Шкода гордині та важливість кадрів: інцидент на АЕС Пакш 

1.      Передісторія.

АЕС Пакш – єдина атомна електростанція Угорщини, на плечах якої стоїть 38% виробництва угорської електроенергії. Вона складається з 4 енергоблоків з водо-водяними реакторами радянського виробництва ВВЕР-440 проекту В-213. Контора солідна, і люди там також солідні. Все було у них добре, АЕС Пакш була такою собі зразковою атомною електростанцією, що дуже тішило її персонал. Ні єдиної аварії, ні інциденту, нічогісінько, все за графіком. Вони розслабились, вважаючи, що все знають про свої енергоблоки.

Ага, звісно. Вони були такими впевненими в собі, що коли всі інші почали модернізувати свої парогенератори, то вони сказали: «Ми і так класні, самі знаємо, коли краще робити» і забили на це діло. До того всього, відмивання своїх блоків велося у них з відхиленнями. Для чого їх відмивати? Ну, насправді парогенератор – це велике іржаве відро. Гаряча вода, знаходячись під високим тиском, не щадить метал, і з часом в ній з’являються шматочки іржі. Потім вони стають більшими, і більшими… 

Нарешті в 2000 році вони зрозуміли, що ой, треба ж модернізувати таки парогенератори! А перед цим їх треба було відмити. Разом з тим, ця іржа налипала на тепловидільні елементи (твели) в самому реакторі. Чому це погано? Внаслідок утворення відкладень на твелах порушується теплообмін між твелом та водою, температура твелу стає вищою за необхідну, а це може обернутись утворенням тріщин в ньому, що геть не круто. А якби вчасно були б модернізовані парогенератори, цієї проблеми не було б. В результаті – 3 з 4 блоків АЕС Пакш мали з цим проблему і з 2001 по 2003 не працювали на 100% потужності – просто не виходила повноцінна тепловіддача! На станції сподівались, що ось замінять третину палива на свіже, і все обійдеться. Не допомогло. Угорський ядерний регулятор (держорган, що слідкує за роботою з ядерними технологіями) вже почав натякати, що пора б проблему цю вирішити, бо якось не дуже ОК – недоотримувати електроенергію з АЕС. Домовились, що в 2003 розберуться. Рішення – відмивання палива. Було 2 варіанти: внутрішнє (не витягувати його з реактора) та зовнішнє (витягувати). Обрали зовнішнє, в спеціальних баках, що розміщались під водою в шахті басейну перевантаження неподалік реактора. 

Обладнання для цього було модернізоване, щоб вміщати 30 тепловиділяючих збірок (ТВЗ). Конструкція системи була розрахована на максимальну теплову потужність ТВЗ у 300 кВт, яка при вивільнюванні не впливала на безпеку. Я нагадую, що паливо, вийняте з реактора, гаряче, і таким залишається ще довгий час внаслідок залишкового тепловиділення. Була швиденько зроблена документація, яку передали до регулятора. І от вже було привезене обладнання та почали його випробовувати. Перше випробування, до речі, було невдалим, потім внесли модифікації. Ніби нормально. Процес відмивання пішов. 

2.      Хід інциденту.

29 березня 2004 року другий блок АЕС Пакш був зупинений на перевантаження палива та планово-попереджувальний ремонт (ППР). 4 квітня була завантажена перша партія тільки-но вилученого палива для відмивання. Станом на 10 квітня вже було відмито 3 партії по 30 ТВЗ кожна, і вже в цей день було зареєстровано перевищення активності по йоду-131 – перша ластівочка того, що процес іде трі-і-ішки не так, як треба. Але на це не було звернуто уваги. О 16:00 було завершено відмивання, але відкриття було відкладено: кран був переданий для виконання інших робіт. Паливо перевели в режим охолодження В. Цей режим полягав у прокачці через бак води, що вкачувалась підводним насосом і потім знову виводилась у шахту. При цьому через бак прокачувалось близько 20 тон води за годину, що було трошки забагато. Разів так в 5. І це, насправді, було так собі. 

О 19:00 рівень води в басейні перевантаження зріс на 70 мм, що не було зафіксовано! Як результат: близько 21:50 різко зросла радіоактивність повітря в реакторному відділенні по Криптону-85m, через 10 хвилин концентрація радіоактивних інертних газів перевищила 3.5 МБк/м3, персонал було евакуйовано з реакторного відділення. Попередня оцінка говорила про наявність декількох негерметичних твелів всередині баку. Вже 11 квітня о першій ночі запрацював Надзвичайний комітет, що мав вирішити, що робити. Насправді,там не те щоб було багато варіантів, лише один – відкрити цей чортів бак!

Це і було зроблено о другій годині ночі. Як результат: різке збільшення радіоактивності у реакторному відділенні та вентиляційній трубі, рівень води швиденько впав на 70 мм, а при відкриванні обірвався трос і кришка застрягла, похилена набік. Таким чином, бак був частково відкритий. Водичка була повна різноманітних радіоактивних ізотопів, що утворились внаслідок ділення урану. Наступного дня близько другої ночі стався викид що складався з радіоактивних йодів та інертних газів. За всіма цими перипетіями на одній з найкращих атомних станцій Східної Європи уважно слідкував угорський регулюючий орган. Лише 16 квітня, після декількох невдалих спроб, бак було відчинено. Відеозйомка під водою показала частково зруйновані твели та паливо, що покинуло межі оболонки. В шахту були залиті речовини для зв’язування радіоактивного йоду і борна кислота, щоб уникнути можливості запуску ланцюгової реакції. Подія отримала 3 рівень за міжнародною шкалою ядерних подій (серйозний інцидент). Енергоблок не працював більше року, поки велись роботи по дезактивації першого контуру.

То що ж стало причиною цього всього? 

3.      Розбір польотів.

Одним зі специфічних моментів було те, що показники потоку та температури були встановлені лише на виході з баку очищення, і показники там треба було знімати людиною. Ніякої автоматики, яка б подавала сигнал при перевищенні параметрами потоку певних значень, не було. Плюс, як вже зазначалось, витрата води була завелика. Для відведення теплоти від цих збірок без кипіння можна було б використовувати менше води. Ці аспекти не дали побачити під час інциденту те, що не було враховано при проектуванні баку очищення: байпасного потоку.

Під час охолодження вода, яка закачувалась з дна бака, підіймається і заповнює проміжки між ТВЗ. За ідеєю розробників, вода підіймається вгору, заповнює проміжки від ТВЗ, нагрівається, піднімається вгору та відкачується назад в шахту. Все було б так, якби це був єдиний доступний шлях для води. Але під час інциденту ситуація була інакшою. Виник байпасний потік, через який вода йшла на вихід з баку, не омиваючи верхню частину ТВЗ. Тобто, частина води йшла іншим напрямком, тому що були доступні інші шляхи для потоку. Звідки вони взялись?

При розробці баку на 30 ТВЗ були допущені помилки, що привели до можливості утворення байпасного потоку. Перша помилка полягала у нещільній фіксації ТВЗ, що дозволяло воді іти безпосередньо на вихід, не омиваючи верхню частину ТВЗ. Друга помилка полягала у нехтуванні отворами в стінках, через які йшла вода. А причина цих помилок була просто смішна: єдиний (!) інженер Siemens, що спроектував бак на7 збірок, звільнився, коли розроблялась документація для баку на 30 збірок, а на кресленнях паливних збірок, наданих АЕС, цих отворів не було. От що значать кадри, точніше, їх відсутність. 

Результат – погане охолодження верхньої частини ТВЗ в баці, вона починає нагріватись. Різниця температур вгорі баку і внизу зменшується, як результат – вода через верх тече ще повільніше. Гірше того, вона починає закипати! А пар відводить тепло набагато гірше рідкої води. Утворюється парова подушка , яка по мірі зростання все більше і більше порушує теплообмін. В кінці кінців парова подушка майже повністю заповнює бак, вода взагалі перестає рукаатись. Саме це і привело по підняття рівня води у шахті. Охолодження через випромінювання та теплообмін пари з водою нічого вже не могло зробити. Ніщо не заважало ТВЗ розігріватись до дуже високих температур, порядку 1030°С. А для ТВЗ, оточеної парою, це дуже небезпечна температура. В конструкційних матеріалал ТВЗ широко використовується цирконій. При температурі 861°С починає відбуватись паро-цирконієва реакція: цирконій окислюється, при цьому виділяючи велику кількість водню та теплоти, що ще збільшує температуру палива!. При цьому існує реальна загроза вибуху водню (пам’ятаєте дирижабль «Гінденбург»? Ото ж). Під час відкриття баку холодна вода викликала термошок у оболонок ТВЗ, що призвело до руйнування. Вони і так стали крихкими внаслідок нагрівання та окислення, а тут ще й свіженька водичка. З цим пов’язано підняття рівня радіації у реакторному приміщенні.

4.      Наслідки.

Інцидент розслідувався одночасно АЕС та регулюючим органом. Результатом стало викриття конструкційних та організаційних недоліків, через які цей інцидент став можливим. Мало того що бак конструювався  на основі некоректної інформації, так АЕС не проводила експертизу установки! Не царське то діло. Хай холопи-підрядники цим займаються. Економічні інтереси були поставлені вище вимог з безпеки, що в застосуванні атомної енергетики… Ну, я думаю, ви здогадуєтесь. При вчасній модернізації парогенератора проблем з відкладеннями на твелах можна було б уникнути, і не треба було б його чистити. Намагання зробити все якнайшвидше, бо гроші ж втрачаються, а ми такі молодці, привело до колосальних економічних втрат. Уникнути цієї події можна було б, якби персонал АЕС не розглядав ситуацію з оптимістичної точки зору. При роботі з ядерними технологіями передбачення найгіршого розвитку подій дає можливість керувати ним і звести можливі негативні наслідки до мінімуму. Разом з тим, цей інцидент не мав жертв (інакше то була б вже аварія). Тому іноді не бути оптимістами дуже корисно.

Автор вдячний завідувачеві кафедри ядерної фізики Каденку Ігорю Миколайовичу за надані матеріали в рамках курсу «Ядерна безпека АЕС».

Написано для @peacefulnuclearpenguin