Действия основных функций безопасности должны быть обеспечены конкретными проектными решениями.
К этим решениям относится обеспечение в проекте АС:
- защиты РУ от аварийных изменений мощности (реактивности реактора), при необходимости автоматической аварийной остановки ее и целостности активной зоны реактора;
- высоконадежного охлаждения РУ при нормальной эксплуатации и при возникновении различных аварийных ситуаций;
- герметичности системы теплоносителя РУ;
-удержания массы РАВ, выбрасываемой в окружающую среду при возникновении ядерных и радиационных аварий, в границах физических барьеров, защиты (поддержание герметичности) системы теплоносителя, герметичного ограждения РУ и радиационной защиты;
-надежного контроля за состоянием безопасности и способности управления АЭС при нормальных условиях эксплуатации, вероятных аномальных событиях и проектных авариях.
Рассмотрим особенности этих проектных решений.
Для удержания под контролем аварийных изменений мощности, связанных чаще всего с резким изменением реактивности реактора, предусматриваются обычно комбинация внутренних свойств самозащищенности реактора (отрицательной обратной связи по реактивности) и специальной системы эффективного управления реактивностью во всех условиях эксплуатации (компенсации изменений реактивности). Это должно обеспечивать подавление мощности переходных процессов, вызванных изменением реактивности.
Кроме того, используется система аварийной остановки реактора, независимая от систем управления реактивностью. Эта система должна иметь высоконадежный ввод отрицательной реактивности и действовать постоянно против возможности аварийного возникновения цепной реакции деления. Эти защитные системы обязательно проектируются с консервативным запасом и с учетом воздействия внешних событий, отказов оборудования, ошибок персонала и недопущения перехода их к тяжелым авариям, связанным со значительным увеличением реактивности.
Для предотвращения таких аварий предусматриваются, например, проектные меры, направленные на ограничение скорости извлечения органов управления реактивностью и исключение образования критичности при извлечения одной ТВС на ходу или при перегрузке топлива.
Для обеспечения целостности активная зона проектируется так, чтобы она была механически устойчивой к проектным авариям, а возможные при этом деформации не нарушали систем управления реактивностью, возможности аварийной остановки и охлаждения реактора.
В активной зоне могут возникать резкие радиальные градиенты тепловыделения, что приводит к различным деформациям ТВС и активной зоны. Это может вызвать вибрацию твэлов, колебания нейтроннофизических параметров, износ и разгерметизацию оболочек твэлов и повреждение топливных таблеток, то есть нарушение герметичности двух первых физических барьеров.
Для предотвращения тепловой, механической, нейтронно-физической и радиационной деформации активной зоны применяются механические ограничительные устройства, препятствующие большим изменениям реактивности, а также принимаются меры по обеспечению высокого качества, в первую очередь, твэлов и ТВС и других внутриреакторных устройств.
Обеспечение высоконадежного охлаждения РУ в нормальных и аварийных условиях и отвод остаточных тепловыделений после остановки реактора являются важной фундаментальной функцией безопасности.
Основная задача этой функции - недопущение перегрева и предотвращение разрушения или ослабление последствий разрушения аз.
Для этого в проекте предусматриваются системы и оборудование:
- для нормального теплоотвода во всех режимах системы контура теплоносителя и рабочего контура с последующей передачей тепла конечному поглотителю с помощью градирен, брызгальных или охлаждающих бассейнов;
- для отвода тепла в аварийных условиях может использоваться штатная система нормального охлаждения (если она работоспособна); кроме того, предусматриваются специальные альтернативные системы и оборудование. К альтернативным средствам относятся активные и пассивные САОЗ, системы и устройства безопасности (аварийной подпитки ПГ, аварийной подачи питательной воды в рабочий контур, БРУ-А, БРУ-К на главном паропроводе и др.), использование принципа естественной циркуляции теплоносителя в замкнутом первом контуре для отвода остаточных тепловыделений в остановленном реакторе.
Герметичность системы теплоносителя РУ определяет третий физический барьер, удерживающий теплоноситель в его границах. Нарушение целостности этого барьера приводит не только к потере функции удержания РАВ (радиоактивного теплоносителя и продуктов деления при ядерных авариях), но и к уменьшению возможностей охлаждения АЗ. Прекращения или значительное (существенное) уменьшение охлаждения приводит к перегреву и плавлению АЗ с развитием тяжелой ядерной аварии.
Надежность герметичности контура теплоносителя при проектировании обеспечивается следующими мерами:
-точным соблюдением жестких ядерных норм, стандартов и правил по корпусам элементов и трубопроводов, составляющих РУ;
- выбором соответствующих материалов;
- качественным изготовлением и монтажом оборудования;
- постоянным контролем и испытаниями с использованием ультразвуковых, радиографических, гелиевых и других методов контроля.
В течение всего срока службы АЭС целостность 1-го контура подвергается инспекциям, анализу образцов материалов корпусов и трубопроводов на прочность с учетом механизма их деградации под действием коррозии, эрозии, охрупчивания; особое внимание обращается на сварные швы и районы (места) с повышенными уровнями нейтронных потоков.
Удержание массы РАВ, выбрасываемой в окружающую среду при разгерметизации оболочек твэл и контура теплоносителя, обеспечивается системой герметичного защитного ограждения РУ. Эта система включает в себя герметичное ограждение (ГО), в котором размещается РУ. В состав системы, кроме плотно-прочного ГО, входят ряд подсистем (спринклерная система, сброса давления, отвода тепла от РУ, вентиляционно- фильтрующие системы) и устройств (проемы, проходки, шлюзы, вентиляционные устройства), обеспечивающие выполнение защитным ограждением своих функций.
Контроль за состоянием безопасности и способность управления АЭС, включая проектные аварии
В проекте станции должны предусматриваться все необходимые средства информации, управления и КИП, необходимые персоналу для постоянного контроля за состоянием АЭС, возможности управления ею при нормальных и аварийных условиях эксплуатации.
Для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации АЭС персонал должен постоянно иметь полную информацию о состоянии как отдельных компонентов, так и ЭБ АЭС, а также контролировать:
- переменные параметры, характеризующие состояние ЭБ в динамике (изменения температур, давлений, расходов, уровней излучений и т.п.);
- аномальные условия и события, которые могут привести к возникновению неполадок, неисправностей и нарушений;
- данные по диагностике оборудования, о возможных утечках теплоносителя и рабочих сред, возникающих вибрациях и шумах;
- параметры и характеристики, определяющие возможности автоматического срабатывания и функционирования СБ или нарушения функций глубоко эшелонированной защиты, в частности, критические функции безопасности (подкритичности, охлаждения активной зоны, теплоотвода от РУ, целостности физических барьеров);
- индивидуальную и общую связь между обслуживающим персоналом на всех постах и пунктах эксплуатации и др.;
- резервные средства и возможности обеспечения работоспособности элементов и систем АЭС при их отказах.
В этой связи посты контроля и управления оборудуются необходимыми средствами передачи и отображения информации, приоритетной сигнализацией, диагностическими средствами, надежной связью.
При аварийных повреждениях поста управления и непригодности его для использования по назначению предусматриваются резервные посты с независимым контролем и возможностью управлять и обеспечивать действие основных функций безопасности: остановку реактора, расхолаживание РУ и защиту от выхода РАВ в окружающую среду. Принятие контрмер и удержание проектных аварий под контролем, кроме выше названных трех ФФБ, обеспечивается специальными автоматическими инженерно- техническими средствами (системами) безопасности, и для дальнейшей (дополнительной) защиты предусматриваются диагностические средства поддержки и аварийные руководства, системы отображения параметров и характеристик безопасности, процедуры, основанные на событийном и симптомно-ориентированном принципах. Здесь может использоваться компьютерная техника для оценки тенденций и путей развития аварий.
