Súlyos üzemzavar Pakson Dr. Sükösd Csaba Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Nukleáris Technika Tanszék

Tartalomjegyzék Maghasadás, neutronsokszorozás, láncreakció Atomerőmű felépítése Primer kör felépítése, fűtőelemek, kazetták Energiatermelési kampány, átrakás Fűtőelemek tisztítása Mi történt 2003 április 10-11-én? Radioaktív kibocsátás mérhetősége, egészségügyi hatásai Mi történt 2003 május 3-án? Egy kis kémia. A helyreállítással kapcsolatos főbb feladatok

Maghasadás, neutronsokszorozás, láncreakció I. Természetes urán: 0,71% 235U, 99,29% 238U. Urán atommagok hasadása: 235U+n  hasadványok + 2,4 n + energia Urán atommagok neutron elnyelése: 235U+n 236U+ (gamma-sugárzás) 238U+n 239U+ A hasadványok erősen radioaktívak (bomlanak, energia szabadul fel).

Maghasadás, neutronsokszorozás, láncreakció II. Láncreakció fenntartása: neutronokkal „Neutronháztartás”: óraütések: 1, 2, 3,… i, i+1,… 2,4 Kiszökés Elnyelődés Ni Újabb hasadás Ni+1 Láncreakció sokszorozási tényezője: Ni+1 keff > 1 növekvő (szuperkritikus állapot) keff = 1 állandó (kritikus állapot) keff < 1 csökkenő (szubkritikus állapot) keff= Ni Ni+1 = keff Ni mértani sorozat (exponenciális)

Maghasadás, neutronsokszorozás, láncreakció III. Láncreakció elősegítésének módjai: Kiszökés csökkentése : nagyobb méret („kritikus tömeg” fogalma) Elnyelés csökkentése: Dúsítás ( 235U/238U arányának növelése) Kis neutronelnyelésű anyagok használata (pl. nehézvíz) Hasadás valószínűségének növelése: neutronok lelassítása, moderátor. Láncreakció fékezése (szabályozása): n-elnyeléssel Szabályozó rudak Moderátorban (vízben) oldott bórsav (H3BO3)

Maghasadás, neutronsokszorozás, láncreakció IV. Láncreakció beindítása: amíg keff <1, segéd- neutronforrással Ni+1 = keff Ni + S S: a forrás által időegység alatt kibocsátott neutronok száma Ha keff < 1, a neutronszám egyensúlyi értékre áll be: Ni+1=Ni = N Azaz : N = keff N + S, amiből 1 N= S 1-keff Ez egy neutronerősítő ! Az „erősítési tényező” mérhető, és ebből lehet tudni, hogy mekkora éppen a keff.

Atomerőmű felépítése

Primer kör felépítése, kisegítő berendezések I. Az enyhén dúsított urán oxidját kerámiaszerű pasztillákba préselik. A pasztillákat hermetikusan lezárt cirkónium-nióbium ötvözetből készült csövekbe zárják (ü.anyag-pálcák)

Primer kör felépítése, kisegítő berendezések II. A fűtőelem-pálcákat a könnyebb kezelhetőség érdekében kazettákba rendezik.

Primér kör felépítése, kisegítő berendezések III.

Primér kör felépítése, kisegítő berendezések IV. Az aktív zóna a reaktortartályban helyezkedik el. A reaktortartály falán jól megfigyelhetők a hűtővíz ki- és bevezetésére szolgáló csonkok.

Primér kör felépítése, kisegítő berendezések V. A reaktortartály a reaktorépület vastag falú, hermetikusan lezárható betonbunkerében van.

Primér kör felépítése, kisegítő berendezések VI. A reaktortartály mellett van a pihentető medence (ötszögletű nyílás a képen), valamint az „1-es akna”

Energiatermelési kampány, átrakás I. Üzem közben a fűtőelem-kazettákból fogy az urán – csökken a dúsítás foka. Ezért időnként szükséges új kazetták behelyezése, a régiek eltávolítása. Egy energiatermelési kampány kb. 11 hónapig tart. Utána leállítják a reaktort, kinyitják, kiveszik az elhasználódott (kiégett) kazettákat, s beteszik az újakat. Átrendezik a zónát. Ez az átrakás művelete. Az átrakás idejét használják fel a blokk egyéb karbantartási feladatainak ellátására is. A kiégett fűtőelemekben felhalmozott radioaktivitás hőt fejleszt, ami nem kikapcsolható (a láncreakció leállítható). Ezért folyamatos hűtésre van szükség, különben a kazetták túlmelegednek és tönkremennek. Hűtésre az átrakás alatt is szükség van !

Energiatermelési kampány, átrakás II. Az átrakógép a reaktorakna és a pihentető medence között mozog, és a pihentető medencében elhelyezi a kazettákat. Az átrakás idejére a két medence közös víztérben van, közöttük a zsilipet megnyitják, a kazetták végig víz alatt mozognak.

Fűtőelemek tisztítása I. Az elmúlt években végrehajtott egyes üzemviteli változtatások következtében a fűtőelem-pálcák felszínére vékony vasoxid-réteg (magnetit) rakódott le.

Fűtőelemek tisztítása II. tartály reaktor tisztító technológia átrakógép fóliasátor szerelőakna

Fűtőelemek tisztítása III.

Búvár szivattyús hűtés Tisztítási üzemmód B üzemmód Búvár szivattyús hűtés P3 20 t/h Clean-up Bypass T

Az üzemanyag kazetták hűtése a „B” üzemmódban Térfogatáram: 20 m3/óra Belépő hűtővíz hőmérséklet: 30 °C Felmelegedés: 10 °C Megfelelő hűtővíz eloszlásnál a hűtés nagy tartalékkal biztosított. Problémát az jelentett, hogy a hűtővíz egy része nem haladt keresztül az üzemanyag kazettákon, hanem azokat elkerülte.

A megkerülő áramlás lehetséges okai a/ a kazettapalást furatain b/ a kazetta rossz pozicionálása miatt

Mi történt 2003 ápr. 10-11-én?. (I) Események az üzemzavar során Tisztítás befejezve 16:00 Események az üzemzavar során Búvár hűtőszivattyú indítva 16:40 A mosató kör ürítése 16:56 Pihentető medence szint megemelkedett 19:20 A tisztító rendszerben KR-85 aktivitás növekedés 21:50 Az ÜM elrendelte a csarnok elhagyását 23:30 Szellőző ventillátorok indítva 23:45 A fedél zár kinyitva, nagy buborék ki 02:15 Fedél kiemelés sikertelen 04:20 Pih.med. környezetében 12 mSv/h 02:45 Radioaktív nemesgáz kibocsátás, MBq/10 perc

Mi történt 2003. ápr. 10-11-én ? (II) A kisebb teljesítményű búvárszivattyú által szállított víz a megkerülő úton kijutott a tartályból, anélkül, hogy a kazettákat teljes hosszukban végigjárta és hűtötte volna. A kazetták felső része túlmelegedett, a víz elforrt, fent gőzpárna alakult ki. Ez tovább nyomta lefelé a vízszintet (vízszint megemelkedése a medencében), a kazetták egyre nagyobb része maradt hűtés nélkül, túlmelegedtek (800-900 C). A pálcák falain lévő mikrorepedések megnőttek (hőtágulás), a radioaktív kripton elkezdett szivárogni. Ezt észlelve megpróbálták kinyitni a tartály tetejét A csavarok meglazítása után a gőz lefeszítette és deformálta a tetőt. Beakadt, mozdíthatatlanná vált A radioaktív gázokat is tartalmazó gőz nagy buborék formájában kijött Helyére a medencéből hideg víz ömlött a 800-900 fokos fütőelemekre. A hirtelen felszabaduló gőz nyomása és a nagy hőmérsékletkülönbség tönkretette a kazettákat.

Mi történt 2003. ápr. 10-11-én ? (IV)

Mi történt 2003. ápr. 10-11-én ? (V) A kazetták felnyílása és széttörése csak 5 nappal később lett ismert, amikorra végre a deformálódott fedelet le tudták venni, és bele lehetett nézni a tartályba. Ekkor minősítették át az üzemzavart súlyos üzemzavarra (3. fokozat a nemzetközi nukleáris esemény skálán)

Környezeti gamma-sugárzás dózisteljesítménye (Paksra számítva)

Az esemény során kibocsátott radioaktivitás okozta többlet lakossági dózis (Paksra számítva) A kibocsátás okozta többlet dózis 0,13 mikroSv Hatósági éves dózismegszorítás az atomerőműre 90,00 mikroSv Mellkas átvilágítás 200,00 mikroSv Egy főre eső éves orvosi alkalmazás átlaga 300,00 mikroSv Egy évi természetes sugárterhelés 2400,00 mikroSv

Az üzemzavar oka: tervezési hibák a FRAMATOME mosótartályában Az üzemanyag sérülés közvetlen oka a nem kielégítő hűtés, ami tervezési hibára vezethető vissza. A terv nem biztosította a hűtést az összes lehetséges esetben. Nem szerencsés megoldás, hogy a tartályba a hűtővíz be- és kilépés alul van kialakítva. A terv biztonsági elemzése nem tartalmazta a tisztító tartályon belüli áramlási eloszlást (pl. a lehetséges megkerülő áramlást) a segédszivattyús hűtési üzemmódra. A tartály nem volt kellő mérésekkel ellátva a hűtési elégtelenség felismeréséhez.

Mi történt 2003 május 3-án? Egy kis kémia. (I) Az egyik veszélyes radioaktív elem, ami kiszabadulhat, a 131I (jód). Felezési ideje: 8 nap. A pajzsmirigyben felhalmozódhat, és ott nagy lehet a lokális dózis. Az összetört fűtőelemek geometriai elrendezése ismeretlen, kaotikus. Pasztillák kihullhattak, összegyűlhettek az alján. Annak érdekében, hogy nehogy keff >1 alakuljon ki, a vizet erősen felbórozták. De a bórsav savassá teszi a vizet, a felnyílt pasztillákból több mindent ki tud oldani. MEGOLDÁS: olyan anyagot kell beletölteni, ami lúgos, és ami még a jódot is megköti: HIDRAZIN (N2H4) Lúgos: N2H4 + H2O  N2H5+ + OH- Jód megkötése: 2N2H4 + I2  2NH3 + 2 HI (oldatban marad)

Mi történt 2003 május 3-án? Egy kis kémia. (II) A hidrazint azonban – szabálytalanul – közvetlenül az 1.-es aknába öntötték, ahonnan a búvárszivattyú egyenesen a tartályba továbbította. A tartályban erős pezsgés indult meg (ld. korábbi reakciók) S ezzel egy időben rövid időre a n-számlálók is megnövekedett intenzitást mutattak. Kb. 1 óra alatt minden visszaállt az eredeti szintre. MI LEHETETT AZ OK ? A kiégett üzemanyagban vannak transzurán elemek is, amelyek a reaktor üzeme során keletkeznek. Ezek spontán hasadásából folyamatosan vannak neutronok. Ez egy neutronforrás (S). A víz (moderátor) és az üzemanyag együtt szubkritikus rendszert képez, amely neutronerősítőként működik. A pezsgés és a hidrazin időlegesen meváltoztatta keff-et. 1 Ha változik keff, változik az erősítés is, változik a neutronszám. N= S 1-keff

A helyreállítással kapcsolatos főbb feladatok Szervezeti intézkedések: - Helyreállítási Projekt megalapítása (megtörtént) Műszaki feladatok: - Helyreállítási koncepció terv elkészítése - Karbantartó akna technológiai leválasztása / hűtés / vízkezelés / szellőzés - AMDA berendezés elbontása - Műszaki helyreállítási feladatterv elkészítése

Köszönöm a megtisztelő figyelmet !

Mi történt 2003. ápr. 10-11-én ? (III)