Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj Jan Składzień, Adam Fic, Ireneusz Szczygieł

1. Elektrownia w Czarnobylu26 kwietnia 1986 i dzisiajJan Składzień, Adam Fic, Ireneusz Szczygieł Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

2. substraty produkty + około 200 MeV energii (utlenienie C – 5 eV) Reakcja rozszczepienia 07.12.1938 – rozszczepienie jąder uranu (Otto Hahn, Fritz Strassman) Neutrony rozszczepieniowe prędkie, średnio 2 MeV natychmiastowe + opóźnione, około 0.67 % Spowalnianie reaktory termiczne do E < 1 eV Moderatory: H2O, D2O, C, Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

3. Reaktywność  r. nadkrytyczny r. krytyczny r. podkrytyczny Reakcja łańcuchowa w reaktorze produkcja – destrukcja neutronów (pochłanianie + ucieczka) ≥ 0 Regulacja reaktywności Cel: regulacja mocy, awaryjne wyłączanie kompensacja zmian reaktywności (temperatura, gęstość moderatora, zmiany składu, ksenon po wyłączeniu i obniżeniu poziomu mocy) Pochłaniacze w rdzeniu - pręty! Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

4. Z dziejów energetyki jądrowej 02.12.1942 – uruchomienie na 28 min. pierwszego reaktora jądrowego (Uniwersytet w Chicago, godz. 1525) 20.12.1951 – reaktor EBR-1 w Idaho Falls o godz. 1323 posłużył do wytworzenia 200 W energii elektrycznej 27.06.1954 – uruchomienie w Obnińsku (ZSRR) pierwszego jądrowego bloku energetycznego o mocy 5 MW i sprawności 17 % 17.07.1955 – reaktor Borax-III służy do zasilania w energię elektryczną miasteczka Arco (1200 mieszkańców) 17.10.1956 – uruchomienie w Calder Hall pierwszej na świecie komercyjnej elektrowni jądrowej 28.03.1979 – awaria w elektrowni TMI, Harrisburg, USA 25.04.1986, 1:06 – początek zdarzeń, które doprowadziły do katastrofy w Czarnobylu, ZSRR (Ukraina), 26.04. 1986, 1:23:49. Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

5. Problemy i zagrożenia w energetyce jądrowej Zagrożenie fikcyjne: wybuch typu jądrowego Sposoby podtrzymywania łańcuchowej reakcji rozszczepieniowej: - za pomocą neutronów rozszczepieniowych prędkich (wybuch jądrowy) - za pomocą neutronów termicznych natychmiastowych (Czarnobyl) - za pomocą neutronów termicznych natychmiastowych i opóźnionych Rzeczywiste problemy energetyki jądrowej - możliwość uwolnienia do otoczenia substancji radioaktywnych - występowanie zagrożeń wywołanych mocą powyłączeniową - zagrożenia wynikające z tworzenia się wolnego wodoru - konieczność odpowiedniego składowania wypalonego paliwa - większa skala cieplnego „skażenia środowiska” Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

6. Zapobieganie uwalnianiu do otoczenia silnie radioaktywnych substancji zawartych w wypalonym paliwie Bariery chroniące środowisko przed izotopami radioaktywnymi powstałymi w efekcie zachodzenia reakcji łańcuchowej rozszczepienia: - substancja paliwowa (zwykle UO2) - koszulki (osłona) paliwa jądrowego - ściany elementów obiegu pierwotnego (reaktorowego) - budynek reaktorowy (tzw. containment) Uwaga: ochrona środowiska przed uwolnieniem do niego silnie promieniotwórczych izotopów powstałych podczas pracy reaktora jest w praktyce zawsze związana z problemem przeciwdziałania możliwym niszczącym skutkom istnienia mocy powyłączeniowej Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

7. Lokalizacja Czarnobyla na mapie depozycji cezu-137 EJ Czarnobyl Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

8. EJ Czarnobyl i okolice Sławutycz Prypeć EJ Czarnobyl Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

9. Elektrownia w Czarnobylu 4 bloki LWGR-1000 (RBMK-1000) + dwa bloki w budowie Dwa bloki w przerwanej budowie • reaktor numer 1 – zamknięty w 1996 roku, był najstarszy. W latach 80. doszło tam do drobnego wypadku i ulotnienia się nieznacznych skażeń z kilku uszkodzonych jednostek paliwowych. Reaktor został naprawiony i uruchomiony ponownie. • reaktor numer 2 – zamknięty w roku 1991 na skutek pożaru turbiny prądotwórczej. • reaktor numer 3 – zamknięty w roku 2000. • reaktor numer 4 – 26 kwietnia 1986 roku doszło w nim do wybuchu o charakterze chemicznym, obecnie trwa renowacja betonowego sarkofagu, kryjącego szczątki reaktora. Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

10. Blok RBMK-1000 1000 MWe 3200 MWt Konstrukcja kanałowa Jeden obieg Chłodziwo – H2O Para nasycona, 6.86 MPa Rdzeń: Moderator – grafit 7∙11.8 m 180 t paliwa wzbogacenie 1.8 % 1661 kanałów paliwowych 221 kanałów na pręty pochłaniające Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

11. Hala reaktora RBMK Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

12. Kanały paliwowe i na pręty pochłaniające oraz rozerwana kaseta paliwowa 1661 kanałów paliwowych 221 kanałów na pręty pochłaniające Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

13. Model bloku przed i po wybuchu Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

14. Okoliczności i przyczyny zaistnienia katastrofy • Eksperyment podczas planowanego wyłączania reaktora. • Badanie regulatora napięcia generatora pracującego na wybiegu turbiny, • dopływ pary do turbiny odcięty, reaktor pracuje z mocą powyżej 640 (20%) MWt, • pracuje większość pomp, cel – chwilowe zapewnianie zasilania potrzeb własnych w stanach awaryjnych. • Reaktor ma dodatni mocowy (efekt parowy) współczynnik reaktywności przy niskich poziomach mocy (< 640 MWt), pracuje wówczas niestabilnie – instrukcja zabrania eksploatacji reaktora przy w.w. poziomie mocy. • Bardzo duży rdzeń wymagający regulacji reaktywności lokalnie, • układ sterowania bardzo skomplikowany, pręty poruszające się wolno, • instrukcja – nie zaleca się eksploatacji reaktora z mniej niż 26 grupami prętów pochłaniających ulokowanych w strefie wysokiej ich efektywności (1/3 – 2/3 głebokości), reaktor powinien być bezwględniewyłączony, gdy jest ich mniej niż 15. Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

15. Okoliczności i przyczyny zaistnienia katastrofy • Wadliwe rozwiązanie konstrukcji prętów pochłaniających. • Pręty pochłaniające wprowadzane do rdzenie w pierwszej fazie powodują przejściowy wzrost reaktywności – ich końcówki wykonane są z grafitu. • Ogromna ilość grafitu w rdzeniu – groźba jego zapalenia w podwyższonych temperaturach w obecności powietrza. • Brak obudowy bezpieczeństwa-w tym przypadku bez znaczenia Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

16. Chronologia zdarzeń 25 kwietnia 1986 rok: 01:06 w nocy – rozpoczęcie zmniejszania mocy reaktora, który pracował wówczas z mocą cieplnej 3200 MWt. ` 13:05 – odłączenie turbogeneratora numer 7, przy mocy cieplnej reaktora 1600 MWt. 14:00 – polecenie dyspozycji mocy wstrzymania procedury wyłączania reaktora i pracy bloku z jedną turbiną – spadek zapasu reaktywności na skutek efektu ksenonowego jest kompensowany poprzez wysuwanie z rdzenia prętów pochłaniających. 14:00 – Odcięcie układu chłodzenia awaryjnego – przewidziane procedurą realizacji eksperymentu – nie miało to znaczenia. 23:10 – zgoda dyspozycji mocy na wyłączenie reaktora – dalsze obniżanie mocy. Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

17. Chronologia zdarzeń 26 kwietnia 1986 rok: 00:00 – zmiana obsługi. 00:28 – efekt ksenonowy, moc cieplna spada z 500 do 30 MWt - wysuwanie z rdzenia kolejnych prętów umożliwia podniesienie mocy do 200 MWt około 1:00. 01:15 –reaktor pracuje niestabilnie, pojawiają się sygnały ostrzegawcze, blokada przez operatorów sygnałów z separatora do układu awaryjnego wyłączania reaktora, by nie spowodowały one wyłączenia reaktora. 01:23:04 – rozpoczęcie eksperymentu – odcięcie dopływu pary do turbiny, moc 200 MWt, w rdzeniu 8 grup prętów pochłaniających, włączone dodatkowe pompy. 01:23:21 – osiągnięcie stanu z dodatnim współczynnikiem parowym reaktywności – szybki wzrost mocy. 01:23:35 – niekontrolowany wzrost zawartości pary. 01:23:40 – zrzut prętów awaryjnych – przyśpieszenie wzrostu mocy. 01:23:48 – wybuch parowy (moc wyższa ponad 400 razy od znamionowej), a następnie wodoru – pożar. 05:00 - opanowanie pożaru zagrażającego sąsiednim blokom Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

18. Przebieg parametrów przed wybuchem Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

19. Planowany sarkofag Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj

20. Zdjęcia z wyjazdu, październik 2009 Elektrownia w Czarnobylu 26 kwietnia 1986 i dzisiaj