Utěsněný plášť ( hermetický obal [1] ; ochranný obal [2] [3] ; kontejnment [2 ] ; hermetická zóna [2] ; kontejnment z anglického kontejnmentu [2] ) je pasivní bezpečnostní systém energetických jaderných reaktorů , hlavní funkce z nichž je zabránění úniku radioaktivních látek do životního prostředí při těžkých haváriích. Kontejnment je masivní konstrukce speciální konstrukce, ve které je umístěno hlavní zařízení reaktorové elektrárny. . Kontejnment je architektonicky nejcharakterističtější a z hlediska bezpečnosti nejdůležitější budova jaderných elektráren , poslední fyzická bariéra šíření radioaktivních materiálů a ionizujícího záření [4] [5] [6] .
Téměř všechny pohonné jednotky vyrobené za posledních několik desetiletí jsou vybaveny ochrannými kryty. Jejich použití je nezbytné pro ochranu při vnitřní havárii s prasknutím velkého potrubí a ztrátou chladiva ( ang. LOCA, Loss-of-coolant accident ), dále v případě vnějších událostí: zemětřesení , tsunami , hurikány , tornáda , havárie letadel , výbuchy , údery raket atd. [4] [7] .
Kontejnment je navržen tak, aby plnil své funkce s přihlédnutím ke všem možným mechanickým, tepelným a chemickým vlivům, které jsou důsledkem výtoku chladiva a tavení aktivní zóny. Nejčastěji má kontejnment pomocná zařízení: lokalizační bezpečnostní systémy pro kondenzaci páry a tím snížení tlaku, speciální ventilační systémy vybavené filtry pro čištění od radioaktivních izotopů jódu , cesia a dalších štěpných produktů [8] [9] .
V závislosti na typu reaktoru a konkrétních vnějších hrozbách (například seismicita) se konstrukce kontejnmentu může značně lišit. Nejmodernější kontejnmenty (cca 95 %) jsou skořepinové konstrukce různých velikostí z betonu , vyztužené nebo předpjaté , nejčastěji válcové [4] [10] .
Hermetický kryt je komplexní konstrukce, která zahrnuje i systémy složitých trubkových a kabelových prostupů velkých rozměrů. Kontejnment podléhá zvláštnímu technickému dozoru s pravidelnými zkouškami jejich funkcí a kontrolami státními orgány . Na materiály, instalaci, uvedení do provozu a provoz jsou kladeny přísné požadavky [4] [11] .
První kontejnment na světě byl vybudován v jaderné elektrárně Connecticut Yankee ( USA ), která byla uvedena do provozu v roce 1968 .
V kontejnmentu tlakovodních reaktorů je umístěno hlavní zařízení reaktorové elektrárny : reaktor, cirkulační smyčky primárního okruhu , hlavní cirkulační čerpadla, parogenerátory , dále centrální hala, bazén vyhořelého paliva , polární jeřáb , některé pomocné systémy a další vybavení. Téměř všechny používané kontejnmenty jsou tzv. „suchého“ typu [12] [6] .
U tlakovodních reaktorů je hlavním faktorem určujícím důležitost kontejnmentu potřeba absorbovat zatížení v důsledku zvýšení tlaku spojeného s prasknutím potrubí primárního okruhu . V kontejnmentu je vždy udržováno mírné vakuum , aby se zmírnil účinek rázové vlny. Hlavním pomocným systémem je sprinklerový systém , který rozstřikuje studenou vodu z trysek pod kopulí ke kondenzaci páry a tím ke snížení tlaku [9] [13] [14] .
Železobeton a předpjaté skořepiny se poprvé objevily v USA. První, železobetonová, byla postavena v jaderné elektrárně Connecticut Yankee , která byla uvedena do provozu v roce 1968 . Předpětí poprvé použil v jaderné elektrárně Robert E. Jinnah(spuštění v roce 1969 ), ale pouze částečné, svislé ve stěnách. Plné předpětí stěn a kopule bylo poprvé aplikováno v jaderné elektrárně Palisades (uvedena do provozu v roce 1971 ). Poté se praxe budování kontejnmentu z předpjatého železobetonu začala stále více rozšiřovat v USA, Kanadě, Japonsku, Belgii ( JE Tiange , blok 1, 1975 ), Francii ( JE Fessenheim, bloky 1-2, 1977 ), SSSR. Prvním použitím takového kontejnmentu v sovětské reaktorové budově byla JE Loviisa s reaktory VVER-440 ve Finsku (první blok byl uveden do provozu v roce 1977 ), poté, počínaje Novovoroněžskou JE (5. blok, uveden do provozu v roce 1980), bloky s VVER-1000 byly postaveny v SSSR , vybavené hermetickými plášti [12] [15] .
Kontejnmenty tlakovodních reaktorů jsou velké: obvykle je objem od 75 000 do 100 000 m³, v sovětských a ruských projektech - od 65 000 do 67 000 m³. Takto velký objem je nutný pro vnímání energie uvolněné při nehodě. Ve většině případů jsou dimenzovány na vnitřní tlak 0,5 MPa . Existují dva přístupy:
Jiné typy, kromě „suchého“ kontejnmentu, nebyly v posledních desetiletích pro tlakovodní reaktory budovány. Dříve se v malých množstvích používaly další dva typy, které měly menší velikosti [12] :
Geometrie
Nejčastěji jsou kontejnmenty ve formě válce s polokulovou kopulí spočívající na betonovém základu.
Průniky
Zařízení uvnitř kontejnmentu je napojeno na četné pomocné a nouzové systémy vně, takže potrubí a kabely musí procházet stěnami, pro které je v kontejnmentu zajištěn systém utěsněných trubkových a kabelových prostupů různých velikostí. Průměrně je jich asi 120. Největší otvory jsou: přepravní poklop pro nakládání / vykládání zařízení a paliva - průměr asi 8 metrů; hlavní a nouzové zámky pro průchod personálu - každý 3 metry; prostup parovodů - 1,3 metru [18] .
Maximální konstrukční parametry v případě havárie
Napětí a síla
V průměru je napětí válcové části typického předpjatého kontejnmentu za normálního provozu 10 MPa v tangenciálním směru a 7 MPa ve vertikálním směru, což zajišťuje pevnost železobetonu řádově 40 MPa [18] .
Tváří v tvář
Vnitřní obložení, pokud existuje, je nejčastěji vyrobeno z oceli o tloušťce 6 ... 8 mm. Pro zlepšení těsnění a větší odolnosti proti namáhání je vyžadováno opláštění [18] .
Spotřeba materiálů
Tyto hodnoty se velmi liší v závislosti na projektu.
Jednoplášťový s výstelkou (pro pohonnou jednotku o výkonu cca 900 MW) [18] :
Materiál | zadržování | Základna | Celkový |
---|---|---|---|
Beton , m³ | 8000 | 5000 | 13 000 |
Kování , t | 1000 | 800 | 1800 |
Předpjatá ocel , t | 1000 | — | 1000 |
Ocelové opláštění, t | 500 | 150 | 650 |
Dvojitý plášť bez obložení (pro pohonnou jednotku o výkonu cca 1400 MW) [18] :
Materiál | Vnitřní skořepina | Vnější schránka | Základna | Celkový |
---|---|---|---|---|
Beton , m³ | 12 500 | 6000 | 8000 | 26 500 |
Kování , t | 1150 | 850 | 1500 | 3500 |
Předpjatá ocel , t | 1500 | — | — | 1500 |
Většina varných reaktorů funguje v USA, Japonsku ( General Electric a držitelé jejích licencí, Toshiba a Hitachi ), Švédsku ( ABB ) a Německu ( Kraftwerk Union ).).
Všechny varné reaktory jsou navrženy se systémy snížení tlaku v kontejnmentu. Kontejnment se skládá ze dvou hlavních částí - suché šachty (dry box) reaktoru ( anglicky dry-well ) a probublávací nádrže ( anglicky wet-well ). V případě havárie se ztrátou chladiva uvnitř kontejnmentu je pára směrována pomocí průzorů (vodidel) do barbotážní nádrže s vodou, kde kondenzuje. Kromě toho existují v kontejnmentu také systémy s vodní sprchou. V souvislosti s touto konstrukcí jsou objemy plášťů poměrně malé - asi 1/6 velikosti "suchého" pláště tlakovodních reaktorů. Téměř všechny pomocné systémy jsou umístěny v budově obklopující kontejnment. Tato budova plní roli druhého kontejnmentu ( anglicky sekundární kontejnment ), udržuje slabé vakuum [19] [20] [21] .
Většina raných projektů General Electric a jejích držitelů licence v různých zemích má betonový kontejnment s ocelovým vnitřním pláštěm ve tvaru hrušky oddělující suchou skříň od probublávače. Ve Skandinávii jsou bloky ABB , například ve Švédsku a Finsku ( Jaderná elektrárna Olkiluoto ), vybaveny kontejnmentovými skořepinami z předpjatého železobetonu s ocelovým pláštěm, nahoře uzavřeným ocelovou kupolí. Základna a horní část jsou pouze částečně předpjaté. V Německu energetické jednotky Kraftwerk Unionzpočátku byly vybaveny ocelovými polokulovými kontejnmentovými skořepinami, poté se konstrukční řešení změnilo na válcové skořepiny z předpjatého železobetonu s ocelovou výstelkou a doplňkovou ochranou proti pádu letadel v horní části (bloky B a C JE Gundremmingen ). V energetických blocích s vylepšenými varnými reaktory , které staví General Electric a její držitelé licence v Japonsku a na Tchaj-wanu, je kontejnment integrován do budovy reaktoru tak, aby se zmenšila celková velikost konstrukce a zvýšila se seismická odolnost. z důvodu snížení těžiště [19] [20] [21 ] .
Aby se vyřešil problém akumulace vodíku, který je u varných reaktorů vzhledem k menší velikosti pláště mnohem akutnější, v raných konstrukcích kontejnmentů se používá plnění suché šachty reaktoru inertním plynem (například čistým dusíkem ). ) se používá, v pozdějších projektech jsou poskytovány systémy dodatečného spalování vodíku [9] [22] .
Typické vlastnostiGeometrie
Typickým pláštěm je válec (často s kulovitým zesílením na dně) namontovaný na masivní desce a zakončený deskou z předpjatého betonu s odnímatelným kovovým uzávěrem pro přístup do reaktoru. Vnitřní průměr je obvykle 26, výška 35 metrů, u vylepšených varných reaktorů je průměr o 3 metry větší při výšce 29,5 metru [23] .
Průniky
Počet otvorů je asi 100 a pod transportním poklopem (největší otvor v pláštích tlakovodních reaktorů) chybí. Zámky pro personál mají průměr 2,5 metru [23] .
Maximální konstrukční parametry v případě havárie
Konstrukční parametry jsou v průměru mírně vyšší než u plášťů tlakovodních reaktorů: tlak bývá 0,6 MPa, teplota 170 °C [23] .
Tváří v tvář
Vnitřní obložení z oceli tloušťky 6…10 mm [23] .
Těžkovodní reaktory jsou obecně známé pod názvem CANDU , což je kanadské národní zaměření. Kanada také postavila tyto reaktory v Jižní Koreji, Pákistánu, Rumunsku, Číně a Argentině. Dalším státem, kde jsou reaktory tohoto typu národním trendem, je Indie. Postavil je také Německý svaz Kraftwerk, například v jaderné elektrárně Atucha v Argentině.
Příkladem standardního návrhu kontejnmentu CANDU jsou čtyři energetické bloky jaderné elektrárny Pickering . Všechny jejich válcové pláště, které obsahují zařízení primárního okruhu a parogenerátory, jsou napojeny na samostatnou speciální „vakuovou“ konstrukci o objemu 82 000 m³, ve které je udržováno vakuum 0,007 MPa. V případě havárie se zvýšením tlaku v kontejnmentu jednoho z bloků praskne membrána na potrubí a havarijní jednotka se připojí k podtlakové konstrukci. Přetlak se tak zcela uvolní za méně než 30 sekund, i když selžou nouzové systémy pohonných jednotek. Kontejnment i vakuové zařízení jsou vybaveny sprinklerovými (rozstřikovacími) a ventilačními systémy pro kondenzaci páry a snížení tlaku. Také ve vakuové budově je pro tyto účely přídavná nádrž s nouzovou zásobou vody. Návrhový tlak plášťů reaktoru je 0,42 MPa s vakuovou konstrukcí a 0,19 MPa bez ní. Kontejnmenty jsou z předpjatého železobetonu, vakuová konstrukce je železobetonová. Vnitřní podšívka skořepin je vyrobena z pryže na bázi epoxidových pryskyřic a vinylu , vyztužená skelným vláknem , vakuová konstrukce bez podšívky. V pozdějších projektech, například kanadské jaderné elektrárně Bruce , jsou pláště obloženy ocelí a železobeton vakuové konstrukce je předpjatý [24] [25] [26] .
Kontejnmenty indických reaktorů se vyvinuly jiným směrem. Na rozdíl od kanadských reaktorů jsou indické opláštění dvojité, bez vnitřního obložení a s bublinkovou nádrží v hermetickém objemu. Kontejnment je rozdělen vodotěsnými přepážkami na suchý box a bublinkovou nádrž. V případě havárie je směs páry a vody vypouštěna ze suchého boxu přes ventilační systém do bublinkové nádrže a kondenzuje. Bloky jaderné elektrárny Rádžasthán (spuštěna v roce 1981 ) se staly prvními v Indii z předpjatého železobetonu (pouze kupole, stěny jsou železobetonové). V následném projektu Jaderná elektrárna Madras byla aplikována separace objemů do suchého boxu a probublávače. Kontejnment energetických bloků této stanice je částečně dvojitý, vnitřní plášť je z předpjatého betonu, vnější plášť je z monolitického nevyztuženého betonu. Další etapou vývoje byl kontejnment jaderné elektrárny Narora , jehož vnější plášť je vyroben ze železobetonu. Poté v JE Kakrapar byla vnější kupole odnímatelná, aby bylo možné vyměnit parogenerátory. Tato konstrukce byla s menšími úpravami použita v řadě indických pohonných jednotek [24] .
Rychlé množivé reaktory byly vyvinuty a provozovány v několika zemích (USA, Japonsko, Velká Británie, Francie, SSSR), ale v současnosti je v provozu pouze jediný na světě, BN , v Bělojarské JE v Rusku. Protože chladivem v takových reaktorech je tekutý kov a ne voda, kontejnment, beton nebo ocel, je navržen pro mnohem nižší tlak - 0,05-0,15 MPa [27] .
Plynem chlazené reaktory ( Magnox a AGR ) jsou národním trendem v britském reaktorovém průmyslu. Takové reaktory nemají kontejnment. Hlavní zařízení v nich je integrováno s jádrem v tělese z předpjatého železobetonu, které tak plní roli kontejnmentu [27] .
Vysokoteplotní plynem chlazené reaktory byly postaveny v 60. letech a všechny byly uzavřeny koncem 80. let. Ve Spojených státech postavila společnost General Atomics několik energetických jednotek stanic Fort St. Vrain.a Broskvové dno . Válcové kontejnmenty ze železobetonu s kopulí, uvnitř je reaktor z předpjatého železobetonu a hlavní zařízení. Návrhový tlak - 0,35 MPa. Reaktor THTR-300 provozovaný v NěmeckuNukem _bez kontejnmentu, s válcovým reaktorem z předpjatého železobetonu [27] .
V energetických blocích s reaktory RBMK , které byly postaveny v SSSR, nebyly kontejnmenty použity kvůli velké velikosti reaktoru. Roli kontejnmentu plní systém betonových boxů kolem reaktoru, ve kterém je umístěno hlavní zařízení, a bublinkový bazének pro únik páry v případě havárie [27] [28] .
Moderní trendy ve výstavbě kontejnmentů směřují především k nárůstu pasivních systémů, tedy těch, které nevyžadují zdroje energie a signál k zapnutí systémů. V tomto směru byly aktivně vyvíjeny všechny havarijní systémy v reaktorech poslední generace 3+. Čtyři VVER-1200 ( Novovoroněžská JE-2 a Leningradská JE-2 ) jsou v současné době ve výstavbě v Rusku, čtyři AP1000 (od Westinghouse ) v Číně a čtyři EPR( Areva se Siemens ) ve Finsku, Francii a Číně. Rusko již použilo nová řešení při výstavbě JE Tianwan v Číně a JE Kudankulam v Indii. Ve světě existuje řada dalších projektů různých společností, jejichž realizace ještě nezačala.
U všech nových projektů je kontejnment dvojitý, vnější pro ochranu před vnějšími vlivy a vnitřní pro lokalizaci havárií s odtlakováním primárního okruhu. U VVER-1200 a EPR je vnější plášť železobetonový, vnitřní plášť je z předpjatého železobetonu. U AP1000 je vnitřní skořepina ocelová. Ve všech projektech je mezi vnitřním a vnějším pláštěm organizována přirozená cirkulace vzduchu pro případ havárie pro ochlazení vnitřního pláště [13] [17] [29] [30] [31] .
Dalším směrem zvyšování bezpečnosti je ochrana kontejnmentu v případě tavení a prohoření jaderného paliva přes nádobu reaktoru. Poprvé bylo takové zařízení postaveno v kontejnmentu JE Tianwan s VVER-1000 (uvedeno do provozu v roce 2007 ) a přijato pro projekty s VVER-1200. V ruských kontejnmentech je lapač taveniny zabudován pod reaktor, v jeho případě je výplň převážně z oxidů železa a hliníku [32] . Plnivo se rozpouští v tavenině paliva, aby se snížilo jeho objemové uvolňování energie a zvětšila se teplosměnná plocha, a voda tuto hmotu plní speciálními potrubími [17] . V EPR je lapač organizován jinak - tavenina, která prohořela tělem, dopadá na nakloněnou plochu, která ji směřuje k odtoku do bazénu s vodou a chlazeného kovového dna speciální konstrukce. V AP1000 není lapač taveniny , ale je zajištěn systém, který zabrání propálení nádoby - v případě takové havárie se šachta reaktoru naplní vodou, která nádobu ochlazuje zvenčí [30] [31 ] .
Známou novinkou v oblasti pasivní bezpečnosti jsou katalytické rekombinátory vodíku. Lze je instalovat i na již provozované bloky (jsou instalovány již na mnoha jaderných elektrárnách po celém světě), jsou součástí povinné sady prvků v nových projektech. Rekombinátory jsou malá zařízení, která jsou instalována v mnoha po celém kontejnmentu a zajišťují snížení koncentrace vodíku v případě havárií s jeho únikem. Rekombinátory nevyžadují zdroje energie a povely k zapnutí – při dosažení malé koncentrace vodíku (0,5–1,0 %) se samovolně spustí proces jeho absorpce rekombinátory [30] [33] .
![]() | |
---|---|
V bibliografických katalozích |