Ochrona obiektów reaktora EPR przed zdarzeniami wewnętrznymi i zewnętrznymi 172

Układy ważne dla bezpieczeństwa reaktora rozmieszczone w czterech osobnych budynkach (Rys. 4.26), przy czym tylko jeden z tych zwielokrotnionych podukładów jest wystarczający do zapewnienia bezpieczeństwa, a pozostałe służą jako rezerwowe. Taka zasada projektowania (separacja przestrzenna i przez bariery fizyczne) pozwala nie tylko na przeprowadzanie kontroli i wykonywanie napraw jednego z podukładów w czasie pracy reaktora, ale zabezpiecza także przed różnymi zagrożeniami wewnętrznymi lub zewnętrznymi. W tym np. atakiem terrorystycznym – gdyż w razie uderzenia samolotu w jeden z czterech budynków pozostałe trzy nie ulegną zniszczeniu i znajdujące się w nich układy bezpieczeństwa z dużym zapasem wystarczą do bezpiecznego wyłączenia i wychłodzenia reaktora.

Rys. 4.26. Separacja przestrzenna i fizyczna układów bezpieczeństwa EPR [AREVA].

Obudowa bezpieczeństwa reaktora oraz najważniejsze dla bezpieczeństwa obiekty chronione są przed zagrożeniami zewnętrznymi przez wzmocnienie konstrukcji i/lub przez separację przestrzenną – dzięki czemu nie jest możliwe jednoczesne uszkodzenie ich wszystkich – np. przez uderzenie samolotu (Rys. 4.27).

Obiekty wzmocnione, odporne są na uderzenie samolotu i wybuch zewnętrzny (co zapewnia mocna powłoka żelbetowa o grubości 1,8 m), to:

1. Obudowa bezpieczeństwa reaktora

2. Dwa budynki układów bezpieczeństwa (2 z 4-ch) – zlokalizowane od strony budynku maszynowni

3. Budynek paliwowy (mieszczący magazyny świeżego i wypalonego paliwa jądrowego).

Z kolei obiekty chronione przez separację przestrzenną to:

4. Budynki układów bezpieczeństwa (pozostałe 2 z 4-ch) 5. Awaryjne siłownie dieslowskie.

Rys. 4.27. Obiekty reaktora EPR chronione przed zdarzeniami zewnętrznymi [AREVA].

4.6.2.5 Ochrona integralności obudowy bezpieczeństwa reaktora EPR

Rozwiązania projektowe reaktora EPR zapewniają zatrzymanie produktów rozszczepienia wewnątrz obudowy nawet przy hipotetycznej ciężkiej awarii ze stopieniem rdzenia, w szczególności przez zastosowanie środków ochrony integralności konstrukcyjnej i skuteczności działania obudowy bezpieczeństwa takich jak:

– Ochrona płyty fundamentowej przed uszkodzeniem przez stopiony rdzeń, który mógłby wydostać się ze zbiornika reaktora po jego przetopieniu;

– Eliminacja ryzyka związanego z potencjalnym niekontrolowanym spalaniem lub detonacją wodoru w obudowie bezpieczeństwa;

– Zapewnienie niezawodnego długookresowego chłodzenia obudowy bezpieczeństwa po awarii.

Ochrona płyty fundamentowej przed uszkodzeniem przez stopiony rdzeń

Płyta fundamentowa, na której posadowiona jest obudowa bezpieczeństwa reaktora ma grubość prawie 4 m. Aby zabezpieczyć ją przed uszkodzeniem przez stopiony rdzeń reaktora – skutkiem czego byłaby oczywiście utrata integralności konstrukcyjnej obudowy – zaprojektowano układ tzw. „chwytacza rdzenia” (jest to specyficzne rozwiązaniem wprowadzone tylko w reaktorze EPR). Założono, że stopiony rdzeń, który zbierze się na dnie zbiornika ciśnieniowego reaktora, po pewnym czasie go przetopi i spłynie w dół do dolnej części studni reaktora. Wówczas mógłby on bezpośrednio „atakować” beton dna studni reaktora i następnie płyty fundamentowej, mogąc w efekcie doprowadzić do jej uszkodzenia.

2

2 1

3 4

5

5

Zabiegnie temu specjalnie zaprojektowana konstrukcja rozległego zbiornika zwanego

„chwytaczem rdzenia” (Rys. 4.28 i 4.29) dokąd stopiony rdzeń spłynie specjalnym tunelem przelewowym i w którym zostanie on następnie wychłodzony i zestalony.

Rys. 4.28. „Chwytacz rdzenia” z pasywnym układem chłodzenia [AREVA].

Powierzchnie dolnej części studni reaktora, tunelu przelewowego i zbiornika „chwytacza”

wyłożone są odpowiednimi materiałami ochronnymi i ogniotrwałymi. „Chwytacz rdzenia”

posiada układ chłodzenia pozwalający na długotrwałe odprowadzanie ciepła powyłączeniowego generującego się w stopionym rdzeniu.

Rys. 4.29. Schemat konstrukcji i działania „chwytacza rdzenia” [AREVA].

Zbiornik reaktora

Utrzymanie i stabilizacja stopionego rdzenia w „chwytaczu” przebiega w następujący sposób:

1) Stopiony rdzeń – po przetopieniu dna zbiornika – zbiera się na dnie studni reaktora (powierzchnia dolnej części studni reaktora zabezpieczona jest warstwą betonu protektorowego i podkładowej wykładziny ogniotrwałej).

2) Po przetopieniu stalowej przepony w dnie studni reaktora, stopiony rdzeń przepływa kanałem (z materiału ogniotrwałego) do przestrzeni „chwytacza”:

– rozprzestrzenia się na powierzchni 170 m², tworząc stosunkowo cienką warstwę - co ułatwia jego chłodzenie,

– dno „chwytacza” wyłożone grubymi płytami stalowymi, pokrytymi betonem protektorowym – zabezpiecza to płytę fundamentową obudowy bezpieczeństwa przed uszkodzeniem,

– pod płytami znajdują się kanały, przez które przepływa woda chłodząca, – stopiony materiał rdzenia ulega wstępnemu wychłodzeniu i zestaleniu.

Przepływ stopionego rdzenia ze studni reaktora do chwytacza inicjuje urządzenie bierne – stalowa przepona przetopiona pod działaniem ciepła rdzenia.

3) Następnie wstępnie schłodzony i zestalony materiał rdzenia zalewany jest wodą (co jest również inicjowane przez urządzenie bierne z łatwo-topliwą przeponą).

4) Dalej następuje pasywne chłodzenie materiału rdzenia wodą dopływającą pod działaniem grawitacji ze zbiornika IRWST wewnątrz obudowy bezpieczeństwa i jej odparowanie. To wydajne chłodzenie zapewnia ustabilizowanie stopionego materiał rdzenia w ciągu kilku godzin oraz jego całkowicie zestalenie w ciągu kilku dób.

5) Długotrwałe chłodzenie zestalonego rdzenia przez czynny układ chłodzenia (zraszania) obudowy bezpieczeństwa, uruchamiany przez operatora.

Dzięki tym rozwiązaniom, nawet awaria ze stopieniem rdzenia nie spowoduje wypływu stopionego materiału poza obudowę bezpieczeństwa.

Eliminacja ryzyka związanego z wodorem Wodór może wydzielić się na skutek reakcji:

– cyrkonu koszulek paliwowych z wodą;

– stopionego rdzenia z betonem w strefie „chwytacza rdzenia” - w razie ciężkiej awarii ze stopieniem rdzenia i przetopieniem zbiornika reaktora.

Wewnętrzna powłoka obudowy bezpieczeństwa (ze sprężonego betonu) obliczona jest na wytrzymanie ciśnienia i temperatury jakie mogłyby wytworzyć się przy spalaniu wodoru. Konieczne jest jednak zapobieżenie jego detonacji – czyli utrzymanie składu mieszaniny parowo-gazowej w obudowie bezpieczeństwa poza granicami strefy możliwej detonacji wodoru. Tym niemniej w projekcie reaktora EPR zastosowano rozwiązania zapobiegające nie tylko detonacji ale też zapłonowi (niekontrolowanemu spalaniu) wodoru w obudowie bezpieczeństwa. Uzyskuje się to przez:

– Efektywne mieszanie w konwekcji naturalnej atmosfery obudowy zapobiegające powstaniu lokalnych niebezpiecznych stężeń wodoru;

– Usuwanie wodoru z atmosfery obudowy za pomocą 47 pasywnych autokatalitycznych rekombinatorów (Rys. 4.30) rozmieszczonych w różnych jej miejscach.

Globalne stężenia wodoru musi być utrzymane <10%, a po upływie ok. 12 godzin od zapoczątkowania ciężkiej awarii zostałoby one obniżone poniżej 4%.

Rys. 4.30. Pasywny autokatalityczny rekombinator

wodoru [AREVA].

Chłodzenie obudowy bezpieczeństwa EPR i długotrwałe odprowadzanie ciepła powyłączeniowego

W razie ciężkiej awarii ciepło z obudowy bezpieczeństwa w długim okresie czasu odprowadzane jest do ostatecznego odbiornika ciepła za pomocą układu chłodzenia obudowy z wymiennikami ciepła – poprzez jej zraszanie – co zabezpiecza przed wzrostem ciśnienia wewnątrz obudowy (Rys. 4.31). Jednocześnie z atmosfery obudowy wymywane są radioaktywne izotopy jodu (dla zwiększenia efektywności tego procesu do wody zraszającej obudowę dodaje się wodorotlenek sodu).

Układ chłodzenia obudowy umożliwia też skierowanie przepływu wody do „chwytacza rdzenia” (zamiast do dysz zraszających obudowę) i bezpośrednie chłodzenie materiału stopionego rdzenia (jest to drugi tryb pracy tego układu).

Układ ten uruchamiany jest przez operatora w czasie do 12 godzin od początku awarii, w razie braku zewnętrznego zasilania elektrycznego jest on zasilany awaryjnego generatora dieslowskiego.

Rys. 4.31. Układ chłodzenia obudowy bezpieczeństwa (CHRS) – 2 podukłady [AREVA].

Dzięki rozwiązaniom technicznym opisanych w podrozdziale 4.6.2.5, nawet w razie wystąpienia ciężkiej awarii z całkowitym stopieniem rdzenia reaktora EPR, jego obudowa bezpieczeństwa pozostałaby nienaruszona – zapewniając utrzymanie substancji promieniotwórczych wewnątrz, a tym samym także bezpieczeństwo ludności i środowiska w otoczeniu elektrowni jądrowej.