Для Европейской части России, как и для Великобритании, ядерная энергетика является наиболее доступным крупномасштабным источником энергии, поэтому проблемы, которые возникали на атомных станциях, имеют первостепенное значение.
И в российских и в британских уран-графитовых реакторах «возникли проблемы с графитом». Через три десятилетия эксплуатации из-за агрессивности нейтронного потока на графитовых блоках стали появляться трещины. На стадиях разработки и проектирования УГР о возникновении такой проблемы никто не предполагал.
В Великобритании, на родине первой коммерческой АЭС, находятся в эксплуатации уран-графитовые реакторы с текущей установленной мощностью 16.5 ГВт. Британские атомные электростанции частные, - принадлежат кампании Électricité de France Energy (EDF), которая владеет и эксплуатирует семь АЭС, каждая с двумя газоохлаждаемыми уран-графитовыми реакторами AGR. Строительство атомных станций было приоритетным и стратегическим для страны. Неудивительно, что Королева Великобритании, которая пользуется безусловным уважением со стороны своих подданных, присутствовала при пуске первой коммерческой атомной станции.
Улучшенный реактор с газовым охлаждением AGR (Advanced gas-cooled reactor) работает на обогащенной окиси урана (2,3% U-235). В качестве теплоносителя используется двуокись углерода под высоким давлением. В предварительно усиленной герметичной бетонной оболочке располагается и активная зона реактора, и паровые теплообменники. Она же выступает в качестве конструктива реактора. Стены оболочки имеют различную толщину - от 3,8 до 6 метров. Оболочка высокого давления изготовлена из предварительно напряженного железобетона и должна эксплуатироваться при температуре, не превышающей 100 0С. В нормальных рабочих условиях это достигается с помощью системы расположенных в стенках корпуса трубок, по которым циркулирует охлаждающая вода.
На одном из реакторов АЭС Hartlepool в графитовых стержнях (сборках) впервые были обнаружены трещины. Наличие трещин сегодня подтверждают и в шести других реакторах AGR: на АЭС Heysham , Hinkley Point, в Hunterston. Исследования показывают, что трещины в графитовых стержнях на АЭС Hinkley Point, Hunterston B, Heysham 1, Hartlepool могут изменить геометрию и расположение отверстий в графитовых стержнях активной зоне реактора.
Изменение размеров графитовых стержней происходит из-за усадки графита. При усадке графитовых стержней возможно замятие топливных сборок, что может привести к прекращению циркуляции вокруг топливной сборки охлаждающего газа, и в кончном итоге - к перегреву топливных стержней, их расплавлению и выбросу радиации непосредственно в бетонный корпус, окружающий активную зону реактора. Изменение геометрии каналов активной зоны, в которых перемещаются регулирующие стержни реактора, может привести к их заклиниванию в каналах, что создаст аварийную ситуацию на энергоблоке АЭС.
Когда реактор находится в работе, происходит взаимодействие нейтронов с графитом, и это приводит к старению, т.е. к изменению его физических и механических характеристик. Старению графита также же способствует термоциклирование и химическое взаимодействие графита с углекислым газом.
При воздействии нейтронов происходит изменение свойств графитовых стержней:
· Изменение модуля упругости - величины, характеризующей упругие свойства графитовых стержней .
· Изменение коэффициента термического расширения - размеры графитовых стержней меняются с изменением температуры.
· Изменение теплопроводности - способности графитовых стержней к проводимости потоков тепла через них.
· Изменение электрического сопротивления графитовых стержней (блоков).
· В результате длительного к воздействия нейтронного облучения возникает явление ползучести графитовых стержне .
Компания Électricité de France Energy сделала заявление, что растрескивание графитовых стержней является следствием нейтронной бомбардировки графита, и что она работает над решением задачи контроля состояния графита в активной зоне реактора. EDF также заявила, что состояние графита в реакторах будет контролироваться каждые три года. Поэтому срок эксплуатации ректора планируют ограничить 35 годами. Ключевые решения, касающиеся дальнейшей эксплуатации реактора, принимаются, как правило, после периодических отключений реактора и после завершения оценки состояния графита национальным органом по безопасности АЭС.
В октябре 1957 г. в Великобритании на заводе по наработке оружейного плутония из-за недостаточно изученных физических проблем графита, а именно, проблемы выделения графитом накопленной при облучении нейтронами энергии - энергии Вигнера, возник пожар. Загорелся уран-графитовый реактор, а затем в результате использования воды для тушения, произошёл крупный выброс радиоактивных веществ. Катастрофа обошла Великобритания избежала катастрофы - реактор не взорвался и не разрушился, удалось потушить пожар. Эта авария стала крупнейшей в истории страны и соответствовала 5-му уровню опасности. А по своему влиянию на окружающую среду она была сравнима с Чернобыльской катастрофой для СССР.
Électricité de France Energy информирует, что из четырнадцатиь существующих реакторов второго поколения ректоров AGR, расположенных в Великобритании на АЭС Dungeness, Hartlepool, Heysham, Хинкли-Пойнт, Hunterston, Sizewell и Torness, последние планируется закрыть к концу 2023 года.
Правительство Великобритании в октябре 2013 уже разрешило компании EDF построить на АЭС Хинкли-Пойнт на замену уран-графитовым блокам два современных водо-водяных реактора мощностью 1600 МВт - ЕPR-1600 французской фирмы AREVA NP.
Национальный орган Великобритании по безопасности ONR постоянно проводит мониторинг состояния графита на энергоблоках АЭС силами исследовательских центров университетов. В 2004 году им был сформирован независимый консультативный комитет, состоящий из ученых и других признанных экспертов в области ядерных технологий с применением графита.
В России, на родине первой АЭС, находятся в эксплуатации уран-графитовые реакторы с текущей установленной мощностью 11 ГВт. Все РБМК ( Реактор Большой Мощности Канальный - графито-водный, кипящего типа, на тепловых нейтронах) работают в европейской части России на трех атомных электростанциях - Ленинградской Курской, и Смоленской. Скажем прямо. что графитоводные реакторы (LWGR - light water graphite reactor) - это был вынужденный и неудачный гибрид, сочетающий различные проектные решения по мирному использованию ядерной энергии. Действующие электростанции этого типа сегодня остались только в России.
На реакторах РМБК-1000 не предусмотрена, как реакторах AGR железобетонная напряженная защитная оболочка, которая в случае аварии смогла бы удержать выбросы радиации. Из-за отсутствия защитной оболочки зона радиационного заражения при аварии на Чернобыльской АЭС распространилась на сотни километров.
Государственная корпорация РОСАТОМ заявила, что она будет принимать меры, чтобы продлить до 45 лет срок эксплуатации российских реакторов РБМК-1000, построенных в советский период. Тогда конструкторы и проектировщики полагали, что эксплуатацию таких реакторов следует прекращать через 30 лет. Однако первый энергоблок ЛАЭС к настоящему времени проработал уже 40 лет.
Ленинградская АЭС была флагманом советской атомной энергетики. Она была реальным воплощением политической воли по «электрификации всей страны», которую провозгласили ы свое время основатели СССР. Из-за наличия трещин в графитовой кладке активной зоны первый энергоблок ЛАЭС был остановлен. На нем было обнаружено изменение геометрии графитовой кладки.
Концерн «РОСЭНЕРГОАТОМ» поставил задачу по разработке технологии исправления графитовых сборок. В активной зоне реактора были проведены крупномасштабные исследования состояния графитовой кладки и технологических каналов, а именно;
· Целостности графитовых блоков и определение прочности и физических характеристик графита
· Величины телескопического соединения трактов
· Величины газового зазора «технологический канал - графитовый блок»
· Величины кривизны технологических каналов и каналов системы управления и защиты (СУЗ)
· Определение прочности элементов металлоконструкции реактора
· Определение прочности циркониевых труб технологических каналов.
Эти исследования были важны для оценки состояния активной зоны первого блока ЛАЭС и для выработки инженерных решений, которые можно было бы применить на аналогичных реакторах, т.к. следует ожидать возникновения тех же проблем и с десятью другими РБМК, еще три из которых установлены на ЛАЭС, четыре - на Курской и три - на Смоленской станциях.
В 2013 года была осуществлена дорогостоящая программа глубокой модернизации активной зоны реактора первого блока ЛАЭС . Согласно программе по восстановлению ресурсных характеристик блока, заменено демонтировано и восстановлено более 300 технологических каналов в активной зоне. Выполненные исследования и представленные отчеты позволили национальному надзорному органу - Ростехнадзору - принять решение о дальнейшей судьбе первого ЛАЭС.
Ростехнадзор в конечном итоге выдал новую лицензию на дальнейшую эксплуатацию первого блока ЛАЭС. Однако, намерение Росатома продлить на 15 лет дополнительно к расчетному сроку эксплуатации, работу самого старого блока ЛАЭС, не оснащенного защитной оболочкой и имеющего один канал управления и защиты, скажем прямо, не вызвало « особого восторга» у жителей Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
Невозможно сегодня вывести из эксплуатации «проблемные» реакторы РБМК-1000 в Европейской части России, поскольку строительство новых более безопасных водо-водяных реакторов под давлением ВВЭР-1200 на ЛАЭС-2 и НВАЭС -2 задерживается, а на площадках Курской и Смоленской АЭС, можно сказать, еще и не начиналось. На ЛАЭС-1 планировалось закончить строительство в 2014 - 2015 году, но судя на темпу строительства, реальным сроком ввода первого блока ЛАЭС -2 в промышленную эксплуатацию, по видимому, будет 2018 год - год окончательного снятия с эксплуатации первого блока ЛАЭС-1.
Что же происходит в мире с уран-графитовыми реакторами-
В Великобритании сняты с эксплуатации 11 ‘энергоблоков АЭС с газоохлаждаемыми уран-графитовыми реакторами первого поколения Magnox. Сегодня там работает только один блок с реактором Magnox на АЭС Wylfa, которая принадлежит компании Magnox Ltd. Реактор № 2 на АЭС Wylfa прекратил работу в 2012. Реактор № 1 этой станции будет остановлен в 2014 году. Кроме того, были остановлены реакторы типа Magnox , которые экспортировались на АЭС T
