Фукусима: если не подавать воду
Компания TEPCO опубликовала документ, содержащий анализ возможной аварии с потерей охлаждения аварийных блоков АЭС "Фукусима Дайичи" через собранные на блоках замкнутые "через дырки" контура.
Возможные отказы
Нынешний вариант системы охлаждения фукусимских блоков можно считать замкнутыми только условно. Наличие отверстий в корпусах реакторов и основных трубопроводов, образовавшихся в ходе активной фазы аварии не позволяет говорить о герметичном замыкании контура.
Однако с вводом в строй установки по очистке и дезактивации воды собранные протечки вновь возвращаются в контур, что и позволяет компании TEPCO называть его замкнутым.
В нормальных условиях на блоках поддерживается баланс между расходом подаваемой воды и потерями на протечки и вынос с паром. Уровень воды в реакторе сохраняется стабильным, остатки топлива в корпусе надёжно охлаждаются.
Последствия потери подачи воды по тем или иным причинам достаточно очевидны. Уровень воды в корпусе будет падать вплоть до полного осушения, температура кориума начнёт возрастать.
Компания TEPCO определила основные причины, по которым подача воды на блок может прерваться. Это потеря источника воды, повреждение на трубопроводах, потеря электропитания насоса или его отказ.
Для каждого из возможных событий компания предусмотрела необходимые действия для возобновления подачи воды. Так, при отказе насоса будет подключён резервный насос или аварийный насос, установленный на возвышенности.
При потере электропитания контур будет переключён на упомянутый аварийный насос с дизель-генератором, либо подача воды будет производиться мобильными пожарными насосами (пожарными машинами).
При потере источника воды контур напрямую переключается на бак с отфильтрованной водой, получаемой после работы установки по очистке. Наконец, при сильных течах в трубопроводе контура есть возможность задействовать другую имеющуюся линию.
В случае любого из перечисленных отказов восстановление подачи воды на блок занимает около 30 минут.
Если по тем или иным причинам защитные меры, перечисленные ранее, не сработают, и подача воды не будет возобновлена, то у специалистов на площадке есть запасной план. Он представляет собой возврат к действиям в первые дни аварии, то есть, к заливке в реактор морской воды пожарными машинами.
Как предполагается, подача в этом случае будет производиться на каждый блок двумя машинами, от каждой из которых будут протянуты собственные шланги.
В среднем, на развёртывание машин и шлангов будет уходить до трёх часов. Однако в своём анализе компания TEPCO предупреждает, что точное время операции будет зависеть от конкретной обстановки на площадке.
Рост температуры топлива
Компания TEPCO получила оценки влияния на состояние расплавленного топлива перерыва в подаче воды. Оценки делались в следующих консервативных приближениях.
Считалось, что всё остаточное энерговыделение в реакторе происходит исключительно за счёт топлива. На самом деле, это не совсем так, и имеется выделение энергии из активированных конструкционных материалов.
Предполагалось также, что вода из корпуса реактора уходит одновременно с прекращением её подачи.
Данные по остаточному энерговыделению на блоках №№1-3 по состоянию на 1 октября 2011 года были приняты такими - 0,64 МВт для первого блока, 0,91 МВт для второго и 0,93 МВт для третьего блока. Удельная теплоёмкость топлива взята равной 0,4 кДж/(кг×°C). Вес топлива по блокам - 120, 164 и 164 тонны, соответственно.
При таких входных данных было получено, что температура топлива после прекращения подачи воды будет расти со скоростью 50°C/ч.
Пароциркониевая реакция и повторное расплавление топлива
Рост температуры топлива создаёт угрозу возникновения пароциркониевой реакции. Она может начаться при возобновлении подачи воды и контакте воды с нагретым топливом после длительного перерыва в подаче.
Кстати, именно этот эффект мог привести 12 марта 2011 года к образованию на первом блоке АЭС "Фукусима Дайичи" большого объёма водорода и последующему взрыву. Утром в 5:50 12 марта смена приступила к подаче на первый блок несолёной воды из пожарных резервуаров в условиях, когда топливо уже было расплавлено. Это могло вызвать бурную пароциркониевую реакцию.
TEPCO предлагает следующую оценку. Если подача воды будет полностью прекращена на 18-19 часов, то в этом случае при её возобновлении возможно быстрое протекание пароциркониевой реакции в расплаве.
Оценки получены в предположении, что исходная температура кориума поддерживается равной 300°C. Скорость нагрева топлива была уже посчитана как 50°C/ч. Температура быстрого протекания пароциркониевой реакции 1200°C.
Другая потенциальная опасность, связанная с длительным прекращением подачи воды на фукусимские блоки, касается возможного расплавления топлива. Температуру плавления для эвтектики U-Zr-O, которую сейчас представляет собой топливо, специалисты TEPCO принимают равной 2200°C. Простой арифметический расчёт показывает, что для нагрева до такой температуры реактор нужно оставить без подачи воды на 38 часов.
В особом замечании компания TEPCO указывает, что на самом деле изменение температуры будет замедляться с нагревом топлива, что в нашем случае работает в запас безопасности. Более подробные расчёты компания обещает представить позже.
Таким образом, угроза расплавления топлива выглядит малореальной, так как для её осуществления подача воды на блоки должна быть полностью прекращена на 38 часов - а в действительности, на больший период. Но если это событие всё-таки произойдёт, то оно будет сопровождаться выбросом радиоактивных веществ, и мощность дозы у периметра площадки превысит значения, принятые для эвакуации.
Выводы
В документе компании TEPCO говорится, что в обычных условиях отказы в замкнутой системе охлаждения аварийных блоков будут устраняться в пределах 30 минут.
Рост температуры кориума при прекращении подачи воды составит в консервативном приближении 50°C/ч. Это означает, что топливо нагреется до температуры быстрого протекания пароциркониевой реакции за 18-19 часов перерыва в подаче.
Если подача воды прекратится на срок 38 и более часов, то возможно повторное расплавление топлива. В этом случае может произойти выход в атмосферу радиоактивных веществ, и мощность дозы у границы площадки может подняться до эвакуационных пределов.
"Система подачи воды в реактор является наиважнейшей системой для охлаждения реактора. Поэтому мы продолжим наши усилия по повышению её надёжности", - говорится в документе.
