Wypadek w elektrowni jądrowej Three Mile Island
Z Wikipedii
28 marca 1979 r. nastąpiło częściowe stopienie rdzenia w drugim reaktorze elektrowni jądrowej na wyspie nazywanej Three Mile Island. Przypadek ten opisywany jest jako najgorszy wypadek w Stanach Zjednoczonych w historii komercyjnych reaktorów jądrowych. Elektrownia atomowa jest położona na wyspie o powierzchni 3.29 km² 16 km od miasta Harrisburg, stolicy stanu Pensylwania, zamieszkałego przez 50 000 osób. W odległości 8 km od elektrowni mieszkało w czasie wypadku 25 000 osób.
Wypadkiem zajmowały się różne agencje (federalne, stanowe i lokalne), które usiłowały określić stopień zagrożenia, wyjaśnić przyczyny awarii (przez dłuższy czas nie zostały wyjaśnione wszystkie niejasności) oraz podjąć decyzję czy pobliska ludność musiała zostać ewakuowana w czasie trwania wypadku.
Obsługa zdołała utrzymać kontrolę nad reaktorem, a żadna z osób nie została napromieniowania w stopniu zagrażającym zdrowiu. Wypadek miał jednak poważne ekonomiczne i społeczne konsekwencje, na co nałożył się oprócz samej awarii sam proces dekontaminacji, który okazał się zbyt powolny, a także niezwykle kosztowny.
Wypadek TMI-2 zwany potocznie Three Mile Island przyczynił się do spadku publicznego poparcia wykorzystania energii atomowej, a w wyniku późniejszej awarii w Czarnobylu obawy przed podobnym przypadkiem w USA i w innych krajach. Od tego zdarzenia w Stanach nie rozpoczęto budowy nowych elektrowni jądrowych (o zastosowaniach komercyjnych).
Elektrownie zbudowane wcześniej (po pewnych usprawnieniach) nadal są w użyciu.
Spis treści |
[edytuj] Budowa
Reaktory TMI, z których jeden uległ uszkodzeniu, były reaktorami typu PWR, w których chłodziwem i moderatorem jest zwykła woda pod wysokim ciśnieniem. Wskutek wyższego ciśnienia wody w reaktorze (15 MPa) temperatura wrzenia wynosi około 340°C. Chłodziwo jest kierowane do generatora pary, w którym chłodziwo (woda) ogrzewa obieg główny – wodę pod ciśnieniem normalnym zmieniając ją w parę (wrzenie w temp. 100°C). Para kierowana jest na turbinę, następnie do kondensatora pary, po czym w formie ciekłej jest zawracana do wytwornicy pary.
1. Reaktor, 2. Rdzeń, 3. Stabilizator ciśnienia, 4. Zawór bezpieczeństwa, 5. Generator pary, 6. Pompa, 7. Osłona biologiczna, 8. Turbina, 9. Generator, 10. Kondenser, 11. Pompa rezerwowa
[edytuj] Przebieg awarii - skrót
- Zawór bezpieczeństwa, po zadziałaniu i spadku ciśnienia do prawidłowego nie zamyka się, zdarzenie to nie jest też rejestrowane przez czujniki,
- Niezamknięcie zaworu powoduje dalsze obniżanie ciśnienia, co wywołuje intensywne wrzenie wody,
- Zmniejszenie ilości wody zwiększa szybkość reakcji rozszczepienia, reaktor nagrzewa się do temperatury 2760°C zaczyna się topić i wydziela się wodór i tlen,
- Gromadzący się w osłonie biologicznej wodór ulega samozapłonowi, następuje pożar niszczący urządzenia elektrowni.
[edytuj] Szczegóły wypadku
Wypadek dotyczył reaktora TMI-2 (TMI-1 był w tym czasie wyłączony w celu załadowania paliwa) i rozpoczął się, gdy główna pompa systemu tłoczącego kondensat do generatora pary uległa awarii dokładnie o 4:00 nad ranem, 28 marca 1979.
Rzeczywisty powód wystąpienia usterki nie został precyzyjnie określony. Przypuszcza się, iż woda dostała się do przewodów pneumatycznych kontrolujących przepływ wody przez pompę poprzez filtry. W pierwszym momencie próbowano przywrócić pompę do pracy, jednak bez rezultatu.
Zatrzymanie obiegu wody w systemie wymiany ciepła spowodowało, iż generator pary nie mógł oddawać ciepła z chłodziwa do kondensatu. W pierwszym momencie turbina a następnie reaktor automatycznie się wyłączyły.
Momentalnie, wskutek nieodbieranego z układu ciepła, w układzie reaktora nastąpiło podgrzanie chłodziwa do temperatury przekraczającej punkt wrzenia. Wydzielająca się para wodna zwiększała ciśnienie w układzie reaktora.
Aby zabezpieczyć układ przed przekroczeniem ciśnienia dopuszczalnego, zawór bezpieczeństwa położony na szczycie stabilizatora ciśnienia otworzył się. Zawór ten powinien ulec zamknięciu, jeśli ciśnienie spadnie z ponad krytycznego do dopuszczalnego poziomu, co jednak nie nastąpiło.
Po spadku ciśnienia do poziomu optymalnego czujniki w centrali wykazały, iż zawór jest zamknięty. Paradoksalnie czujniki zarejestrowały tylko impuls elektryczny nakazujący samozamknięcie się zaworu, co zostało zinterpretowane jako sam proces zamknięcia się zaworu. (Bezpośredni czujnik stanu zaworu bezpieczeństwa został wyeliminowany z oryginalnego projektu w celu zaoszczędzenia czasu. Po incydencie w TMI został on dodany do wszystkich podobnego typu elektrowni).
W rezultacie tego błędu konstrukcyjnego, zawór pozostał otwarty powodując dalszy ciągły spadek ciśnienia w wodnym systemie chłodzenia reaktora. Operatorzy nie rozpoznali usterki jako "przypadek utraty chłodziwa" (utrata ciśnienia była równoważna utracie optymalnych warunków chłodziwa), ponieważ wskazania dot. poziomu wody w reaktorze były niejednoznaczne – jednoczesny spadek ciśnienia oraz wysoki poziom chłodziwa w reaktorze. Tymczasem, wystąpił problem z rezerwowym systemem obiegu wody (rezerwa systemu głównego). Trzy pomocnicze pompy rozpoczęły pracę automatycznie po zatrzymaniu pompy głównej obiegu kondensatu, lecz dwa z trzech zaworów umożliwiających obieg były zamknięte, tym samym wciąż uniemożliwiając zaopatrzenie generatora pary w odpowiednią ilość wody.
Co ciekawe, system rezerwowy był testowany 42h przed wypadkiem. Część procedury testowej wymagała zamknięcia zaworów pomp rezerwowych, lecz miały one zostać otwarte po zakończeniu procedury, czego nie zrobiono.
W późniejszym czasie komisja prezydencka zażądała od FBI śledztwa w kierunku pozostawienia zaworów zamkniętych jako akt sabotażu.
Zawory pomp rezerwowych znaleziono zamknięte 8 minut od zaistnienia pierwszej awarii. Po ich otwarciu, obieg rezerwowy natychmiast uzupełnił braki wody w generatorze pary. Brak zaopatrzenia w wodę obiegiem rezerwowym przez 8 minut nie spowodował nasilenia się skutków awarii, a jedynie wprowadził zamieszanie wśród operatorów centrali. Przywrócenie obiegu wody pomocniczej nie unormowało sytuacji. Ciśnienie w obiegu głównym dalej ulegało obniżaniu w wyniku otwartego zaworu, co spowodowało również spadek temperatury wrzenia wody. Tym samym w układzie reaktora zaczęła pojawiać się para wodna pochodząca od wrzącego radioaktywnego chłodziwa pod niższym (niż robocze) ciśnieniem. Zbiornik pomocniczy mający za zadanie skraplać wydzielające się pary radioaktywnego chłodziwa z wciąż otwartego zaworu bezpieczeństwa powoli wypełniał się skroplinami, a po jego przepełnieniu skropliny zalały studzienki ściekowe w budynku reaktora powodując alarm o 4:11.
Alarm ten, wyższe wskazania temperatury i ciśnienia niż normalne w przewodzie spustowym zaworu bezpieczeństwa oraz nienormalnie wysoka temperatura i ciśnienie wewnątrz osłony budynku zostały zignorowane przez operatorów reaktora.
O 4:15 membrana przepełnionego zbiornika pomocniczego pękła, a skropliny radioaktywnego chłodziwa (ponad 11 m³) zaczęły wylewać się do osłony budynku. Skażone chłodziwo było odpompowywane do pomieszczeń pomocniczych, aż do zatrzymania pomp ściekowych o 4:39. Po około 8 minutach od wzrostu temperatury (5:20 rano), pompa głównego obiegu uległa zjawisku kawitacji z uwagi na niskie ciśnienie pompowanej wody. Pompa w tym momencie została wyłączona, a obieg wody w systemie – według założeń operatorów reaktora – miał się odbywać naturalnie (grawitacyjnie).
Woda przestając cyrkulować w obiegu reaktora zaczęła szybko odparowywać. Po 130 minutach od pierwszej usterki, górna część rdzenia reaktora została odsłoniętą przez obniżający się w wyniku odparowywania poziom wody.
Ilość produkowanego ciepła gwałtownie się zwiększała wskutek postępującej reakcji między parą powstającą w reaktorze a cyrkonowymi okładzinami prętów paliwowych. Reakcja ta uszkadzając osłonę, spowodowała zwiększenie radioaktywności krążącego chłodziwa, a pod wpływem wydzielającego się ciepła rdzeń reaktora osiąga temperaturę 2760°C i zaczyna się topić. Wysoka temperatura w reaktorze powoduje też rozkład pary wodnej na tlen i wodór.
Około 6 rano nastąpiła zmiana robocza w elektrowni. Nowa grupa zauważyła, iż temperatura w stabilizatorze ciśnienia jest za wysoka. Technicy otwierają zawór rezerwowy w celu odpowietrzenia chłodziwa i zamykają zawór bezpieczeństwa, ale w wyniku przecieku na zaworze około 950 m³ radioaktywnego chłodziwa dostało się już do budynku reaktora.
Po 165 minutach czujniki promieniowania wykrywają znaczne podwyższenie radioaktywności chłodziwa – poziom promieniowania wody w układzie reaktora przekracza 350 razy większy niż dopuszczalne poziomy, a cały budynek reaktora (blok TMI-2) zostaje poważnie skażony. O 7:00 ogłoszono lokalny alarm w elektrowni, a o 7:24 stan zagrożenia. Radio w Harrisburgu podało wiadomość o problemach w elektrowni o 8:25, a prasa podała stan zagrożenia o godzinie 9:00. Obsługa nie zdawała sobie sprawy, iż poziom wody obiegu głównego jest zbyt niski, a rdzeń reaktora w ponad połowie jest odsłonięty. Kilku pracowników odczytało dane bezpośrednio z termopar reaktora i po około siedmiu godzinach od alarmu do obiegu głównego wpompowano dodatkową ilość wody, uzupełniając jej ilość do bezpiecznego poziomu. Zawór bezpieczeństwa otworzył się, obniżając ciśnienie gazów w obiegu.
Po około dziewięciu godzinach, prawdopodobnie w wyniku zamykania się zaworu bezpieczeństwa, zgromadzony wodór w osłonie budynku ulega samozapłonowi, fakt ten jednak pozostaje niemal niezauważony przez obsługę, która huk eksplozji utożsamia ze spięciem.
Po około 16 godzinach pompa obiegu głównego chłodziwa podejmuje pracę, a temperatura rdzenia zaczyna się obniżać. Znaczna część rdzenia uległa stopieniu, a całe pomieszczenie reaktora pozostało silnie radioaktywne. W następnym tygodniu niwelowania skutków awarii, para wodna i pozostały wodór zastają usunięte z pomieszczenia reaktora poprzez odpowietrzenie bezpośrednio do atmosfery.
Do środowiska przedostaje się 13 milionów kiurów (około 480*1015 bekereli) w formie radioaktywnych wyziewów. W gazach odlotowych stwierdzoną małą ilość niebezpiecznego jodu-131, mogącego kumulować się w tarczycach dzieci. Stopione paliwo nie wydostało się na zewnątrz reaktora, jak to jest pokazane w "Syndromie Chińskim" (patrz niżej). Mimo stopienia około 1/3 ilości całego rdzenia, sama obudowa reaktora nie uległa stopieniu czy rozszczelnieniu, a stopione paliwo w całości pozostało wewnątrz reaktora.
[edytuj] Następstwa
Przeciętna dawka, jaką w wyniku napromieniowania otrzymała ludność w obrębie 16 km od elektrowni wynosiła około 8 mR, a dla pojedynczych przypadków 100 mR. Dla porównania dawka 8 mR (milirem) odpowiada dawce otrzymanej podczas prześwietlenia rentgenowskiego. 100 mR odpowiada 1/3 rocznej dawki naturalnego promieniowania podłoża.
Wypadek w Three Mile Island jest interesującym przykładem, jak ludzie pod wpływem stresu podejmują niewłaściwe decyzje. Ogólnie twierdzi się, iż mało groźna awaria w elektrowni miała znacznie większe skutki wskutek błędów obsługi elektrowni. Operatorzy podejmowali nieprawidłowe decyzje w momencie zagrożenia wskutek natłoku informacji z których część nie dotyczyło usterki, a inne były mylące lub błędne.
Analiza awarii wykazała, iż niezbyt skomplikowany układ wyrównawczy w reaktorze (standardowo budowany w klasycznych elektrowniach) mógł zapobiec awarii, czego nie uwzględnili projektanci w konstrukcji zespołu TMI.
Rezultatem wypadku była zmiana programu szkoleniowego operatorów elektrowni atomowych. Wcześniej działanie było oparte na rozpoznaniu i analizie problemu. Po zmianach, program szkoleń skupiał się na zapewnieniu odpowiedniej ilości i ciśnienia chłodziwa niezbędnego dla chłodzenia rdzenia reaktora. Dodatkowo nastąpiła poprawa jakości wykonania elementów i samego ich projektowania. Dodano systemy śledzące prawidłową pracę poszczególnych podzespołów, a także dodatkowe awaryjne elementy i zespoły, działające w sytuacjach krytycznych.
Udoskonalenia w centrali sterowniczej obejmowały poprawę widoczności instrumentów i ich wskazań, eliminacja możliwości błędnego lub dwuznacznego odczytu, a także usunięcie wskaźników mogących zasłaniać inne aparaty kontrolne. Dodano także systemy nadzorujące krytyczne układy (odpowiedzialne za prawidłową pracę reaktora), a także systemy zabezpieczające przed ucieczką związków promieniotwórczych w wypadku przypadkowego rozszczelnienia instalacji.
Dodatkowo od czasu wypadku, każdy obiekt zawierający reaktor atomowy musi posiadać zatwierdzony przez federalne i lokalne organa władzy plan ewakuacji ludności z terenu 16 km od reaktora, umożliwiający szybkie powiadomienie i ewakuację w sytuacji zagrożenia. Plan ten poddawany jest okresowo testom pod względem spełniania wszystkich założeń ewakuacji w momencie realnego zagrożenia.
Amerykański prezydent Jimmy Carter nakazywał pełne śledztwo incydentu w Three Mile Island. Izba Reprezentantów Stanu Pensylwania przeprowadzała niezależne dochodzenie, które skupiało się na ulepszeniu procedur ewakuacji.
Członkowie komisji śledczej po wnikliwym badaniu centrali w elektrowni TMI-2 stwierdzili, iż część przyrządów w rzeczywistości inaczej funkcjonowała niż była do tego przeznaczona, co było jedną z przyczyn błędnych decyzji obsługi reaktora.
Incydent spowodował psychologiczny efekt strachu wśród obywateli USA. Przed wypadkiem poparcie wykorzystania energii atomowej wynosiło około 70%, po wypadku poparcie spadło do około 50% i utrzymywało się niezmienione przez 2 dekady. Niedawno społeczne poparcie dla energii atomowej zaczęło wzrastać. Administracja G. Busha promuje energetykę jądrową i zachęca firmy energetyczne do budowy nowych elektrowni jądrowych w najbliższej przyszłości.
Wypadek w TMI nie zainicjował likwidacji przemysłu jądrowego w USA, jednak rezultatem było odwołanie budowy planowanych w latach 1973-79 40 elektrowni atomowych, a także żadna nowa elektrownia nie został zaaprobowana do budowy. Ze 129 elektrowni działających w 1979, 53 zamknięto. Wymagania co do pracy elektrowni zostały zaostrzone, zwiększył się również opór lokalnej ludności przeciwko ich funkcjonowaniu, a czas samej budowy znacznie się wydłużył.
Dekontaminacja budynku TMI-2 rozpoczęła się w sierpniu 1979, sam reaktor TMI-2 z uwagi na zniszczenia i skażenie był stopniowo oczyszczany. Początkowo wysiłki skupiały się na usunięciu paliwa jądrowego z reaktora oraz oczyszczaniu i dezaktywację podłoża. W 1988 komisja ds. regulacji atomowych zaproponowała przerwanie dalszego oczyszczanie bloku, z uwagi na nie stwarzający zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa ludności poziom promieniowania. Proces usuwania paliwa został zakończony w 1990, a ostatecznie prace oczyszczania zakończyły się w grudniu 1993, zamykając się kosztem 975 milionów dolarów. W latach 1985-90 prawie 100 ton paliwa radioaktywnego zostało usunięte ze zniszczonego reaktora. Niestety skażone chłodziwo pozostało wewnątrz budynku przesączając się do podstawy konstrukcji betonowej, bez realnej możliwości jej usunięcia. Reaktor TMI-2 działał tylko 3 miesiące, po wypadku skażone pomieszczenie i ruiny reaktora uniemożliwiają odbudowę, a budynek jest stale zamknięty. W latach 1980-84 anulowano budowę 51 reaktorów jądrowych firmy "Babcock and Wilcox", producentów reaktorów TMI.
[edytuj] Syndrom chiński
Wypadek w Three Mile Island wydarzył się 12 dni po premierze filmu Syndrom Chiński, w którym Jane Fonda jako dziennikarka miejscowej telewizji wraz z operatorem przebywa w elektrowni tworząc reportaż na temat pogłosek dot. nielegalnych oszczędności przy jej budowie. W czasie tej wizyty, następuje awaria – stopienie rdzenia, reaktora oraz przetopienie betonowej podstawy samego reaktora. Ekspert, któremu później jest pokazywany ukradkiem nagrany materiał twierdzi, iż awaria (stopienie rdzenia) mogła spowodować ewakuację rejonu wielkości połowy stanu Floryda (ok. 80’000 km²). Przyczyną awarii w filmie jest błąd operatorów elektrowni, mylnie interpretujących ilość wody chłodzącej rdzeń reaktora. Po emisji filmu, Fonda rozpoczęła kampanię przeciwko użyciu energii atomowej. Edward Teller, "ojciec" amerykańskiej bomby wodorowej i długotrwały rządowy doradca ds. nauki, próbował storpedować kampanię Fondy rozpoczynając własna kampanię na temat pożytku energii atomowej i bezpieczeństwa reaktorów, co dla 71-letniego naukowca skończyło się atakiem serca. Temat zagrożenia w wyniku awarii elektrowni jądrowej jest wciąż popularny w filmach, na nowo rozpalając debaty "za" i "przeciw" energii atomowej. Dzisiaj już wiadomo, że do wypadku wtopienia się w ziemię nie może dojść. Uran czy inne paliwo mogłoby się wpalić co najwyżej 16 metrów poniżej poziomu podstawy rdzenia. Pod reaktorami zresztą zwykle są umieszczone potężne zbiorniki wody chłodzącej. Rdzeń mógłby wpaść do tej wody i natychmiastowo by zastygł. Oczywiście groźnym następstwem byłoby powstanie radioaktywnej pary wodnej, która mogłaby rozsadzić obudowę reaktora i uwolnić się do atmosfery. W Czarnobylu niemalże doszło do takiej katastrofy. Na szczęście setki wozów strażackich oraz trójka inżynierów zdołała wypuścić wodę chłodzącą i gdy szczątki reaktora runęły do podziemi, gdzie pozostają do tej pory, nie doszło do wielkiej tragedii, która pociągnęłaby ze sobą śmierć wielu tysięcy osób.
[edytuj] Zobacz też
[edytuj] Bibliografia
- Strona o TMI: US Department Energy's Energy Information Administration
- Rozliczenie wypadku w TMI, z raportu komisji prezydenta Cartera
- Joseph Mangano, "Three Mile Island: Health Study Meltdown," Bulletin of the Atomic Scientists, wrzesień/październik 2004.
[edytuj] Linki zewnętrzne
- Step-By-Step Opis wypadku wraz z ilustracjami pbs.org
- Informacje z komisji USA dot. Nadzoru Energii Atomowej
