала, что для конструкции реактора является наличие положительного парового коэффициента реактивности и положительного коэффициента реактивности мощности.
Благодаря этому, как следствие ошибки проектировщиков реактора, при расчетах физических конструктивных параметров активной зоны, реактор представлял собой динамически нестабильную систему.
Комиссией было проанализировано 13 версий причин аварии. Наиболее вероятной является версия, которая связана с наличием эффекта реактивности системы управления и защиты реактора. Такими выглядят технические причины. Вместе с этим, экспертами отмечаются более глубокие причины катастрофы – это низкий уровень культуры ядерной безопасности в бывшем СССР.
Отсутствие развитой системы ядерного законодательства, невыполнение принципа полной ответственности за безопасность ядерной установки эксплуатирующей организацией. Недостаточное внимание к человеческому фактору и его возможному влиянию на безопасность АЭС. Недостаточное внимание к опыту других государств и отставание методологии анализа безопасности ядерных энергетических установок СССР. Как следствие, к эксплуатации были допущены энергоблоки с существенным дефицитом безопасности (положительный выбег реактивности при вводе в активную зону стержней системы защиты и управления и т. д.), которые вместе с неадекватными действиями персонала стали непосредственными причинами аварии.
Версия №2 «ошибки персонала».
Как показал анализ, авария на четвертом блоке ЧАЭС относится к классу аварий, связанных с вводом избыточной реактивности. Конструкция реакторной установки предусматривала защиту от подобного типа аварий с учетом физических особенностей реактора, включая положительный паровой коэффициент реактивности.
В процессе подготовки к проведению испытаний и в процессе проведения испытаний с нагрузкой собственных нужд блока персонал отключил ряд технических средств защиты и нарушил важнейшие положения регламента эксплуатации в части безопасного ведения технического процесса.
В результате этих нарушений реактор был приведен в такое неустойчивое состояние, в котором существенно усилилось влияние положительного коэффициента реактивности, что и явилось в конечном счете причиной неуправляемого роста мощности реактора.
Тщательное расследование причин аварии, произведенное специалистами, показало, что корни аварии лежат глубоко в сфере проблем взаимодействия человека и машины, что основным «движущим» фактором аварии были действия операторов, грубо нарушивших эксплуатационные инструкции и правила управления энергоблоком. Авария произошла из-за того, что оперативный персонал, желая выполнить план экспериментальных работ любой ценой, грубо нарушил регламент эксплуатации, инструкции и правила управления энергоблоком.
Сказались, конечно, и некоторые особенности физики активной зоны, конструктивные недостатки системы управления и защиты реактора, которые привели к тому, что защита реактора не смогла предотвратить разгон на мгновенных нейтронах.
В более подробных информациях о происшедшей аварии показано, что операторы произвели такие запрещенные действия, как блокирование некоторых сигналов аварийной защиты и отключение системы аварийного охлаждения активной зоны; работали при запасе реактивности на стержнях СУЗ ниже допускаемого регламентом значения;
ввели реактор в режим работы с расходами и температурой воды по каналам выше регламентных, при мощности реактора ниже предусмотренной программой.
Эти и другие ошибки операторов привели к такому состоянию реактора, что в условиях роста мощности защитные средства реактора оказались недостаточными, что и привело к значительной сверхкритичности реактора, взрыву и разрушению активной зоны.
Таким образом, первопричиной аварии на Чернобыльской АЭС было крайне маловероятное сочетание допущенных персоналом нарушений порядка и режима эксплуатации, которые разработчики реакторной установки считали невозможными и поэтому не предусмотрели создания соответствующей такой ситуации системы защиты.
После аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) были проведены дополнительные исследования и модернизация. В настоящее время реакторы РБМК не уступают по безопасности и экономическим показателям отечественным и зарубежным АЭС того же периода постройки. На сегодняшний день приемлемый уровень безопасности РБМК подтверждён на национальном уровне, а также международными экспертизами.
АЭС Фукусима
Странное совпадение: именно в год, когда исполняется четверть века со дня чернобыльской трагедии, очередной удар по имиджу атомной энергетики нанесла авария на «Фукусиме-1».
Авария на АЭС Фукусима-1 – крупная радиационная авария (по заявлению японских официальных лиц – 7-го уровня по шкале INES), произошедшая 11 марта 2011 года в результате сильнейшего землетрясения в Японии и последовавшего за ним цунами. Землетрясение и удар цунами вывели из строя внешние средства электроснабжения и резервные дизельные электростанции, что явилось причиной неработоспособности всех систем нормального и аварийного охлаждения и привело к расплавлению активной зоны реакторов на энергоблоках 1, 2 и 3 в первые дни развития аварии.
Но не смотря на то, что трагедия на Фокусима-1 произошла из-за природного фактора, считается, что как и в случае с Чернобыльской АЭС, здесь присутствует всё та же «Ошибка проектантов». Они знали, каковы их природные условия, знали, что частые цунами и землетрясения не оставляют Японию в покое... Но, все-таки, инженеры–разработчики, проектировавшие Фукусима-1, не учли этих факторов. Но и ошибку персонала, строго следующим Правилам Техники Безопасности, нельзя оставить без внимания. Я считаю, что если бы руководство атомной станции и страны в целом приняли помощь других стран, то последствии аварии, да даже и саму аварию можно было бы свести если не к нулю, то к минимуму. Так что, не смотря на то, что другая страна, другая станция, а ошибки прежние…
Также, Согласно выводам парламенского расследования, проведённого японской парламентской комиссией, причиной катастрофы стали ошибки персонала, вызванные как неготовностью к такой аварии, так и неграмотным вмешательством в процесс ликвидации последствий аварии премьер-министра Японии Наото Кана.
На японской АЭС Фукусима-1 эксплуатировался похожий реактор типа BWR-1200.
Кипящий водо-водяной реактор – тип корпусного водо-водяного одноконтурного ядерного реактора, в котором пар генерируется непосредственно активной зоне и направляется в турбину.
BWR-1200 - тип корпусного водо-водяного ядерного реактора, в котором пар генерируется непосредственно активной зоне и направляется в турбину.
Схема работы атомной электростанции с кипящим реактором 1. Корпус реактора;
2. Тепловыделяющие сборки 3. Стержни управления и защиты 4. Циркуляционные насосы 5. Приводы стержней СУЗ 6. Пар на турбину 7. Подпиточная вода 8. Цилиндр высокого давления турбины 9. Цилиндр низкого давления турбины 10. Турбогенератор 11. ВозбудиКонденсатор 13. Охлаждающая вода конденсатор 14. Подогреватель подпиточной воды 15. Питательный насос 16. Конденсатный насос 17. Железобетонное ограждение 18. Подключение к сети.
На атомной электростанции «Фукусима-1» три работающих энергоблока были остановлены действием аварийной защиты, все аварийные системы сработали в штатном режиме. Однако спустя час было прервано электроснабжение (в том числе от резервных дизель-генераторов), предположительно из-за последовавшего за землетрясением цунами. Электроснабжение необходимо для охлаждения остановленных реакторов, которые активно выделяют тепло в течение существенного времени после остановки. Сразу после потери резервных дизель-генераторов владелец станции компания TEPCO заявила правительству Японии об аварийной ситуации.
Предотвращение последствий аварий
Чернобыльская АЭС
В первые дни основные усилия были направлены на снижение радиоактивных выбросов из разрушенного реактора и предотвращение ещё более серьёзных последствий.
Например, существовали опасения, что из-за остаточного тепловыделения в топливе, остающемся в реакторе, произойдёт расплавление активной зоны ядерного реактора. Расплавленное вещество могло бы проникнуть в затопленное помещение под реактором и вызвать ещё один взрыв с большим выбросом радиоактивности. Вода из этих помещений была откачана. Также были приняты меры для того, чтобы предотвратить проникновение расплава в грунт под реактором.
Затем начались работы по очистке территории и захоронению разрушенного реактора. Вокруг 4-го блока был построен бетонный «саркофаг». Так как было принято решение о запуске 1-го, 2-го и 3-го блоков станции, радиоактивные обломки, разбросанные по территории АЭС и на крыше машинного зала были убраны внутрь саркофага или забетонированы. В помещениях первых трёх энергоблоков проводилась дезактивация. Строительство саркофага было завершено в ноябре 1986 года.
На сегодняшний день приемлемый уровень безопасности РБМК подтверждён на национальном уровне, а также международными экспертизами.
АЭС Фукусима
Были введены ограничения на употребление водопроводной воды детьми до одного года из-за обнаружения в ней иода-131, при этом его концентрация ниже значений, установленных в Японии для чрезвычайных ситуаций. Однако уже 24 марта в связи падением концентрации веществ в воде все ограничения были сняты. Ранее присутствие иода-131 и цезия-137 было обнаружено в молоке и шпинате в префектуре Фукусима. Употребление некоторых продуктов было запрещено, хотя это не несёт опасности для здоровья.
Министерство окружающей среды Японии провело замеры уровня радиации на побережье. Он превышал норму более чем в сто раз. Исходя из этого, ловля рыбы была запрещена.
В префектуре Фукусима ведутся работы по дезактивации зараженной почвы силами как специалистов, так и добровольцев. Процедура очистки радиоактивной почвы является крайне дорогостоящей; однако сделать почву вновь пригодной для использования и полностью очистить ее невозможно. Поэтому власти вынуждены уничтожать снятый верхний слой почвы. Планируется, что вывоз пластов почвы в специальные хранилища и её уничтожение займут тридцать лет.
Ростовская АЭС и АЭС Фукусима
На сегодняшний день атомная энергетика - это самый экономически выгодный способ получения электроэнергии, написал в своем интернет-блоге премьер-министр . Причем безопасный. Конечно, "при условии соблюдения соответствующих правил как во время проектирования, так и во время строительства и последующей эксплуатации станций", уточняет премьер-министр.
И с этими словами трудно не согласиться. Взять, к примеру, Ростовскую АЭС - филиал концерна "Росэнергоатом". Станция, которая 30 марта отметила десятилетие со дня пуска в промышленную эксплуатацию, расположена на берегу Цимлянского водохранилища в 13,5 км от Волгодонска.
Она стала первой в России, запущенной после чернобыльской трагедии и связанного с ней кризиса в атомной промышленности. По словам атомщиков, АЭС хорошо защищена от внешнего воздействия стихий. Развитие сценария, подобного японскому, под Волгодонском невозможно в принципе.
Современные ядерные реакторы по степени защиты и устойчивости к внешним воздействиям здесь отличаются на порядок от тех, что работали на "Фукусиме-1". И географическое положение Ростовской АЭС дает практически стопроцентную гарантию сохранности энергоблоков.
- У нас в проекте заложено, что вероятность расплавления активной зоны - то, что сейчас начинает происходить на "Фукусиме", - составляет 10 в минус 9-й степени случаев на реакторо-лет. Да и ученые-сейсмологи говорят: землетрясений больше 3 баллов здесь быть просто не может. Сам проект энергоблока на Ростовской АЭС рассчитан на максимальное расчетное землетрясение в 7 баллов, - говорит генеральный директор РоАЭС Андрей Сальников.
Сравнение реакторов ВВЭР-1000 и BWR-1200
В чем их отличия?
В первую очередь это срок эксплуатации. Разница в годах не малая - 41год. Реакторы 5 лет назад прошли освидетельствование и были допущены для дальнейшей работы на Фукусиме, собирались вывести из эксплуатации. Второе что я хотел отметить это контаймент, да он был у Фкусимы но в нём был только сам реактор а остальные элементы АЭС были без защиты, в отличии от Ростовской АЭС. Ростовская область находиться в сейсмоустойчивой зоне, то есть землетрясения нам не угрожают, а значит, не будет таких проблем как на Фукусиме с системой охлаждения при случае внештатной ситуации. Хоть и у нас принципиально разные системы охлаждения. Отличие систем реакторов в том, что у BWR всего 1 контур подачи теплоносителя, а у ВВЭР контура 2. Наличие 4-ех парогенераторов в реакторах ВВЭР-1000 являются дополнительным элементом охлаждения активной зоны.Анализ совершенных ошибок
Как и после Чернобыля 25 лет назад, японская трагедия вновь заставила мир задуматься о том, насколько безопасны атомные станции и можно ли без них обойтись. Лидеры некоторых европейских государств даже заявили о том, что, возможно, придётся принять решение о сворачивании атомных программ.
Японская трагедия вместе со всем ужасом, который она принесла миру, дает нам шанс переоценить наше самоуспокоенное отношение к атомной энергетике в России.
Так же, как и в Японии, у нас работают крайне старые и опасные АЭС, часть из которых принадлежат еще первому поколению советского производства, то есть были спроектированы около полувека назад.
И хотя России в некотором смысле повезло - природные катаклизмы, подобные тем, что происходили в Японии, явно не угрожают нашим атомным станциям, вероятность повторения фукусимской или чернобыльской трагедий в нашей стране я думаю, практически невозможна:
1. Современное законодательство, нормативные требования к эксплуатации АЭС;
2. Проектное решение предусматривает возможные внештатные ситуации;
3. Кадровый потенциал и опыт эксплуатации реакторов типа ВВЭР;
Министерство энергетики, Росатом провели анализ состояния атомной отрасли и анализ планов, перспектив развития атомной отрасли и представили результаты в правительство РФ. Российские власти весьма позитивно оценивают перспективы развития атомной энергетики в России. Ведь именно последнее десятилетие в нашей стране было направленно на обеспечение безопасной работы, устранение недоработок проектов действующих и строящихся энергоблоков АЭС, в то время как западные технологии рассматривали прежде всего вопросы экономической эффективности, а потом лишь безопасности. Я думаю, что обеспечение безопасности при работе ядерных энергоблоков – одна из важнейших задач, решаемых при проектировании и эксплуатации установки, а потом все остальное.
Вывод
Необходимо отметить, что атомная энергетика сегодня вполне конкурентоспособна по отношению к энергетике на органическом топливе и способна сохранить свое преимущество в обозримом будущем. Однако это преимущество не является стабильным и должно быть поддержано всеми техническими, технологическими и организационными средствами, ведь в первую очередь главное – безопасность! И не стоит забывать, что радиация - на долгие годы останется естественным и главным спутником развития цивилизации Человечества, благодаря тем благам, которые она несет людям.
Список использованной литературы
1. Ростовская атомная станция. Отчёт по экологической безопасности за 2013 год.- М.: Изд-во АНО «Центр содействия социально-экологическим инициативам атомной отрасли».
2. «Атом мирный - Первый…» (, )
3. «Лекарство для планеты» Том Блис Москва 2009
4. http://vnpp. rosenergoatom. ru/
5. «Ядерные реакции и их использование для получения электрической энергии.» . . 2008
6. «Атомный век. Хроника и фотографии.» 2010г. Москва.
7. http://ru. wikipedia. org
8. http://www. enstroyexpertiza. ru/news/580.html
