Мелтдаун — авария ядерного реактора¶

Мелтдаун — аварийное состояние ядерного реактора, при котором активная зона перегревается до температур, при которых топливные элементы плавятся, а расплавленное топливо (кориум) опускается вниз по корпусу реактора. Термин происходит от англ. meltdown («плавление») и относится к тяжелейшим типам аварий на атомных электростанциях, сопровождающимся разрушением барьеров защиты и возможным выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду.

¶Причины и механизм

Мелтдаун развивается при потере отвода тепла от активной зоны. Обычная причина — остановка системы охлаждения: отказ насосов, потеря теплоносителя (утечка, разрыв трубопроводов), перекрытие подачи воды. После остановки отвода тепла температура топлива растёт за счёт остаточного тепловыделения продуктов деления — даже после остановки цепной реакции реактор продолжает выделять тепло, составляющее около 6–7 % от номинальной мощности в первые секунды и снижающееся со временем.

При достижении температуры около 1200 °C начинается взаимодействие топливных таблеток (диоксида урана) с оболочками твэлов (обычно циркониевый сплав). При этом выделяется водород, что создаёт взрывоопасную смесь. Дальнейший рост температуры приводит к плавлению топлива и образованию расплавленной массы — кориума, состоящего из смеси топлива, оболочек, конструкционных материалов и продуктов деления. Кориум разрушает нижнюю часть корпуса реактора и при контакте с водой может вызывать паровой взрыв.

¶Классификация последствий

По международной шкале ядерных событий (INES) мелтдаун квалифицируется как событие уровня 5–7:

¶Исторические аварии

¶Авария на Три-Майл-Айленд (1979)

28 марта 1979 года на атомной электростанции Три-Майл-Айленд в штате Пенсильвания (США) произошла авария, ставшая первым случаем частичного расплавления активной зоны в коммерческом реакторе. Отказ клапана и ошибки персонала привели к потере охлаждения; значительная часть топлива расплавилась, но корпус реактора остался целым, выброс радиоактивности в окружающую среду был ограничен. Авария привела к пересмотру требований к безопасности атомной энергетики в США.

¶Чернобыльская катастрофа (1986)

26 апреля 1986 года на Чернобыльской АЭС (УССР) при испытании турбогенератора произошла серия взрывов в реакторе РБМК-1000. Взрыв разрушил активную зону и графитовую кладку, выброс радиоактивных веществ охватил значительные территории Европы. По масштабу последствий событие отнесено к уровню 7 INES. Чернобыльская авария стала крупнейшим ядерным происшествием в истории и повлияла на развитие ядерной безопасности во всём мире.

¶Авария на Фукусима-Дайити (2011)

11 марта 2011 года землетрясение магнитудой 9,0 и последующее цунами привели к отключению электропитания и отказу систем охлаждения трёх реакторов АЭС Фукусима-Дайити (Япония). В трёх реакторах произошло расплавление активной зоны, водородные взрывы разрушили здания реакторов. Авария получила уровень 7 INES. Правительство Японии эвакуировало жителей в радиусе до 20 км от станции.

¶Защита от мелтдауна

Современные реакторы проектируются с учётом защиты от мелтдауна. Используются пассивные системы охлаждения, работающие без внешнего энергоснабжения (под действием гравитации, конвекции), аварийные дизельные генераторы, системы рекомбинации водорода. В реакторах с водой под давлением (ВВЭР, PWR) применяют контейнеры-ловушки расплава (core catchers), способные удержать кориум и предотвратить его выход за пределы защитной оболочки. Типы реакторов с естественной циркуляцией и низким давлением (например, реакторы на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем) обладают более высокой устойчивостью к подобным авариям.

В России действует система нормирования безопасности атомных станций (НП-001), устанавливающая требования к предотвращению тяжёлых аварий с расплавлением активной зоны. Атомные станции проходят обязательную аттестацию по уровню безопасности с учётом опыта эксплуатации и международных рекомендаций.

¶Примечания

В русскоязычной литературе термин «мелтдаун» иногда используется в широком смысле для обозначения любой аварии с перегревом активной зоны, включая случаи без полного расплавления топлива. В узком инженерном смысле мелтдаун предполагает фактическое плавление значительной части топлива.

Источники:

• Международная шкала ядерных событий (INES), МАГАТЭ
• Отчёт по аварии на АЭС «Три-Майл-Айленд» (1979)
• Доклад МАГАТЭ по аварии на Фукусима-Дайити (2011)
• «Атомная энергия», учебник по ядерной безопасности
• НП-001 «Нормы и правила в области использования атомной энергии», Росатом