Международная ядерная безопасность

Международная ядерная
безопасность
Термины и определения
• ядерные материалы (ЯМ) — материалы,
содержащие делящиеся вещества, или
способные их воспроизвести (например,
уран-238);
• •радиоактивные вещества (РВ) —
вещества, испускающие ионизирующее
излучение (исключая ЯМ);
• радиоактивные отходы (РАО) — ЯМ + РВ,
которые не предполагают в дальнейшем
использовать (например, после радиохимической переработки облученного топлива).
Термины и определения
• исходные ЯМ  урановые и ториевые
руды, природный уран и торий,
обедненный уран (уран с пониженным
содержанием 235U);
• специальные ЯМ  обогащенный уран
(уран с повышенным содержанием
235U), плутоний и 233U;
• трансурановые элементы (Np, Am,
Cm, Bk, Cf);
Термины и определения
Специальный неядерный материал - материалы, не
содержащие или не способные воспроизвести ядерные
материалы, но которые могут быть использованы в устройствах,
предназначенных для осуществления взрывного выделения
внутриядерной энергии (ядерного взрыва).
Делящиеся вещества (нуклиды) – вещества способные вступать в ядерную реакцию деления при облучении их нейтронами:
• природные изотопы урана и тория;
• искусственные изотопы плутония;
• изотопы трансурановых элементов (Np, Am, Cm, Bk, Cf);
• искусственный изотоп 233U (продукт захвата нейтронов 232Th).
Термины и определения
• Ядерное топливо  это ЯМ, содержащий
нуклиды,
которые
делятся
при
взаимодействии с нейтронами.
• Ядерное топливо - материалы, служащие
для получения энергии в ядерном реакторе.
Обычно ядерное топливо представляет
собой смесь веществ, содержащих: делящиеся ядра и ядра, способные в
результате
бомбардировки
нейтронами
образовывать
делящиеся
ядра
(не
существующие в природе).
Термины и определения
• Оружие массового поражения (ОМП) обычно
включает в себя ядерное, биологическое и
химическое оружие.
• Ядерное оружие - оружие массового поражения
взрывного действия, основанное на использовании
внутриядерной энергии, которая выделяется при
цепных реакциях деления тяжелых ядер некоторых
изотопов урана и плутония или при термоядерных
реакциях синтеза легких ядер изотопов водорода
(дейтерия и трития) в более тяжелые, например
изотопы гелия.
• Ядерное оружие включает ядерные боеприпасы
(боевые части ракет и торпед, авиационные и
глубинные бомбы, артиллерийские снаряды и мины,
снаряженные ядерными зарядными устройствами),
средства управления и доставки их до цели.
Термины и определения
Критическая масса-минимальная масса
делящегося вещества, необходимая для
начала самоподдерживающейся цепной
реакции деления.
Международное сотрудничество в сфере
обеспечения радиационной защиты и
ядерной безопасности развивается по
следующим направлениям
• принятие в рамках международных организаций
правил безопасности и радиационной защиты;
• обеспечение безопасной эксплуатации АЭС и
оказание помощи в случае чрезвычайного ядерной
аварии;
• обмен информацией об отказах и неисправностях
ядерно-энергетического оборудования и проведение
совместных исследований и разработок в области
ядерной безопасности.
Международная ядерная
безопасность
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1979 год
Конвенция о физической защите ядерного материала
1985 год
Договор о безъядерной зоне южной части Тихого океана и
Протоколы к нему
1986 год
Конвенция о помощи в случае ядерной или радиационной
аварийной ситуации
Конвенция об оперативном оповещении о ядерной аварии
1990 год
Соглашение о проведении международных исследований
последствий аварии на Чернобыльской атомной
электростанции в научном центре «Припять»
Международная ядерная
безопасность
• 1992 год
• Принципы, касающиеся использования ядерных источников
энергии в космическом пространстве
• Соглашение между КНДР и МАГАТЭ о применении гарантий в
связи с Договором о нераспространении ядерного оружия
• 1994 год
• Конвенция о ядерной безопасности - Вена, 17 июня 1994 года.
Конвенция вступила в силу для России 24.10.1996.
• 1995 год
• Договор о зоне, свободной от ядерного оружия, в ЮгоВосточной Азии [Бангкокский договор]
• Договор о зоне, свободной от ядерного оружия, в Африке
[Пелиндабский договор]
Международная ядерная
безопасность
• 1997 год
• Венская конвенция о гражданской ответственности за ядерный
ущерб 1997 года
• Конвенция о дополнительном возмещении за ядерный ущерб
• Объединенная конвенция о безопасности обращения с
отработавшим топливом и о безопасности обращения с
радиоактивными отходами
• 1998 год
• Типовой дополнительный протокол к соглашению(ям) между
государством(ами) и Международным агентством по атомной
энергии о применении гарантий
• 2004 год
• Кодекс поведения по обеспечению безопасности и сохранности
радиоактивных источников
Договор об Антарктике
• Подписан в Вашингтоне 1 декабря 1959 года Договор об
Антарктике, вступил в силу в 1961 году. Договор состоит из
преамбулы и 14 статей. Его главная цель – обеспечить
использование Антарктики в интересах всего человечества. В
Договоре предусматривается свобода научных исследований
и поощряется международное сотрудничество.
•
• На январь 2010 года в число участников договора входят 46
государств, 28 из которых являются консультативными
сторонами.
Договор Тлателолко
Договор
о
запрещении
ядерного
оружия
в
Латинской Америке 1967 году (Договор Тлателолко)
– о запрещении ядерного оружия в этом регионе.
Договор
запрещает
испытание,
применение,
изготовление, производство
или
приобретение
любым способом, а также получение, хранение,
установку, размещение и любую форму владения
любым ядерным оружием странам Латинской Америки
и Карибского моря.
Договор был открыт к подписанию 14 февраля 1967
года в Мехико. Договор вступил в силу для каждого
государства в индивидуальные сроки. Государствомдепозитарием является Мексика. В настоящее время
участниками Договора являются 33 государства.
Договор Раротонга
• Договор о безъядерной зоне в южной части Тихого океана.
Зона включает Австралию, Новую Зеландию, Папуа, Новую
Гвинею и ряд мелких островных государств этого региона.
Договор запрещает изготовление или приобретение другими
способами любого ядерного взрывного устройства, а также
владение и контроль над таким устройством со стороны
участников где-либо в пределах или за пределами зоны. Он
также запрещает захоронение радиоактивных материалов в
море,
владение ядерными взрывными
устройствами
и
испытание их в мирных целях. Договор разрешает
участникам делать исключения для ядерного оружия, которое
может находиться на борту иностранных судов, заходящих в
их порты.
• Договор был открыт к подписанию 6 августа 1985 года.
Вступил в силу 11 декабря 1986 года. В настоящее время в
состав участников Договора входят 13 государств. Протоколы к
Договору Раротонга подписаны всеми пятью официальными
ядерными государствами.
Бангкокский договор
Договор о создании зоны, свободной от ядерного оружия, в
Юго-Восточной Азии. В соответствии с Договором ни одно из
государств-участников не производит, не владеет и не
контролирует ядерное оружие, не испытывает и не использует
ядерное оружие как внутри, так и вне зоны, свободной от
ядерного оружия, определяемой Договором,
не содействует
приобретению ядерного оружия каким- либо государством, не
предоставляет территорию для размещения ядерного оружия,
предотвращает испытания ядерного оружия.
Договор открыт к подписанию 15 декабря 1995 года и вступил
в силу 28 марта 1997 года. К нему присоединилось 10 государств,
в 9 из них прошла процедура его ратификации. Депозитарий
Договора – правительство Таиланда.
Договор Пелиндаба
Договор о создании в Африке зоны, свободной от
ядерного оружия
Договор был открыт к подписанию 11 апреля 1996
года в Каире, где и был подписан 43 государствами. В
настоящее время его участниками являются 53
государства. Договор не вступил в силу, так как не был
ратифицирован необходимым числом участников.
Депозитарий Договора – Генеральный секретарь
Организации Африканского единства. Протокол к
Договору был подписан 5 официальными ядерными
государствами.
Договор о зоне, свободной от
ядерного оружия, в Центральной
Азии
Безъядерная зона в Центральной Азии обладает рядом уникальных
черт, отличающих ее от других аналогичных зон в мире:
• ни одна из существующих зон, свободных от ядерного оружия, не
имеет среди стран-участниц государство, обладавшее ранее
арсеналом ядерного оружия;
• только ЦАЗСЯО представляет собой территорию, полностью
окруженную сушей и полностью находящуюся в Северном
полушарии, и только ЦАЗ- СЯО непосредственно граничит с
ядерными государствами;
• впервые договор о ЗСЯО включает обязательства, по которым
страны - члены договора должны полностью подчиняться Договору о
всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний и
Дополнительному протоколу МАГАТЭ;
• договор о ЦАЗСЯО призывает поддержать реабилитационные
мероприятия в области охраны окружающей среды, пострадавшей
в ходе реализации ядерных программ во время холодной войны.
ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
• «Правила ядерной безопасности
реакторных установок атомных
станций» НП-082-07
• Введены в действие с 1 июня 2008 г.
Перечень сокращений
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
АЗ- аварийная защита
АС -атомная станция
ACT -атомная станция теплоснабжения
БН- реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем
БПУ (БЩУ)- блочный пункт (щит) управления
ВВЭР- водо-водяной энергетический реактор
КГО - контроль герметичности оболочки
ООБ -отчет по обоснованию безопасности
ПЗ -предупредительная защита
РБМК -реактор большой мощности канальный
РПУ (РЩУ)- резервный пункт (щит) управления
РУ -реакторная установка
СВБ - система важная для безопасности
СУЗ -система управления и защиты
ТВС -тепловыделяющая сборка
твэл -тепловыделяющий элемент
УСБ -управляющие системы безопасности
УСНЭ -управляющие системы нормальной эксплуатации
ЭГП-6 -энергетическая графитовая петельная реакторная установка
Термины и определения
Аварийная защита:
- функция безопасности, заключающаяся в быстром переводе
реактора в подкритическое состояние и в поддержании его в
подкритическом состоянии;
- комплекс систем безопасности, выполняющий функцию АЗ.
Активная зона - часть реактора, в которой размещены ядерное
топливо, замедлитель, поглотитель, теплоноситель, средства
воздействия на реактивность и элементы конструкций,
предназначенные для осуществления управляемой цепной
ядерной реакции деления и передачи энергии теплоносителю.
Группа рабочих органов СУЗ - один или несколько рабочих
органов СУЗ, объединенных по управлению в целях
одновременного совместного перемещения и воздействия на
реактивность.
Термины и определения
Диагностика- функция контроля, целью которой является
определение состояния работоспособности неработоспособности)
или исправности (неисправности)диагностируемого объекта.
Извлечение средств воздействия на реактивность - такое
перемещение или изменение состояния средств воздействия на
реактивность, которое приводит к вводу положительной
реактивности (введение средств воздействия на реактивность
приводит к вводу отрицательной реактивности).
Исполнительный механизм СУЗ - устройство, состоящее из
привода, рабочих органов и соединительных элементов и
предназначенное для изменения реактивности реактора.
Канал контроля - совокупность датчиков, линий связи, средств
обработки сигналов и (или) представления параметров,
предназначенных для обеспечения контроля в заданном проектом
объеме.
Термины и определения
Комплект аппаратуры АЗ - аппаратура системы управления и
защиты, выполняющая в заданном проектом РУ объеме функции
контроля и управления АЗ.
Максимальный запас реактивности - реактивность, которая
может реализовываться в реакторе при удалении из активной зоны
всех средств воздействия на реактивность и извлекаемых
поглотителей для момента кампании и состояния реактора с
максимальным
значением
эффективного
коэффициента
размножения.
Максимальный проектный предел повреждения твэлов допустимые значения параметров и характеристик твэлов в
условиях проектных аварий, превышение которых может
приводить к разрушению твэлов.
Термины и определения
Перегрузка активной зоны (перегрузка) - ядерно-опасные
работы на РУ по загрузке, извлечению и перемещению ТВС
(твэлов), средств воздействия на реактивность и других
элементов, влияющих на реактивность, в целях их ремонта,
замены и демонтажа.
Повреждение твэла - нарушение хотя бы одного из
установленных для твэлов проектных пределов повреждения.
Предупредительная
защита
функция,
выполняемая
управляющей системой нормальной эксплуатации блока АС, для
предотвращения
срабатывания
аварийной
защиты
и
(или)нарушений пределов и условий безопасной эксплуатации.
Привод СУЗ- устройство, предназначенное для изменения
положения механического рабочего органа СУЗ и его удержания в
фиксированном положении.
Термины и определения
Рабочий орган АЗ - средство воздействия на реактивность,
используемое в АЗ.
Рабочий орган СУЗ - средство воздействия на реактивность,
используемое в СУЗ.
Разгерметизация твэла - повреждение твэла с нарушением
целостности оболочки твэла типа газовой не плотности или
прямого контакта ядерного топлива с теплоносителем.
Разрушение твэла - нарушение целостности конструкции твэла, в
результате которой твэл утрачивает геометрию, обеспечивающую
его проектное охлаждение.
Термины и определения
Реакторная установка - комплекс систем и элементов АС,
предназначенный для преобразования ядерной энергии в
тепловую, включающий реактор и непосредственно связанные с
ним системы, необходимые для его нормальной эксплуатации,
аварийного охлаждения, аварийной защиты и поддержания в
безопасном состоянии при условии выполнения требуемых
вспомогательных и обеспечивающих функций другими системами
АС. Границы РУ устанавливаются для каждой АС в проекте.
Сигнал АЗ- сигнал, формируемый в комплекте аппаратуры АЗ с
целью инициировать срабатывание рабочих органов АЗ и
поступающий в средства регистрации, а также на БПУ и РПУ для
оповещения персонала.
Сигнал ПЗ- сигнал, формируемый и регистрируемый системами
контроля и управления для инициирования функций ПЗ и
оповещения персонала о возможных нарушениях нормальной
эксплуатации.
Термины и определения
Система остановки реактора - система, предназначенная для
перевода реактора в подкритическое состояние и поддержания его
в подкритическом состоянии с помощью средств воздействия на
реактивность.
Система управления и защиты - совокупность средств
технического, программного и информационного обеспечения,
предназначенных для обеспечения безопасного протекания
цепной ядерной реакции деления.
Система управления и защиты - система, важная для
безопасности, совмещающая функции нормальной эксплуатации и
безопасности и состоящая из элементов управляющих систем
нормальной
эксплуатации,
защитных,
управляющих
и
обеспечивающих систем безопасности.
Термины и определения
Средства воздействия на реактивность - технические средства,
реализуемые в виде твердых, жидких или газообразных
поглотителей
(замедлителей,
отражателей),изменением
положения или состояния которых в активной зоне или отражателе
обеспечивается изменение реактивности активной зоны реактора.
Тепловыделяющая сборка - машиностроительное изделие,
содержащее ядерные материалы и предназначенное для
получения тепловой энергии в ядерном реакторе за счет
осуществления контролируемой ядерной реакции.
Тепловыделяющий элемент (твэл) - отдельная сборочная
единица, содержащая ядерные материалы и предназначенная для
получения тепловой энергии в ядерном реакторе за счет
осуществления контролируемой ядерной реакции деления и (или)
для накопления нуклидов.
Термины и определения
Тяжелое повреждение активной зоны реактора - запроектная
авария с повреждением твэлов выше максимального проектного
предела, при которой может быть превышен предельно
допустимый аварийный выброс радиоактивных веществ в
окружающую среду.
Указатель положения рабочего органа СУЗ - устройство для
определения положения рабочего органа СУЗ в активной зоне
реактора.
Эквивалентная степень окисления оболочки - отнесенная к
начальной толщине оболочки суммарная толщина эквивалентного
слоя, который прореагировал бы с водяным паром в
предположении, что весь местно-поглощенный кислород пошел на
образование стехиометрического диоксида циркония ZrО2. В
случае разгерметизации оболочки учитывается окисление как
наружной, так и внутренней поверхности оболочки.
Ядерная безопасность
Критическая масса урана и
плутония (водный раствор)
• с помощью ограничения массы (зона
1).
• с помощью ограничения
концентрации (зона 2).
• с помощью ограничения массы и
концентрации (зона 3).
• с помощью ограничения массы и
степени замедления (зона 4).
обеспечения ядерной
безопасности:
• ограничение размеров и формы (в
этом случае употребляют термины:
безопасные размеры, безопасная
геометрия).
• с помощью ограничения размеров и
концентрации.
• с помощью ограничения размеров и
замедления.
• Коэффициенты запаса выбирают в два
этапа. Во-первых, (первый этап),
значение Кэф аппаратов не должно
превышать 0,95. Во-вторых, (второй
этап), безопасный или допустимый
параметр должен быть уменьшён в К
раз: для критической массы – в 2,1
раза, критического диаметра цилиндра
или критической толщины пластины – в
1,1 раза, критического объёма – в 1,3
раза, критической концентрации – в 1,3
раза.
Выбор способа обеспечения
ядерной безопасности
Pu
Делящийс Обогащение U 90 Обогащение U 5 %
%
я
материал Критичес Безопас Критичес Безопас Критичес Безопас
кий
ный
кий
ный
кий
ный
Масса Ut,
кг
0,87
0,40
37
18
0,510
0,250
Объём,
л
6,1
5,0
35
27
5,5
4,2
14
12,7
31
26
13
11
4,9
4,0
15
12,1
4,5
3,4
Диаметр
цилиндра,
см
Толщина
пластины
,
см
Обеспечения ядерной
безопасности с помощью
ограничения массы
• Хотя этот способ не накладывает ограничений на
размер ёмкости (форма ёмкости фиксирована),
необходимо
контролировать
концентрацию
делящегося вещества или степень замедления в
среде.
От
нас
требуется
не
нарушать
административных мер безопасности. Необходимо
контролировать массу входящего и выходящего
делящегося материала, чтобы в любой момент
времени масса не превышала безопасного или
допустимого значения.
Обеспечения ядерной
безопасности с помощью
ограничения размеров
При таком способе обеспечения ядерной
безопасности должно быть принято во
внимание:
• тщательные меры должны быть приняты при изготовлении этих
емкостей для того, чтобы избежать превышения размеров,
вследствие повышения давления, температурных изменений и
т.д.;
• должны быть изучены различные аварийные ситуации,
связанные с утечкой растворов из емкостей безопасной
геометрии. Предосторожности должны быть приняты, чтобы
избежать утечки растворов (проверка сварных швов, тесты на
герметичность).
• Должны быть изучены пути, по которым раствор может попасть
в ёмкость опасной геометрии (например, емкости с реагентами,
вакуумные системы, охлаждающие или нагревательные
системы), и эти ситуации должны быть исключены;
• часто необходимо передавать раствор из
ёмкости безопасной геометрии в ёмкость
опасной геометрии. При этом необходимо
ограничивать массу или концентрацию
делящегося
материала
в
емкостях
безопасной геометрии;
• транспортные
ёмкости
должны
быть
безопасной геометрии. При этом должно
быть ограничено их число и использованы
дистанционирующие
элементы,
исключающие их сближение.
Обеспечения ядерной
безопасности с помощью
ограничения концентрации
• Этот способ может быть использован, если растворы
чистые
и
отсутствует
риск
кристаллизации,
полимеризации, испарения и концентрирования
экстрагентом
(например,
трибутилфосфатом).
Должно быть исключено смешивание кислотных
растворов со щелочными растворами, т.к. при этом
образуются осадки.
• Аналогично, необходимо принимать меры для
избежания
накопления
осадков,
например,
периодическое промывание. Необходимо иметь
аппаратуру для контроля осадков внутри сосудов. Во
всех случаях концентрацию необходимо оценивать,
используя один или два метода.
Обеспечения ядерной
безопасности с помощью
ограничения замедления
• Этот метод обеспечения ядерной безопасности
применим только для «сухих» систем. В частности,
этот метод используется на заводах по изготовлению
ТВС, где имеются операции с делящимися
материалами в виде оксида с малым содержанием
воды (замедлителя). Он применяется также на
заводах по обогащению урана, использующих
газодиффузионные методы. UF6 реагирует с
влажным воздухом с образованием UO2F2, поэтому
должны быть приняты меры для исключения этого.
риск случайного попадания замедлителя в
результате внешних или внутренних
событий:
•
•
Риск внешних событий. Сами здания являются первичным барьером
против внешних событий и должны быть построены в области, которая
не допускает затопление или достаточно защищена от затопления.
Риск затопления должен быть не выше 10-3 1/год. Здание должно быть
достаточно защищено от торнадо, ураганов, смерчей и т. д.
Риск внутренних событий. Прохождение труб с водой через опасную
зону
должно
быть
исключено.
Электрические
нагреватели
предпочтительнее, чем водяные или паровые нагреватели,
охлаждение воздухом предпочтительнее, чем охлаждение водой. Если
невозможно ограничить прохождение труб с водой через помещение,
то их лучше помещать под землей, чем на стенах, полу или потолке.
При
тушении
пожаров
запрещается
использовать
водородосодержащие продукты, в частности, воду или пену. В случае
если сосуды, в которые недопустимо попадание водородосодержащих
материалов, имеют водные системы охлаждения, то иногда в систему
охлаждения добавляется поглотитель нейтронов.
Обеспечения ядерной
безопасности с помощью
поглотителей
Этот метод используется в сочетании с обеспечением ядерной
безопасности с помощью ограничения массы, геометрии или
концентрации. Если используется поглотитель в растворимой
форме
(гомогенный
поглотитель),
то
он
не
должен
кристаллизироваться и выпадать в осадок и концентрация
поглотителя должна контролироваться двумя различными
методами.
Должны быть приняты меры против введения растворов
(жидкостей) без поглотителей, которые могут привести к
разбавлению поглотителей. Если поглотитель находится в твёрдой
форме (гетерогенный поглотитель) необходимо провести контроль
количества и качества поглотителя перед его установкой.
Поглотитель должен быть защищён от механических повреждений.
Например, поглотитель помещается внутрь стальной оболочки.
Необходимо
предусмотреть
периодический
контроль
за
сохранностью поглотителей.
Аварии с возникновением
критичности. Общие сведения.
• Наибольшее влияние на кинетику
протекания СЦР оказывают скорость
ввода реактивности (ρ = Кэф – 1/Кэф, где
Кэф – эффективный коэффициент
размножения нейтронов), механизм
самогашения, начальный фон
нейтронов, время их жизни в системе.
• Механизм самогашения – это свойство
системы уменьшать свою реактивность.
Аварии произошедшие до
2000 г.
Ниже перечислены существенные
особенности этих 22 аварий
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
21 авария произошла с делящимися веществами в виде растворов или
суспензий.
Одна авария произошла с изделиями в виде металлических слитков.
Ни одной аварии не произошло с порошками.
18 аварий имели место при ручных операциях в отсутствие биологической
защиты.
Имели место 9 смертельных исходов.
У троих выживших после аварий были ампутированы конечности.
Не было ни одной аварии при транспортировке.
Не было ни одной аварии при хранении материалов.
Не было повреждений оборудования.
В результате только одной из аварий имело место поддающееся измерению
загрязнение продуктами деления (слегка превышающее естественные уровни)
за пределами производственных площадок.
В результате только одной из аварий произошло не особенно большое
(значительно ниже допустимой нормы годового облучения персонала)
облучение людей, не работающих на предприятии.