Utrzymanie stopionego rdzenia wewnątrz zbiornika ciśnieniowego w elektrowniach jądrowych o dużej mocy
Najczarniejszy koszmar wszystkich stron zainteresowanych energetyką jądrową na całym świecie ma swoją nazwę: corium, czyli stopiona masa rdzenia. Wypływająca strumieniem lawa wyprodukowana przez człowieka, powstała na skutek stopienia się rdzenia reaktora, może pozostać radioaktywna przez stulecia, dlatego za wszelką cenę trzeba zapobiegać przedostaniu się corium do środowiska w przypadku poważnej awarii reaktora. Rozwiązanie problemu corium IVR jest jednym z dostępnych rozwiązań, które pozwala uniknąć takiego tragicznego w skutkach scenariusza, zaś jego zasadniczą zaletą jest to, że stopiona masa rdzenia zostaje utrzymana w ściśle określonej i ograniczonej przestrzeni. Ta strategia została dotychczas zbadana i wdrożona we względnie małych reaktorach jądrowych, zaś jej zastosowanie w reaktorach o większej mocy (około 1000 MWe) wciąż budzi wiele wątpliwości. „Im większa jest moc reaktora, tym mniejszy jest margines bezpieczeństwa w odniesieniu do ryzyka awarii zbiornika”, tłumaczy koordynator projektu, dr Florian Fichot z IRSN. „Jeśli to marginalne ryzyko wzrośnie powyżej 10 %, korzyści wynikające z wdrożenia strategii IVR staną się wątpliwe”, dodaje uczony. Dzięki finansowaniu w ramach projektu IVMR (In-Vessel Melt Retention Severe Accident Management Strategy for Existing and Future NPPs) konsorcjum liczące 23 podmioty pod wodzą IRSN przeanalizowało zastosowalność i techniczną wykonalność strategii IVR w reaktorach o wysokiej mocy, koncentrując się na istniejących reaktorach WWER-1000 model V-320 w Europie oraz przyszłych reaktorach typu PWR lub BWR. Wykorzystano najbardziej zaawansowane narzędzia, wiedzę i kody komputerowe do opracowania nowej metodologii wdrażania strategii IVR. „Nasza metodologia ma szerszy zakres niż jej poprzedniczka i umożliwia uwzględnienie zjawisk, które były dotychczas pomijane, takie jak ewentualna inwersja stratyfikacji pomiędzy tlenem a metalem w corium. Kolejną zaletą jest fakt, że nie jest to podejście wyłącznie probabilistyczne, lecz obejmuje oceny deterministyczne, co pomaga uniknąć niespójnych założeń”, tłumaczy dr Fichot. Ryzykowna jest nie tylko moc reaktora Jednym z wniosków było to, że moc reaktora nie jest jedynym czynnikiem wpływającym na stopień ryzyka. Badacze ustalili, że im większy jest stosunek masy konstrukcji stalowych w corium względem masy paliwa, tym lepszą opcją staje się IVR. „To dlatego w reaktorach takich jak AP1000 czy HPR1000, zaprojektowanych z myślą o zastosowaniu strategii IVR, stosunek masy konstrukcji stalowych jest większy”, mówi dr Fichot. Ponadto członkowie projektu IVMR zaobserwowali, że istotna jest również ilość wody dostępnej do opóźnienia momentu całkowitego stopienia elementów rdzenia. Jeśli uda się opóźnić ten proces o 12 godzin, to takie warunki sprzyjają IVR nawet w reaktorach o dużej mocy. Projekt reaktora WWER-1000 przewiduje takie korzystne warunki i dlatego jest on dobrym kandydatem do wdrożenia strategii IVR w ramach modernizacji, zgodnie z ustaleniami projektu. Jednak dr Fichot zachowuje ostrożność, ponieważ dopiero pełna ocena ryzyka, w tym ryzyka nie związanego z samym corium, pozwoli wyciągnąć ostateczne wnioski na temat WWER-1000. W ramach projektu dokonano również przełomowych odkryć technicznych, takich jak doskonalenie metod wydajnego schładzania rdzenia z zewnątrz zbiornika, badanie jednoczesnego wtryskiwania wody do zbiornika i schładzania go strumieniem wody. „Zebraliśmy dość pozytywne informacje zwrotne, w szczególności od partnerów przemysłowych zaangażowanych w projekt – EDF, Fortum, Paks i Framatome. Odnotowaliśmy również zainteresowanie ze strony organizacji spoza UE, w szczególności z Chin, Rosji, Korei Południowej, Japonii i Ukrainy, które oficjalnie dołączyły do projektu, by móc dzielić się jego rezultatami”, podsumowuje dr Fichot.
Słowa kluczowe
IVMR, utrzymanie stopionego rdzenia wewnątrz zbiornika ciśnieniowego, energia jądrowa, reaktor, stopienie, ocena, corium
