К вопросу об устойчивости объектов ядерной энергетики

О.Э.Муратов, ООО «ТВЭЛЛ», oleg@twell.ru
М.Н.Тихонов, ФГУП НИИ промышленной и морской медицины Федерального медико-биологического агентства России,  niipmm@mail.axon.ru

Рассматривается подземное размещение атомных электростанций (АЭС) как основа устойчивости объектов ядерной энергетики в чрезвычайных ситуациях природного, техногенного и антропогенного характера.


При любой аварии, которая может произойти в реакторе на АЭС, она ни при каких обстоятельствах не должна принять характер катастрофы Хиросимы. Сейчас уже предлагаются решения и заключаются они, например, в том, чтобы помещать ядерные реакторы электростанций под землей.
                                                                                               Академик  П.Л.Капица

Прогресс науки и развития техносферы создали ряд серьезных вызовов и угроз человечеству и среде его обитания. Современное техно- и энергозависимое общество, нормальное существование которого зависит от мощных энергопроизводящих структур, стало уязвимым к злонамеренным воздействиям на эти инфраструктуры.

Появление глобальных проблем предвидел еще академик В.И.Вернадский, предупреждавший, в частности, о “геологической cиле” общества, которая может иметь разрушительный характер. Новые системы вооружения на основе направленной энергии микросейсмического (вибрационного) и электрического полей, электромагнитных импульсов, мощного микроволнового излучения могут воздействовать на энергетический потенциал природы с целью инициирования землетрясений, метеорологических катаклизмов, экзогенных геологических процессов (сходов лавин, оползней, обвалов) и др.

Современные ядерные реакторы - достаточно безопасные установки, однако, для АЭС, как для любой сложной технической системы, всегда существует вероятность отказа, что может привести к аварии. Тяжелая авария на АЭС по своим последствиям несопоставима с крупной аварией на любых промышленных или транспортных объектах, поэтому вопросы безопасности ядерной энергетики всегда должны быть на первом месте.

Современная концепция безопасности включает принцип многоэшелонированной защиты и избыточный принцип функционирования каждого эшелона. Каждый эшелон должен выполнять свои функции независимо от наличия следующего. Безопасность реакторов обеспечивается, главным образом, увеличением числа систем безопасности и количеством барьеров, ограничивающих выход активности. В результате АЭС все более и более усложняются, соответственно возрастает стоимость их сооружения и эксплуатации, а гарантировать 100% надежность невозможно.

Известно, что стабильность (устойчивость к ЧС) любой системы равна стабильности (устойчивости) ее слабого звена. Какие бы невероятные усилия не предпринимались по внедрению новейших и совершеннейших технологических систем, управлять ими будет человек, и если уровень его ответственности и организованности не станет расти в пропорциях, соответствующих новым технологиям, нельзя быть уверенным в безопасности и надежности ЯЭ.

Одним  из  актуальных  факторов  современной  международной политической обстановки является терроризм. АЭС как объекты, обеспечивающие устойчивость экономики государства, могут стать объектом вооруженного нападения международных террористических организаций.

Подземное размещение АЭС надежно защищает их от поражающего воздействия не только высокоточного реактивного оружия типа «Корнет»   или   «Атлант»,   широко   используемого   международными террористами, но и любого бетонобойного заряда или взрыва боеприпаса мощностью 50 т тротила. Даже в случае проникновения террористов во внутренние помещения, где размещены ядерные энергоблоки станции, последствия аварии будут локализованы в подземном пространстве.


Слабой стороной существующих АЭС является их полная незащищенность  от падения тяжелого самолета типа «Боинг-747». Эксперты Комиссии по ядерному регулированию (NRC) США отмечают, что защитная бетонная оболочка ни одной из 104 действующих американских АЭС не выдержит удара от падения современного авиалайнера, летящего на максимальной скорости. Падение такого летательного объекта на блок наземной АЭС, которое может произойти, как показали террористические акты в США 11 сентября 2001 г., не только в результате авиакатастрофы, приведет к глобальной катастрофе.

Фанатики-камикадзе, захватившие над Америкой самолеты, спокойно могли направить их не на здания Всемирного торгового центра, а на одну из 104 действующих американских АЭС. Поэтому вероятностный подход к оценке такого события неприменим и в случае целенаправленных действий его вероятность равна единице.

Риск террористического акта с использованием угнанного пассажирского самолета даже не рассматривается в нормативных документах NRC и Ростехнадзора. Катастрофой, по масштабам превышающей Чернобыльскую, может закончиться и нападение на наземную АЭС небольшой диверсионной группы фанатиков-смертников. Размещенная в земных недрах АЭС полностью защищена от природных воздействий (падение метеорита, цунами и др.) [1].

Важным фактором внешнего воздействия на АЭС являются землетрясения. Исследования вероятностных показателей безопасности, проведенные Ливерморской лабораторией для АЭС “Surry” (США), показали, что частота повреждений активной зоны от землетрясения составляет 1,2*10-4 1/реактор*год, а от внутренних исходных событий – 4,1*10-5 1/реактор*год [2], то есть внешние воздействия почти в 35 раз превосходят внутренние исходные события (табл. 1).

Согласно требованиям МАГАТЭ расчетная вероятность тяжелой аварии не должна превышать 10-5 1/реактор*год, поэтому требуются огромные затраты на антисейсмические мероприятия при строительстве наземной АЭС, а многие районы земного шара вообще  непригодны для их размещения.


Таблица 1

Вероятностные показатели безопасности АЭС




Тип АЭС

Вероятность повреждений

активной зоны, 1/реактор*год
1
Требования МАГАТЭ
10-5
2
Действующие АЭС:
-        с реактором ВВЭР-1000 (Россия)
-        c реактором PWR (“Surry”, США)

1,7*10-5
4,1*10-5
3
Перспективные АЭС с реакторами повышенной безопасности:
-        ВБЭР (Россия)
-        APWR (США)


2*10-6
1,2*10-6
4
Подземные АЭС с существующими типами реакторов
~ 8*10-6
5
Подземная атомная теплоэлектростанция с реактором корабельного типа
8*10-7
6
Вероятность повреждения активной зоны от землетрясения
1,2*10-4

В Японии проводились экспериментальные исследования сейсмического воздействия на поверхности и в подземных машинных залах гидростанций “Shiroyama” и “Numahaza”. Измерения показали снижение сейсмических воздействий в подземных залах в 2-3 раза.

Детальные исследования проводились в Канаде фирмой “Онтарио Гидро” в связи с проектированием подземной АЭС вблизи озера Онтарио. Теоретические и экспериментальные исследования показали снижение сейсмических воздействий в 1,5-2 раза.

Расчеты сейсмического воздействия на реактор, размещенный на глубине 120 м, выполнены Горным институтом Кольского Научного Центра РАН. С учетом конкретных геологических условий получено снижение сейсмических колебаний в 1,4-1,7 раза [3].

Таким образом, исследования, выполненные в разных странах независимо друг от друга и для различных геологических условий, дали практически одинаковый результат о снижении сейсмического воздействия при подземном размещении АЭС. Вероятность тяжелой аварии от землетрясения становится сопоставимой с вероятностью от внутреннего исходного события.

Толща земного слоя является надежной защитой и от любого внешнего воздействия – падения тяжелых самолетов, крупных метеоритов, применения бетонобойных снарядов и бомб, средств воздушно-космического нападения, а также диверсий и террористических актов.

Факторы природного и техногенного характера, влияющие на устойчивость различных видов АЭС к ЧС, приведены в табл. 2 [4].

Таблица 2

Устойчивость объектов ядерной энергетики в ЧС
природного и техногенного характера


Событие

Подземная АЭС

Наземная

АЭС

Плавучая

АЭС

1

Падения тяжелого самолета

-

+

+

2

Внешнее затопление

+

+

+

3

Штормовые волны (цунами)

-

+

+

4

Экстремальная скорость ветра (торнадо)


-


+


+

5

Пожар на станции

+

+

+

6

Пожар на территории станции


-


+


+

7

Внутреннее затопление

+

+

+

8

Сейсмическая активность

-

+

+

9

Взрывы промышленных и военных объектов за пределами станции


-



+



+

10

Метеориты

-

+

+

11

Молнии

-

+

+

12

Аварии на транспорте

-

+

+

13

Усадка грунта (выравнивание внутреннего                            
 напряжения в нем)



+



+



-

14

Аварии на газопроводах вне станции


-


+


+

15

Выделение токсичных газов

+

+

+

16

Воздействие на ЯЭУ осколков при аварии турбины



-



+



+

17

Оползень

+

+

+

18

Навал льда

-

-

+

19

Навигационная авария

-

-

+

20

Применение легкого реактивного оружия


-


+


+

21

Применение фугасных или бетонобойных бомб


-


+


+

22

Диверсии, терроризм

-

+

+


Из табл. 2 видно, что при подземном размещении АЭС исключается большинство факторов природного, техногенного и антропогенного характера, которые могут привести к тяжелой аварии.

Нерешенной проблемой ядерной энергетики в мире, представляющей угрозу окружающей среде, является утилизация радиоактивных отходов (РАО) [5]. Сложность проблемы заключается в том, что в РАО содержатся долгоживущие радионуклиды, требующие специальных технологий их переработки и иммобилизации для надежной изоляции от окружающей среды в течение длительного времени.

Преимуществом подземного размещения АЭС является возможность хранения и переработки жидких и твердых РАО в подземном пространстве в течение всего периода эксплуатации станции. Этим исключается необходимость их транспортировки, что потенциально чревато облучением персонала и загрязнением окружающей среды.

Таким образом, в результате рассмотрения различных аспектов устойчивости объектов ядерной энергетики в ЧС техногенного и природного характера может быть сделано заключение о том, что на современном этапе развития промышленного производства подземные АЭС являются надежным гарантом обеспечения устойчивости энергетической безопасности страны.

 ЛИТЕРАТУРА
1.     Муратов О.Э. Подземные АЭС – перспективный путь повышения безопасности ядерной энергетики // Труды III Межд. науч. школы "Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах  (МА БР - 2003)” 20-23 августа 2003 г. – СПб, 2003, с. 78-84.
2.     Векслер Л.М. Сопоставление наземного и подземного расположения атомных станций // Материалы Межд. конф. “Использование подземного пространства страны для повышения безопасности ядерной энергетики”. - Апатиты: Изд-во Кольского науч. центра РАН, 1992.
3.     Мельников Н.Н., Конухин В.П., Наумов В.А. Подземные атомные станции. – Апатиты: Изд-во Кольского науч. центра РАН, 1992. – 138 с.
4.     Муратов О.Э. Подземные АЭС: эффективность и безопасность // Вопросы атомной науки и техники. Сер. “Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение”, 2002, № 6, с. 19-28.
5.     Тихонов М.Н., Петров Э.Л., Муратов О.Э. Системный взгляд на атомную энергетику и радиацию сквозь призму общественного сознания // Экологическая экспертиза, 2004, № 1, с. 42-55.

назад

Материалы из архива

2.2008 Бомба для масс-медиа

Е.О.Адамов, бывший министр атомной промышленности РФЯ требовал, чтобы меня освободили, чтобы я вернулся в Россию и имел возможность, во-первых, опровергнуть все обвинения, которые, как я понимаю, изначально тогда выдвигали, чтобы вернуть меня в Россию, и потом таким же образом поехать в США и с теми обвинениями разделаться. Начнем с США Там два, по сути, обвинения. Одно обвинение – что украли средства у института моего родного, которым я руководил 12 лет, прежде чем стал министром, в который вернулся после того, как обокрал его…

2.2009 Энергетика послекризисного мира

С.В.Коровкин, главный инженер проекта ОАО «Атомстрой», НИКИМТВсе согласны с тем, что индустриальный мир после кризиса будет другим. Другими будут не только экономические, но и технологические системы индустриального общества. Уже сейчас проясняется будущая энергетическая система послекризисного индустриального мира. Основным источником энергии в  XXI веке в развитых странах будет  не нефть, не газ, не уран, не дрова и не солома.

2.2009 Проект УЭХК доказал свою состоятельность НТС «Роснано»

Дионис Гордин, член правления – управляющий директор госкорпорации "Роснано": - 17 февраля состоялось знаменательное событие – еще один проект из региона прошел научно-технический совет (это самый сложный этап прохождения проекта в госкорпорации), чем доказал свою состоятельность (речь идет о проекте Уральского электрохимического комбината по производству катализаторов для очистки выхлопных газов автомобилей, – прим.).