Авария на АЭС Фукусима-1

Оглавление

Введение.

     Фукуси́ма-1— атомная электростанция, расположенная в городе Окума уезда Футаба префектуры Фукусима. Получила известность после аварии в марте 2011 года. До аварии её шесть энергоблоков мощностью 4,7 ГВт делали Фукусиму-1 одной из 25 крупнейших атомных электростанций в мире. Фукусима-1 — первая АЭС, построенная и эксплуатируемая Токийской энергетической компанией (TEPCO).

      Авария на АЭС Фукусима-1 — крупная радиационная авария (по заявлению японских официальных лиц — 7-го уровня по шкале INES), произошедшая 11 марта 2011 года в результате сильнейшего в истории Японии землетрясения и последовавшего за ним цунами. Землетрясение и удар цунами вывели из строя внешние средства электроснабжения и резервные дизельные генераторы, что явилось причиной неработоспособности всех систем нормального и аварийного охлаждения и привело к расплавлению активной зоны реакторов на энергоблоках 1, 2 и 3 в первые дни развития аварии.

1. Энергоблоки.

       Реакторные установки для первого, второго и шестого энергоблоков были сооружены американской корпорацией General Electric, для третьего и пятого — Toshiba, для четвёртого — Hitachi. Все шесть реакторов спроектированы компанией General Electric. Архитектурное проектирование для энергоблоков General Electric выполнила компания Ebasco, все строительные конструкции возвела японская строительная компания Kajima (англ.).

Подключение к сети.

Фукусима — 1 подключена к сети четырьмя линиями электропередач:

500 кВ ЛЭП Футаба

275 кВ ЛЭП Окума

275 кВ ЛЭП Окума

66 кВ ЛЭП Йономори

Фукусима-1 относится к сегменту сети с частотой 50 Гц.

2. Авария на АЭС.

2.1. События в марте 2011 года.

      В момент землетрясения три работающих энергоблока были остановлены действием системы аварийной защиты, которая сработала в штатном режиме. Однако спустя час было прервано электроснабжение (в том числе и от резервных дизельных электростанций), предположительно из-за последовавшего за землетрясением цунами. Электроснабжение необходимо для отвода остаточного тепловыделения реакторов, которое, согласно формуле Вэя — Вигнера, в первые секунды составляет около 6,5 % от уровня мощности до остановки, через час — примерно 1,4 %, через год — 0,023 %. Сразу после потери резервных дизельных электростанций владелец станции, компания TEPCO, заявила правительству Японии об аварийной ситуации. С этого момента работа на площадке АЭС была сфокусирована на решении проблемы электроснабжения аварийных систем, для чего на станцию решили доставлять мобильные силовые установки для замещения неработающих дизелей. Без достаточного охлаждения во всех трёх работавших до аварийной остановки энергоблоках начал снижаться уровень теплоносителя и стало повышаться давление, создаваемое образующимся паром. Первая серьёзная ситуация возникла на энергоблоке № 1. Для недопущения повреждения реактора высоким давлением пар сбрасывали в гермооболочку, в которой давление возросло до 8,4 атм. (840 кПа) при расчётном значении в 4 атм. (400 кПа). Чтобы гермооболочка не разрушилась, пар пришлось сбрасывать в атмосферу, при этом TEPCO и МАГАТЭ заявили, что он будет фильтроваться от радионуклидов. Давление в гермооболочке удалось сбросить, однако при этом в обстройку реакторного отделения проникло большое количество водорода, образовавшегося в результате оголения топлива и окисления циркониевой оболочки тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) паром (пароциркониевая реакция).

На момент аварии на энергоблоках находилось следующее количество топливных сборок:

На блоке № 3 в бассейне находилось MOX-топливо производства Франции. Кроме того, 6375 отработавших тепловыделяющих сборок находилось в центральном хранилище радиоактивных отходов.

      В 6:36 по UTC на первом энергоблоке АЭС произошёл взрыв, в результате которого обрушилась часть бетонных конструкций. Причина взрыва — образование водорода в результате пароциркониевой реакции при высоких температуре и паросодержании. Корпус реактора не пострадал, была разрушена внешняя оболочка блока из железобетона. Четыре человека, принимавшие участие в работах на станции, получили ранения и были направлены в больницы. Уровень радиации на границе промплощадки станции сразу после взрыва достиг 1015 мкЗв/час, через 4 минуты — 860 мкЗв/час, через 3 часа 22 минуты — 70,5 мкЗв/час. В пробах, взятых передвижными лабораториями за территорией промплощадки АЭС, был обнаружен радиоактивный цезий, что может указывать на негерметичность оболочек некоторых ТВЭЛов, однако количественных данных не было приведено. В 12:20 стало известно, что Генеральный секретарь правительства Японии подтвердил информацию об утечке радиации. Масштабы утечки не уточнялись. В 12:41 по UTC Генеральный секретарь кабинета министров Юкио Эдано подтвердил, что при взрыве была разрушена внешняя бетонная стена здания реакторного отделения, а внутренняя стальная герметичная оболочка не была повреждена. Таким образом, по его словам, существенного выброса радиоактивных веществ не произошло. Юкио Эдано также заявил, что с целью охлаждения реактора было принято решение заполнить его гермооболочку морской водой с раствором борной кислоты (в пресс-релизе TEPCO указывается, что подача воды осуществлялась непосредственно в реактор), что займет от пяти до десяти часов. По поводу причин взрыва Юкио Эдано заявил, что по мере падения уровня охлаждающей воды образовывался водород, который, просачиваясь в пространство между бетонной стеной и стальной оболочкой, смешивался с воздухом, что и привело к взрыву.

   Правительство Японии сообщило о сложной ситуации на блоке № 3 — вышла из строя система его аварийного охлаждения, которая должна была заработать при снижении уровня теплоносителя ниже определённой установки. Имелись предварительные данные, что ТВЭЛы по высоте частично находились или находятся выше уровня воды. Существовала угроза взрыва водорода. Японские официальные лица уведомили МАГАТЭ, что в 9:20 по местному времени начался сброс давления в гермооболочке 3-го блока контролируемым выпуском пара. В дальнейшем из-за отсутствия всех возможностей охлаждения реактора изнутри началась подобная проведённой на первом блоке операция по закачке морской воды для охлаждения реактора.

       В 11:01 по местному времени произошёл взрыв водорода на третьем энергоблоке станции по тем же причинам, что и на первом. В результате ранения получили 11 человек. Гермооболочка и корпус реактора, по сообщению японских официальных лиц, не были повреждены. На блоках 1 и 2 начались работы по восстановлению аварийного электроснабжения с помощью мобильных силовых установок. Продолжалась подача морской воды с борной кислотой для охлаждения реакторов блоков 1 и 3. На блоке 2 отказала система аварийного охлаждения, и TEPCO уведомило о начале такой же аварийной ситуации, как и на блоках 1 и 3. После отказа системы охлаждения, на блоке 2 началась операция по охлаждению морской водой с борной кислотой, аналогичная проводимой на 1 и 3 блоках. Однако в процессе работ отказал предохранительный клапан сброса пара из реактора, и из-за возросшего давления, подача воды стала невозможной. Активная зона на некоторое время оголилась полностью, часть ТВЭЛов, вероятно, оказались серьёзно повреждены. Однако функции клапана удалось восстановить, что позволило сбросить давление и продолжить охлаждение морской водой.

    Примерно в 6:20 по местному времени произошёл взрыв на втором блоке АЭС. Вероятно, повреждён бак-барботёр (резервуар в виде тора, находящийся на более низкой отметке, чем реактор), предназначенный для конденсации пара, поступающего из реактора в аварийных ситуациях. Давление в барботёре упало в три раза, что говорит о его повреждении. В момент взрыва уровень радиации на промплощадке вырос до 8217 мкЗв/час, но позже снизился на треть. Причиной взрыва, как и в предыдущих случаях, явилось скопление водорода. В результате взрыва возможно была нарушена целостность гермооболочки. Одновременно на блоке 4 произошёл пожар в хранилище отработанного ядерного топлива, радиоактивные вещества, по информации МАГАТЭ, стали поступать в атмосферу. Пожар был потушен в течение 2 часов. Со станции эвакуирован весь персонал. Вести борьбу с катастрофой остались 50 инженеров.

    В 5:45 утра по местному времени сотрудниками, пытающимися наладить электроснабжение, было замечено пламя на углу здания энергоблока 4. Спустя 30 минут разведка персоналом не обнаружила признаков возгорания. Подать воду к энергоблоку 4 было невозможно из-за уровня излучения от блока 3. В 8:34 утра по местному времени от блока 3 стали подниматься клубы белого дыма. Определить причину не удалось из-за отсутствия необходимого персонала и тяжёлой радиационной обстановки. Возможно, на блоке 3 произошло событие аналогичное случившемуся 15 марта на блоке 2, однако шума взрыва замечено не было. Уровень воды в бассейне выдержки топлива блока 5, упавший до опасных величин, удалось поднять. Планируется подача электропитания от работающего дизеля 6-го блока для решения этой проблемы. Министр сил самообороны Японии Тосими Китадзава заявил, что планируется сброс воды над энергоблоком 3 с помощью вертолётов. Также готовится заливка блока водой с земли, однако для этого необходимо расчистить завалы возле энергоблока.

2.2. события в апреле 2011 года.

     2 апреля при поиске путей поступления радиоактивных веществ в море, ликвидаторами аварии было обнаружено, что бетонный канал для электрокабелей, располагающийся на глубине 2 метра в непосредственной близости от водозабора морской воды (для нужд технического водоснабжения) энергоблока 2 заполнен высокоактивной водой. Уровень излучения от её поверхности такой же, как в подвальных помещениях блока 2 (1000 мЗв/ч), с которыми канал имеет связь через систему технологических тоннелей. Кроме того, было обнаружено, что в стене кабельного канала имеется трещина шириной 20 см. Было принято решение залить бетоном участок с трещиной, однако две попытки это сделать не увенчались успехом, так как большой расход воды через трещину не даёт бетону затвердевать. 3 апреля была предпринята попытка залить трещину специальным полимерным материалом, которая также не увенчалась успехом. 4 апреля сотрудники пытались удостовериться, что именно эта трещина является причиной утечки в море. В один из тоннелей под энергоблоком 2, примыкающий к треснувшему каналу, была залита жидкость-маркер белого цвета, однако в канале она в итоге не появилась. Предпринимаются дальнейшие попытки остановить течь через трещину, в случае их безуспешности планируется укреплять землю в районе течи химическими веществами. Электроснабжение временных насосов, подающих воду в гермооболочки блоков 1, 2 и 3, переведено с мобильных силовых установок на внешнее 2 апреля. В этот же день началась откачка воды из конденсатора блока 2 в бак запаса конденсата, для высвобождения объёмов под приёмку воды из подвальных помещений. Температуры в реакторах к 4 апреля стабильны или снижаются. 4 апреля для решения экстренной задачи откачки высокорадиоактивной воды из подземных сооружений энергоблоков 1, 2 и 3, TEPCO, ссылаясь на Section 1 of the Article 64 of the Nuclear Reactor Regulation Law, объявила о вынужденном сбросе в море примерно 10 000 тонн низкорадиоактивной воды из штатного станционного хранилища радиоактивных отходов. Эта мера необходима для высвобождения объёма под высокоактивную воду. Правительство Японии дало разрешение на операцию, об этом NISA проинформировала МАГАТЭ. По заявлению TEPCO, сброс воды может добавить к дозовой нагрузке человека, который бы неподалёку от станции жил и питался целый год, лишь около 0,6 мЗв (2,4 мЗв — природная годовая доза любого человека). В дополнение необходима откачка в море ещё 1500 тонн из подземных сооружений блоков 5 и 6, в которые просачиваются и накапливаются грунтовые воды. Их накопление потенциально опасно для важных систем энергоблоков.

       Течь высокорадиоактивной воды в море из подземного канала для электрокабелей была остановлена 5 апреля в 23:38 мск. В участке земли, примыкающем к трещине, пробурили два отверстия до гравийной подушки и залили в них 1500 литров жидкого стекла. Начиная с 7 апреля ликвидаторы аварии начали подавать азот в гермооболочку блока 1 для вытеснения водорода из неё и недопущения таким образом образования взрывоопасной концентрации. За 6 дней планируется закачать 6000 м³ азота, после чего операцию планируют провести на блоках 2 и 3. По-прежнему остро стоит проблема откачки высокоактивной воды из затопленных подземных сооружений энергоблоков. Объёмы воды в них оцениваются в 50 000 тонн. Ситуация осложняется тем, что ежесуточно в реакторы и их гермооболочки заливается в целом около 500 тонн воды, часть которой, загрязнившись, выливается в затопленные помещения. Штатного хранилища радиоактивных отходов, из которого выливают в море 10 000 тонн низкоактивной воды (с 4 по 6 апреля уже сброшено 6 000 тонн), недостаточно для решения проблемы. По просьбе TEPCO из префектуры Сидзуока направили плавучее сооружение «Mega-Float» ёмкостью около 10 000 тонн. 7 апреля оно прибыло в порт Иокогама, где его собираются подготовить и оборудовать для хранения радиоактивной воды. Также TEPCO намеревается строить временные хранилища на территории станции. По расчётам TEPCO эти три действия в сумме обеспечат 60 000 м³ свободных объёмов.

     Продолжающиеся мощные афтершоки не оказали влияния на ход восстановительных работ на станции, охлаждение реакторов не прерывалось. Ситуация на станции остаётся очень серьёзной, однако есть продвижение в работах по восстановлению электроснабжения систем и функций контрольно-измерительных приборов. Уровень воды в турбинном отделении второго энергоблока к 10 апреля поднялся на 12 см после того, как утечка воды в океан была остановлена 5 апреля и не достигает 92 см до уровня земли. В стенах всех энергоблоков проделали отверстия и прокладывают временные трубопроводы от затопленных помещений в турбинных отделениях к освободившемуся штатному хранилищу радиоактивных отходов, в котором ведётся проверка функций. 10 апреля началась уборка тяжёлой техникой обломков разрушенных зданий энергоблоков 1 и 3. Активность фрагментов стен и крыш взорвавшихся энергоблоков в некоторых местах составляет сотни мЗв/ч, что мешает восстановительным работам. Ликвидация радиоактивных завалов ведётся дистанционно управляемыми экскаваторами и бульдозерами, в местах, где будет невозможно осуществлять дистанционное управление, будут использовать вручную управляемую технику с освинцованными кабинами. Обломки собираются упаковывать в контейнеры и складировать на территории промплощадки станции.