Комбінована дія температури, тиску та хімічного середовища в ході аварії на атомній електростанції може призвести до відмови систем охолодження та виходу радіоактивних матеріалів за межі контайменту. На основі уроків, винесених з ядерних аварій на Три-Майл-Айленді, Чорнобилі та Фукусіма-Дайічі, триває робота з накопичення додаткових знань про поведінку матеріалів, компонентів та систем, які мають вирішальне значення для підтримки охолодження активної зони реактора та захисної оболонки у довгостроковій перспективі після події.

Для виявлення пробілів у знаннях у цій галузі робоча група Агентства з ядерної енергії (АЯЕ) з аналізу та управління аваріями – WGAMA – провела спеціальний семінар під назвою «Системи охолодження активної зони реактора та контайменту: довгострокове управління та надійність (RCCS-2021)» . Вебінар, організований Французьким інститутом радіологічного захисту та ядерної безпеки (IRSN) та VÚEZ, відбувся 18-20 жовтня 2021 року. У ньому взяли участь близько 150 фахівців із 28 країн.

Спонсорами семінару виступили ядерне енергетичне агентство NEA, Інститут ядерної та радіаційної безпеки Франції (IRSN), чеські компанії Nuvia та Energy Safety Group (ES Group), словацька компанія VÚEZ. Усі три компанії широко представлені в Україні. Так, із нещодавніх впроваджень: на Запорізькій та Южно-Українській АЕС працюють установки вимірювання активності радіоактивних відходів (РАВ), а на Хмельницькій АЕС – установка з цементування на Комплексі з переробки РАВ виробництва Nuvia. Тільки за останні кілька років ES Group поставила теплообмінник системи охолодження генератора для ЮУ АЕС, систему діагностики та автоматичного контролю силового маслонаповненого обладнання головної системи видачі потужності для Хмельницької АЕС, а також взяла участь у низці заходів у рамках Комплексної (зведеної) програми підвищення безпеки енергоблоків АЕС. У свою чергу VÚEZ виконано розробку та постачання системи зовнішнього охолодження корпусу реактора для енергоблоків №1,2 Рівненської АЕС (внутрішньокорпусне утримання розплаву - IVMR), а нещодавно,  11 листопада, VÚEZ виграла тендер на надання послуг з підвищення щільності герметичного облицювання системи герметичної огорожі енергоблока № 2 РАЕС. Усі три компанії (у тому числі й у тісній кооперації з іншими виробниками та партнерами) виконували роботи з багатьох заходів КзППБ, реалізованих на українських АЕС.

Ґрунтуючись на результатах попередньої діяльності з досліджень безпеки після аварії на Фукусімі та довгостроковому управлінню важкою аварією на атомній електростанції, семінар представив всебічний огляд існуючих норм та правил безпеки, пов'язаних із надійністю охолодження у довгостроковій перспективі. На ньому розглянуто стратегії управління охолодженням активної зони та захисної оболонки у реакторах різних конструкцій.

Системи охолодження можуть вийти з ладу внаслідок ядерних аварій через проблеми із засміченням, що виникають через уламки та суспензії або накопичення бруду, які є побічними продуктами деградації матеріалів та компонентів обладнання АЕС. Ефективність та надійність систем охолодження також може бути знижена через ерозію, корозію трубопроводів та інші чутливі компоненти реактора.

Оскільки хімічні умови важкої аварії надзвичайно складно уявити в деталях, ключове питання, яке обговорювалося: як розставити пріоритети у НДДКР для дослідження можливих хімічних впливів на довготривале охолодження після важкої аварії. Прогалини в цій галузі можна усунути за допомогою додаткових експериментальних досліджень або об'єднання існуючих методів та інструментів оцінки.

Що ж до проблеми засмічення води у контайменті, то проблемою є масштабування експериментів та визначення експериментальних умов (наприклад, розміру дебрису).

Хімічні умови охолоджуючої води, утворення уламків і довгострокова поведінка здаються складними, і буде потрібна подальша оцінка довгострокового управління аварією, щоб визначити пріоритетність необхідних НДДКР у цій галузі. Таблиця ідентифікації та ранжирування явищ може допомогти визначити дослідження та розробки, необхідні з цих тем. Крім того, обмін передовою практикою та досвідом корисний для розробки керівних вказівок та рекомендацій; саме тут співпраця в рамках WGAMA була б найбільш актуальною.

Таким чином, основними темами семінару став обмін дослідженнями та напрацюваннями у таких галузях:

Своїм досвідом та напрацюваннями у нових системах та конструкціях охолодження захисної оболонки енергоблоків з ректорами ВВЕР поділилися представники чеської АЕС Дуковани, німецького підрозділу компанії Framatom, ES Group. Представлена ​​ES Group на семінарі тема – вивчення реалізації додаткових покращень для тривалого тепловідведення від контайменту АЕС із реакторами ВВЕР-1000 та ВВЕР-440.

А центральною темою секції стала презентація німецького підрозділу Westinghouse Electric Germany GmbH на тему «Кваліфікація та випробування насоса з водяним турбінним приводом для використання в системі довготривалого охолодження контайменту».

Регулюючі органи у сфері атомної енергетики розглядають спеціалізовану систему довготривалого відведення тепла як найкращу технологію. У зв'язку з чим Westinghouse була спроєктована та запатентована (у США, країнах ЄС та Україні) система довготривалого охолодження контайменту (Long-term Containment Cooling System – LCCS) для підтримки в управлінні важкими аваріями на реакторах АЕС типу ВВЕР-440 з реалізованою стратегією внутрішньокорпусного утримання розплаву (IVMR)

Стратегія IVMR була реалізована для проєктів ВВЕР-440 на атомних електростанціях Ловіїса (Фінляндія), Богуниці (Словаччина), Моховце (Словаччина), Дуковани (Чехія) та Пакш (Угорщина). У разі важкої аварії (SA) IVMR може успішно зберегти цілісність корпусу реактора під тиском (RPV). При використанні IVMR тиск у системі першого контуру реакторної установки скидається, а приміщення шахти реактора (нижче і навколо корпусу реактора) затоплюється. Це дозволяє краще відводити залишкове тепло, запобігаючи пошкодженню корпусу реактора. Однак у довгостроковій перспективі вода в шахті реактора нагрівається та випаровується, її необхідно охолоджувати та конденсувати, щоб забезпечити зниження тиску та температури всередині захисної оболонки. Довготривале створення надлишкового тиску в контайменті ВВЕР-440 під час важкої аварії - одна з останніх невирішених постфукусімських проблем, виявлених під час стрес-тестів у Європейському Союзі та сусідніх країнах.

Компанія Westinghouse розробила LCCS для підтримки управління важкими аваріями на реакторах АЕС ВВЕР-440 відповідно до стратегії IVMR. LCCS забезпечує стабільне відведення тепла і як наслідок зниження тиску, що дозволяє ефективно зберігати цілісність контайменту у разі важкої аварії.

На основі результатів постфукусімських досліджень, специфічних вимог для АЕС з ВВЕР 440 були прийняті такі вимоги до LCCS:

- простота та ефективність технічних підходів при проєктуванні рішення для довгострокового охолодження контайменту;

- залишкова теплова потужність, що підлягає відводу від контайменту ВВЕР-440, становить не менше 4 МВт;

- LCCS повинна працювати незалежно від проектної спринклерної системи, у тому числі і у випадках, коли спринклерна система припиняє роботу;

- у LCCS не повинні використовуватися компоненти з електричним приводом усередині контайменту, а радіоактивна вода не повинна залишати межі контайменту (охолоджувач повинен бути розташований усередині контайменту);

- разом з тим доступне зовнішнє мобільне джерело живлення;

- LCCS повинна витримувати умови всередині контайменту та працювати у разі серйозної аварії із забрудненою атмосферою та водою при високих температурах та тиску;

- у довгостроковій перспективі LCCS має підтримувати атмосферний тиск усередині контайменту. Система має бути у працездатному стані до моменту повного відведення залишкового тепла від конструкцій контайменту (до 6 місяців).

Технічне рішення щодо реалізації LCCS було обрано наступне. Для видалення залишкового тепла із захисної оболонки LCCS має два контури. Один контур усередині контайменту перекачує забруднену гарячу воду через теплообмінник за допомогою насоса з водяною турбіною. Охолоджена вода розпорошується всередині контайменту, знижуючи температуру та тиск. Другий контур використовується як робоча рідина, що приводить в рух турбіну насоса, й охолоджуюча вода теплообмінника. Подача води другого контуру забезпечується зовнішнім насосом, який приводиться в дію, наприклад, від зовнішнього пересувного дизельного двигуна (генератора). Джерелом води другого контуру можуть бути водойми або спеціальні закриті сховища води із зовнішнім охолодженням.

Одним із основних компонентів LCCS є новий насос із водяною турбіною, здатний працювати безупинно протягом тривалого періоду часу (шість місяців). Насос був розроблений та випробуваний для роботи у важких аварійних умовах разом із виробником насоса KSB. У своєму виступі представник Westinghouse виклав деталі кваліфікації насоса, результати випробувань (у тому числі фактичні результати випробувань гідравлічних характеристик та випробувань у жорстких умовах), а також досвід виконання чинних нормативних вимог та використання найкращих світових практик на етапі проєктування.

Реалізована програма випробувань для кваліфікації насоса в аварійних умовах була розроблена на основі рекомендацій МАГАТЕ, а також досвіду Westinghouse та KSB у розробці інноваційного обладнання.

Крім випробувань на герметичність торцевого ущільнення та випробувань на гідростатичний тиск корпусів турбіни та насоса, були проведені випробування гідравлічних характеристик та на працездатність у жорстких умовах (температура, тиск, засмічення води твердими включеннями).

У теоретичній частині вебінару обговорювалися оцінки заходів та стратегій управління аваріями. В обговоренні теми з реакторів типу ВВЕР виступили чеські, болгарські та словацькі фахівці.

Ржезький інститут UJV презентував свої підходи до аналізу безпеки подій для режимів зупинки ВВЕР.

Болгарський інститут INRE представив аналіз існуючої стратегії управління важкими аваріями ВВЕР-1000 для охолодження активної зони та можливості покращення, що стосуються АЕС Козлодуй у Болгарії.

А представник Slovenske elektrarne представив концепцію проекту систем охолодження активної зони та захисної оболонки для АЕС Богуніце.