Характер протекания аварии реактора определяется количеством выделяемой энергии и конструктивными особенностями реактора и его систем. Правильная оценка количества энергии, высвобождаемой при аварии, особенно при аварии с разрывом (обрывом) главного трубопровода 1-го контура, важна также для проектирования систем обеспечения безопасности.
В ВВЭР потенциальными источниками аварийного выделения энергии могут быть: 1) всплеск мощности; 2) энергия радиоактивного распада продуктов деления; 3) тепло, запасенное водой и конструкционными материалами реакторной установки; 4) химические реакции между материалами активной зоны. Вклад этих источников и их влияние на развитие аварии в первую очередь зависят от скорости
выделения энергии. Так, всплеск мощности при аварийном разгоне может произойти за несколько миллисекунд, а для выделения такого же количества энергии при распаде продуктов деления требуются сутки.
В реакторах ВВЭР катастрофические ядерные разгоны практически невероятны, а наибольшую практическую опасность при аварии представляет энергия, запасенная в воде 1-го контура.
Приблизительные данные об основных источниках энергии для реакторов типа ВВЭР и соотношение между ними могут быть проиллюстрированы на примере реактора с водой под давлением АЭС «Янки» США (тепловая мощность 485 МВт, рабочая температура воды 268 °С, рабочее давление воды 140 кгс/см2, топливо 23,7 т ) (табл. 10.2).
В реакторах ВВЭР условия, необходимые для реакций металл —вода, могут возникнуть только при развитии аварий, связанных с крупными утечками воды из 1-го контура и отказом систем аварийного охлаждения, приводящим к расплавлению части твэлов.
В табл. 10.3, составленной по данным [75], приведены некоторые возможные химические реакции типа
Ме+n Н2О-»Ме Оn+n Н2. (10.1)
Даже при сравнительно невысокой скорости протекания реакции циркония с паром количество выделяющегося тепла соизмеримо с остаточным энерговыделением в подкритическом остановленном реакторе [156].
Водород, выделяющийся при взаимодействии металла с водой, может создавать потенциальную опасность водородного взрыва. Анализ безопасности реактора АЭС «Шиппингпорт» (США) показал, что при аварийной утечке теплоносителя 1-го контура наружный слой циркониевой оболочки толщиной 0,127 мм (общая толщина оболочки 0,762 мм) реагирует с водой в течение 11 мин до начала плавления оболочки [75]. Ввиду того, что реакция металл — вода рассматривается как вторичная опасность, возникающая только после расплавления части твэлов, при проектировании реакторов предусматривают все необходимые меры, исключающие большие утечки теплоносителя из активной зоны и недопустимый перегрев твэлов.
Таблица 10.2. Теоретические аварийные источники энергии в реакторе АЭС «Янки» [75]
Источник энергии | Энергия, кДж | Примечание |
Всплеск мощности при разгоне | 2,НО1 | Испарение 20% топлива |
Химическая реакция | 1,05-107 | Реакция всего циркапоя-2 и нержавеющей стали, находящихся в активной зоне, с водой 1-го контура |
Остаточное тепловыделение | 3,2· 107 | Суммарное тепловыделение в течение суток после остановки реактора, проработавшего длительное время |
Энергия, запасенная теплоносителем (водой) | 1,05-10® | Учитывается вся вода 1-го контура |
Таблица 10.3. Термодинамические параметры возможных химических реакций
* Приведено к нормальным условиям.
Энергия, запасенная водой и конструкционными материалами 1-го контура, определяется рабочими параметрами реакторной установки, в частности температурой, давлением и массой воды в контуре. Влияние этой энергии на развитие и последствия аварии во многом определяется эффективностью предохранительных и защитных устройств, служащих для обеспечения безопасности АЭС (см. § 10.6).
