Три-Майл-Айленд Станция, реакторы, авария. О станции АЭС Три-Майл-Айленд (англ. Three Mile Island Nuclear Station) — остановленная атомная электростанция, расположенная на одноименном острове реки Саскуэханна в 16 километрах ниже по течению от Гаррисберга, столицы штата Пенсильвания, США. Станция состоит из двух энергоблоков, первый из которых закрыт 20 сентября 2019 года, тогда как второй остановлен навсегда после известной аварии 1979 года, оказавшей значительное влияние на развитие атомной энергетики США. 2 Общие сведения Первый энергоблок АЭС возведен в 1974 году строительной компанией United Engineers and Constructors по проекту фирмы Gilbert Associates Inc. и оснащен реакторной установкой Babcock and Wilcox и турбогенератором General Electric. Блок был запущен и его электрическая мощность составила 792 МВт. В 1988 году, после модернизации турбины, станция получила разрешение на работу при повышенной тепловой мощности реакторной установки и выработке электрической мощности 852 МВт (по состоянию на 2009 год). В январе 2008 года лицензию на эксплуатацию первого энергоблока продлили на 20 лет после окончания действующей лицензии в 2014 году — до 2034 года. Однако 20 сентября 2019 года в связи с высокими эксплуатационными расходам первый энергоблок остановлен. 3 Общие сведения Первоначально проект станции, которая впоследствии стала вторым энергоблоком, был разработан для условий размещения на площадке АЭС Ойстер-Крик. Однако в декабре 1968 года, когда часть подготовительных работ была уже проведена, из экономических соображений строительство перенесли на площадку АЭС Три-МайлАйленд. Генеральным проектировщиком блока стала фирма Burns and Roe, проектировавшая станцию ОйстерКрик, что во многом определило конструктивные отличия между первым и вторым блоками АЭС ТриМайл-Айленд. Новый энергоблок электрической мощностью 906 МВт, на базе реакторной установки Babcock and Wilcox и турбогенератора Westinghouse был сдан в коммерческую эксплуатацию 30 декабря 1978 года и уже через полгода закрыт после произошедшей на нем аварии. 4 Общие сведения Общая площадь, занимаемая станцией, составляет около 155 га. На станцию было устроено 725 человек, годовой фонд заработной платы при этом составлял около 60 миллионов долларов США. Энерговыработка за 2016 год составила — 7,1 миллиарда кВт·ч, а налоговые выплаты около одного миллиона долларов. Эксплуатирующей организацией и владельцем первого энергоблока станции в настоящее время является корпорация Exelon. Закрытым после аварии вторым энергоблоком владеет компания FirstEnergy. 5 Информация об энергоблоках Мощность Энергоблок Тип реакторов Чистый Брутто Начало строительства Энергетический пуск Ввод в эксплуатацию Закрытие Три Майл Айленд-1 PWR 819 МВт 880 МВт 18.05.1968 19.06.1974 02.09.1974 20.09.2019 Три Майл Айленд-2 PWR 880 МВт 959 МВт 01.11.1969 21.04.1978 30.12.1978 28.03.1979 6 Технологическая схема Тепловая схема энергоблоков является двухконтурной. Рабочие среды первого и второго контуров физически разделены между собой теплообменной поверхностью парогенераторов. Тепловая энергия, производимая в ядерном реакторе, передается от топлива к теплоносителю первого контура через стенки твэлов. Затем теплоноситель, проходя через трубки парогенераторов, передает тепло среде второго контура, в результате чего происходит её превращение в пар. 7 Схема второго энергоблока Технологическая схема В турбинной установке энергия пара преобразуется в энергию вращения ротора генератора. Генератор в свою очередь преобразует механическую энергию вращения в электрическую. Пар из турбины сбрасывается в конденсатор где происходит его полная конденсация на стенках теплообменных трубок. Отвод тепла от конденсаторов турбины в окружающую среду осуществляется по отдельному контуру через башенные испарительные градирни. Конденсат турбины после очистки возвращается обратно в парогенераторы, что замыкает тепловой 8 цикл станции. Реакторная установка Реакторные установки первого и второго энергоблоков тепловой мощностью 2568 и 2770 МВт соответственно, были изготовлены одним из пионеров американской ядерной индустрии Babcock and Wilcox. 9 Реакторная установка Реакторная установка Babcock and Wilcox выполнена по петлевой схеме с использованием двух прямоточных парогенераторов. Нагретый в реакторе теплоноситель подводится в каждый парогенератор по одной «горячей» нитке главного циркуляционного трубопровода и возвращается в реактор через две «холодных» нитки при помощи главных циркуляционных насосов. Давление в первом контуре поддерживается с помощью компенсатора давления, соединенного с «горячей» ниткой одной из петель реакторной установки. Установка работает при давлении 15,5 МПа, температуре теплоносителя на входе в активную зону 298 °C, на выходе — 334 °C. 10 Реакторная установка Реактор представляет собой цилиндрический сосуд с полусферической крышкой, демонтируемой для перегрузки топлива. Материал — сталь легированная марганцем и молибденом. Вся внутренняя поверхность, имеющая контакт с теплоносителем, плакирована нержавеющей сталью. 11 Ядерное топливо Активная зона содержит 177 четырёхгранных тепловыделяющих сборок высотой 4206 мм, шириной 217 мм и весом 687,2 кг каждая. Одна сборка состоит из 208 тепловыделяющих элементов с шагом 15 мм, а также каналов для входа органов регулирования. Материал — циркалой-4 (сплав на основе циркония). Тепловыделяющие элементы содержат таблетки из диоксида урана, слабообогащённого по 235 изотопу. Обогащение различных сборок — 2,96; 2,64; 1,98 %. Общая масса диоксида урана в сборке — 526 кг. Органы управления и защиты — 61 пучок (кластер), с 16-ю поглощающими элементами в каждом. Средняя глубина выгорания 35 МВт·сут/кг, максимальная проектная — 50,2 МВт·сут/кг 12 Авария Далекий 1979-й был славным годом. В этом году случилось несколько революций, советские хоккеисты взяли «Кубок Вызова» у команды НХЛ, в Сахаре целых полчаса шел снег. В тот самый год, 28 марта, около 4 часов утра произошла крупнейшая в США (а на тот момент — и в мире) авария на атомной станции. Она показала, что с атомом, хоть и мирным, шутки плохи. 13 Авария Примерно 4:00. Остановка питательного насоса второго контура, в результате чего циркуляция воды прекратилась, а реактор начал перегреваться. Именно здесь случилось главное событие, послужившее началом аварии: из-за грубой ошибки, допущенной во время ремонта, не запустились аварийные насосы второго контура. Как выяснилось позже, проводившие ремонт техники не открыли задвижки на напоре, но операторы не могли видеть этого, так как индикаторы состояния насосов на пульте управления были просто-напросто закрыты 14 ремонтными табличками! Панель блочного щита управления, закрытая ремонтными табличками Авария Первые 12 секунд после аварии. Повышение температуры и давления в реакторе запустило систему аварийной защиты, которая заглушила атомный котел. Чуть ранее сработал предохранительный клапан, который начал выпускать из реактора пар и воду (она скапливалась в специальной емкости — барботере). Однако при достижении нормального давления клапан по какой-то причине не закрылся, что заметили только через 2,5 часа — за это время барботер переполнился, из-за критического уровня давления лопнули расположенные на нем предохранительные мембраны, и помещения гермооболочки начали заполняться перегретым паром и горячей радиоактивной водой. 15 Авария 4:02. Сработала система аварийного охлаждения реактора — в активную зону начала подаваться вода, которая из-за не закрывшегося клапана через барботер также поступала в гермооболочку. 4:05. Первая грубая ошибка операторов. Несмотря на то, что реактор был практически пуст, приборы показывали, что в нем слишком много воды, а поэтому операторы постепенно отключили все аварийные насосы, закачивающие воду в первый контур. 4:08. Операторы, наконец, обнаружили, что аварийные насосы второго контура не работают, но их запуск не особо исправил ситуацию. 16 Авария Вплоть до 6:18 люди, опираясь на неверные показания приборов (и, в то же время, почему-то не замечая другие важные показатели, говорившие о характере аварии), пытались определить проблему и выполняли разнообразные действия, но лишь усугубили ситуацию. В результате активная зона реактора, лишенная охлаждения, начала в прямом смысле слова плавиться, хотя цепная ядерные реакции уже были остановлены. Перегрев был обусловлен распадом высокоактивных продуктов деления урана (именно из-за этого ядерный реактор не может быть остановлен сразу, в одно мгновение). 17 АЭС Три-Майл-Айленд Авария Лишь в 6:18 утра прибывший инженер определил истинную причину аварии, и слив воды из активной зоны реактора был прекращен. Однако насосы аварийного охлаждения, остановленные двумя часами ранее, по разным причинам удалось запустить лишь в 7:20, что и предотвратило катастрофу — специальная борированная вода, закачанная в активную зону, остановила ее нагрев и дальнейшее разрушение. 18 Авария Казалось бы, авария предотвращена, и теперь можно спокойно заниматься полной остановкой реактора. Однако уже днем 28 марта выяснилось, что в корпусе реактора образовался огромный водородный пузырь, который мог в любую секунду вспыхнуть и взорваться — такой взрыв на АЭС привел бы к страшной катастрофе. Но откуда взялся этот водород? Он образовался из-за реакции раскаленного циркония с раскаленным же водяным паром, который буквально распадался на атомы кислорода и водорода. Кислород окислял цирконий, а свободный водород скапливался под крышкой реактора — так и образовался взрывоопасный пузырь. 19 Авария Вечером, в 19:50 удалось восстановить работу одного из насосов первого контура, который, правда, проработал всего 15 секунд, но это позволило вскоре запустить остальные насосы и восстановить более или менее нормальную работу первого контура системы охлаждения реактора. Вплоть до 2 апреля операторы работали над удалением из-под крышки реактора водорода — эта операция увенчалась успехом, и опасность неуправляемого развития аварии была полностью устранена. 20 Авария Интересно, что в 6:30 утра операторы хотели провести разведку внутри гермооболочки, так сказать, посмотреть на аварию «изнутри», однако начальство станции не дало разрешения на вылазку. Как выяснилось позже, это спасло людей от неминуемой гибели — к тому времени радиационный фон в помещениях гермооболочки превышал норму в сотни раз! А уже 1 апреля на станцию Три-Майл-Айленд с визитом прибыл сам президент США Джимми Картер, который успокоил людей и рассказал, что никакой опасности нет. И если верить официальным данным, то опасности действительно не было, но волнение людей, возникшее из-за аварии, понять можно. 21 Президент США Джимми Картер осматривает панель приборов радиационного контроля в комнате управления АЭС Три-Майл-Айленд. Последствия аварии Удивительно, но авария на АЭС ТриМайл-Айленд не имела серьезных последствий для здоровья людей и экологии, однако она оказала самое серьезное влияние на умы людей и американскую ядерную энергетику. Но, несмотря на это, все работы по устранению последствий аварии были завершены лишь к 1993 году! 22 Последствия аварии Разрушения активной зоны. Температура в реакторе во время аварии достигала 2200 градусов по Цельсию, в результате расплавилось около половины всех компонентов активной зоны. В абсолютных цифрах это составляет почти 62 тонны. АЭС Три-Майл-Айленд 23 Последствия аварии Радиоактивное загрязнение. Из атомного реактора вытекло большое количество радиоактивной воды, в результате чего уровень радиоактивности в помещениях гермооболочки более чем в 600 раз превысил норму. Некоторое количество радиоактивных газов и пара попало в атмосферу, и в результате каждый житель 16-километровой зоны вокруг АЭС получил облучение не больше, чем во время сеанса флюорографии. Самого опасного — выбросов в атмосферу и воду высокоактивных нуклидов — удалось избежать, поэтому местность осталась «чистой». 24 Последствия аварии Крах атомной энергетики США. После аварии на АЭС Три-МайлАйленд в США было принято решение больше не строить атомных электростанций, что привело к застою в американской атомной энергетике. 25 Последствия аварии Психология людей и «китайский синдром». По простому удивительному стечению обстоятельств за две недели до аварии на большие экраны вышел фильм «Китайский синдром», повествующий о катастрофе на АЭС. Жаргонный термин «китайский синдром», придуманный в 1960-х годах физиками-ядерщиками, означает аварию, при которой топливо в реакторе плавится и прожигает защитную оболочку. А ведь во втором энергоблоке АЭС Три-Майл-Айленд произошло именно расплавление активной зоны реактора! Так что нет ничего странного в том, что после реальной аварии поднялась паника, и никакие уверения высокопоставленных чиновников, включая самого президента США, не могли окончательно успокоить людей. Памятный знак, рассказывающий о происшествии на АЭС 26 Современное положение В настоящее время АЭС Three Mile Island выведена из эксплуатации — энергоблок № 1 был остановлен 20 сентября 2019 года из-за высоких эксплуатационных расходов. Второй энергоблок закрыт навсегда, внутренняя часть реактора полностью вынута и утилизирована, а за площадкой ведется наблюдение. Станция имеет лицензию на работу, действующую до 2034 года. АЭС Three Mile Island сейчас 27 Современное положение Интересно, что в 2010 году турбогенератор аварийного второго энергоблока был продан, снят и по частям перевезен на атомную станцию Shearon Harris (штат Северная Каролина, США), где занял место в новом энергоблоке. Удивительно? Нисколько. Ведь это оборудование проработало всего полгода, а во время аварии не пострадало и не получило радиоактивного заражения — не пропадать же многомиллионному добру! 28 Атомная станция Shearon Harris Что сделано, чтобы подобное не повторилось Одним из результатов расследования причин аварии стало понимание, что операторы станции были элементарно не готовы к инциденту. Эту проблему решили пересмотром концепции подготовки операторов АЭС: если раньше упор делался на то, чтобы люди анализировали ситуацию и самостоятельно искали решение, то теперь операторы учились работать преимущественно по заранее подготовленным «сценариям» аварий. 29 Но человечество всегда будет совершать ошибки 30 Всем мирного атома! 31