Фукусима-1. Новость + выдержки из доклада МАГАТЭ

[don_katalan]

Более 70% топлива было расплавлено в активной зоне блока №2 АЭС "Фукусима Дайичи" (Япония) в ходе аварии 2011 года.

К такому выводу, как пишет "Asahi Shimbun", пришла группа исследователей, в состав которой входят специалисты из университета Нагоя и корпорации "Toshiba".
Группа обследовала внутренности реактора второго блока методом мюонной радиографии. Она пришла к заключению о том, что в реакторе расплавилось "от 70 до 100%" топлива.
Результаты исследования группа представила в докладе "Measurement of Inner Structure of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant by Cosmic Ray Muon Radiography with Nuclear Emulsion", сделанном на конференции японского физического общества в Осаке 26 сентября 2015 года. (Текст доклада не опубликован.)
В марте 2015 года аналогичные исследования провела компания TEPCO на первом блоке. По предварительным выводам, "значительная часть" топлива была расплавлена, но доказательств проплавления корпуса обнаружено не было - однако в ходе исследования не рассматривалась нижняя часть корпуса.

Принцип мюонной радиографии и предложения применить на Фукусиме-1 представлен в докладе от 15.10.2013:
Development of muon radiography system with nuclear emulsion (Kunihiro Morishima and collaborators, Nagoya University)

Из доклада на конференции МАГАТЕ (http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/SupplementaryMaterials/P1710/Languages/Russian.pdf), последовательность событий по энергоблокам:

1 блок
В результате поступления сигнала о высоком давлении в корпусе реактора автоматически запустился изоляционный конденсатор (см. вставку 2.2), обеспечивающий охлаждение энергоблока 1. Когда реактор был остановлен после землетрясения, открылись изолирующие клапаны трубопровода возврата конденсата (другие изолирующие клапаны в трубопроводах были открыты в режиме нормальной эксплуатации). В соответствии с требованиями эксплуатационных регламентов система изоляционного конденсатора несколько раз останавливалась и вновь запускалась операторами с целью предотвращения чрезмерно быстрого охлаждения реактора и возникновения термических напряжений, превышающих проектные значения для корпуса реактора. Для этого производилось открытие и закрытие изолирующих клапанов в трубопроводах возврата конденсата [8].
В тот момент, когда цунами затопило площадку и произошел отказ электроснабжения, операторы только что остановили работу системы изоляционного конденсатора, закрыв клапан на трубопроводе возврата снаружи первичной защитной оболочки. У операторов не имелось информации относительно положений клапанов изоляционного конденсатора, и они предприняли первую попытку вручную запустить изоляционный конденсатор лишь приблизительно три часа спустя. Операторы не имели достаточной подготовки, позволяющей им понять, как клапаны срабатывают в этих условиях. В конце концов они предприняли две безуспешные попытки вновь запустить из помещения главного щита управления изоляционный конденсатор путем открытия наружных изолирующих клапанов. У операторов не имелось регламентов ручного управления изоляционным конденсатором. На момент подготовки настоящего доклада точное положение всех клапанов в системе изоляционного конденсатора оставалось неизвестным, однако имеются указания на то, что изоляционный конденсатор после цунами не работал [8].
Система впрыска охлаждающей воды под высоким давлением с приводом от паровой турбины была неработоспособна ввиду отказа электроснабжения постоянного тока.
После потери работоспособности изоляционного конденсатора и системы впрыска охлаждающей воды под давлением необходимо было найти способ впрыска воды в корпус реактора с помощью оборудования низкого давления, например насосов для пожаротушения или пожарных автомобилей. Операторами были своевременно подготовлены трубопроводы для впрыска, но для того, чтобы можно было осуществить впрыск под низким давлением, было также необходимо понизить давление в корпусе реактора путем открытия предохранительных клапанов. Открыть эти клапаны не удалось ввиду отказа энергоснабжения устройств управления и подачи сжатого воздуха высокого давления. Давление в корпусе реактора и в защитной оболочке было слишком высоким и не позволяло осуществлять впрыск воды в объемах, достаточных для охлаждения топлива без вентилирования защитной оболочки и сброса давления в корпусе реактора. Таким образом, альтернативные системы впрыска воды оказались не в состоянии обеспечить впрыск воды в корпус реактора.
Давление в корпусе реактора оставалось высоким до тех пор, пока не произошло серьезное повреждение активной зоны. Наиболее вероятной причиной сброса давления был прорыв корпуса реактора в результате расплавления [44]. Предположение о сбросе давления вследствие прорыва подкрепляется фактом повышения давления в защитной оболочке через несколько часов после того, как возникли признаки серьезного повреждения активной зоны. Последующее снижение давления обеспечило условия для первого впрыска воды в корпус реактора приблизительно через 12 часов после цунами. Однако к этому времени топливо уже подверглось серьезному повреждению [8].
Согласно оценкам, повреждение активной зоны реактора произошло приблизительно через 4-5 часов после цунами и через 6-8 часов после цунами материалы расплавленной активной зоны прорвали днище корпуса реактора. Первые признаки радиоактивного выброса в окружающую среду были отмечены примерно через 12 часов после цунами, а крупный выброс произошел, когда приблизительно через 23 часа после цунами было осуществлено вентилирование защитной оболочки энергоблока 1 с целью предотвращения ее прорыва из-за высокого давления. Химические реакции между оболочкой топлива и водой привели к образованию больших количеств водорода, распространившегося из корпуса реактора в защитную оболочку и затем проникшего в реакторное здание

блок 2
Конструкция энергоблока 2 имеет некоторые отличия в плане отвода остаточного тепла из активной зоны реактора. Система охлаждения активной зоны реактора в условиях изоляции (см. вставку 2.2) использует пар, поступающий из корпуса реактора, для приведения в действие турбины, которая подает воду в корпус реактора. Система охлаждения активной зоны реактора в условиях изоляции энергоблока 2 была запущена вручную после потери энергоснабжения за пределами площадки. Для дистанционного управления этой системой было необходимо электропитание постоянного тока, и она была рассчитана на работу в течение как минимум четырех часов. Однако система продолжала работать в тяжелых условиях около 68 часов без электропитания постоянного тока и без вмешательства оператора [8]. Эта система успешно поддерживала уровень воды в корпусе реактора, позволявший покрыть топливо, и обеспечивала выполнение функции охлаждения.
Имеются свидетельства того, что примерно через 68 часов произошел отказ системы охлаждения активной зоны реактора в условиях изоляции. Поэтому продолжение впрыска воды в корпус реактора оказалось невозможным ввиду высокого давления в нем. Уровень воды в корпусе реактора, согласно оценке, понизился, достигнув верхней части активной зоны реактора через несколько часов после прекращения работы системы охлаждения активной зоны реактора в условиях изоляции. Операторы использовали альтернативное оборудование для обеспечения впрыска воды под низким давлением, аналогичное тому, которое имелось для энергоблока 1. После некоторых первоначальных трудностей им удалось добиться снижения давления в корпусе реактора путем открытия предохранительных клапанов, хотя впрыск произошел слишком поздно и не смог предотвратить быстрый разогрев топлива и повреждение активной зоны реактора.
Система вентилирования защитной оболочки не смогла обеспечить сброс давления на энергоблоке 2. Предполагается, что этот отказ произошел из-за того, что не было разрыва предохранительной мембраны. Согласно оценкам, расплавление активной зоны реактора энергоблока 2 началось примерно через 76 часов после цунами. Радиоактивные выбросы начались примерно через 89 часов после цунами, вслед за прорывом границы защитной оболочки, о чем свидетельствовало резкое падение давления в защитной оболочке

блок 3
В отличие от ситуации на энергоблоках 1 и 2, электропитание постоянного тока на энергоблоке 3 сохранялось примерно около двух суток. Это означало, что система охлаждения активной зоны реактора в условиях изоляции и система впрыска охлаждающей воды под высоким давлением, насосы которых работали от паровых турбин, сохраняли работоспособность. Первоначально операторам удавалось поддерживать уровень воды в активной зоне реактора путем впрыска воды с использованием системы охлаждения активной зоны реактора в условиях изоляции. Они использовали процедуры, позволявшие им увеличить срок службы аккумуляторов системы охлаждения активной зоны реактора в условиях изоляции [8].
Кроме того, был возможен сброс пара из корпуса реактора в камеру понижения давления, а давление в камере понижения давления можно было контролировать посредством распыления воды, подаваемой пожарными насосами. Эта ситуация сохранялась в течение 20 часов, до тех пор пока система охлаждения активной зоны реактора в условиях изоляции не прекратила работу и ее не удалось запустить вновь.
Система впрыска охлаждающей воды под высоким давлением автоматически начала впрыск воды в корпус реактора, с тем чтобы поддержать уровень воды. Система впрыска охлаждающей воды под высоким давлением предназначена для оперативной закачки воды в корпус реактора при возникновении течи в системе теплоносителя реактора. Эта система оказалась весьма эффективной и позволила понизить давление в корпусе реактора. Однако это привело к ситуации, когда давление пара на входе турбины насоса упало ниже предельного согласно спецификациям насоса и эффективность насоса значительно снизилась. Операторы решили отключить систему примерно через 14 часов из-за опасения, что система может выйти из строя и могут возникнуть утечки радиоактивных материалов за пределы защитной оболочки.
После останова системы впрыска охлаждающей воды под высоким давлением операторы подготовили трубопровод впрыска в корпус реактора и были готовы начать впрыск в корпус реактора морской воды. Однако из-за высокого давления в реакторе впрыск морской воды был невозможен до тех пор, пока давление в нем не было сброшено. Следовательно, из-за задержки впрыска воды в корпус реактора уровень воды в нем продолжал понижаться, приближаясь к уровню верхней части топливных сборок. Согласно оценкам, автоматический сигнал, предположительно ложный, привел к быстрому автоматическому сбросу давления предохранительными клапанами до того, как операторы смогли открыть предохранительные клапаны более контролируемым образом [46]. Сброс давления в совокупности с низким уровнем воды в корпусе реактора вызвал, согласно оценкам, вскипание оставшейся в активной зоне реактора воды и мгновенное превращение ее в пар, что привело к потере надлежащего охлаждения активной зоны. Последующая серия событий, приведших к потере охлаждения активной зоны реактора, аналогична событиям на энергоблоке 2.
Активная зона начала перегреваться, и мощный выброс пара из корпуса реактора в камеру понижения давления защитной оболочки привел к возрастанию давления до уровня, при котором произошел разрыв предохранительной мембраны в вентиляционном трубопроводе, открывая путь в окружающую среду [8]. По оценкам, расплавление активной зоны реактора энергоблока 3 началось примерно через 43 часа после цунами. Мощные радиоактивные выбросы начались примерно через 47 часов после цунами.

Бассейны выдержки отработавшего топлива
Первые несколько дней после цунами операторы считали, что в бассейнах выдержки отработавшего топлива имеется достаточное количество воды и перегрев топлива не является безотлагательной проблемой. Это мнение изменилось 15 марта, когда в реакторном здании энергоблока 4 произошел взрыв. На тот момент считали, что причиной взрыва был водород, а единственным возможным источником водорода на энергоблоке 4 могло быть перегретое топливо в бассейне выдержки отработавшего топлива из-за того, что оно оказалось не покрытым водой. Это сразу же вызвало тревогу по поводу количества воды, оставшейся в этом бассейне, и были предприняты усилия с целью определения уровня воды в бассейнах выдержки отработавшего топлива.
Проведенные 16 марта визуальные проверки показали, что в бассейне при энергоблоке 4 вода все еще оставалась, однако возникли опасения по поводу положения дел на энергоблоке 3, что привело к принятию различных мер, направленных на смягчение ситуации, включая сброс воды с вертолетов. Последующие анализ и инспекции показали, что уровень воды в бассейнах выдержки отработавшего топлива энергоблоков 3 и 4 не упал до уровня отработавшего топлива. Эти инспекции подтвердили, что взрыв на энергоблоке 4 был вызван водородом, а источником водорода было не топливо в бассейне выдержки отработавшего топлива энергоблока 4, а распространение водорода из энергоблока 3 в энергоблок 4 через общую систему вентилирования. Однако отсутствие сведений о фактических условиях в бассейне выдержки отработавшего топлива во время аварии вследствие выхода из строя контрольно-измерительной аппаратуры привело к тому, что были предприняты усилия с целью пополнения воды в бассейне.