В тази публикация в блога ще разгледаме безопасността на атомните електроцентрали в Южна Корея, като сравним принципите и предимствата и недостатъците на реакторите с вода под налягане и реакторите с кипяща вода.

Предистория и цел на тази статия

Атомните електроцентрали, обикновено наричани „атомни електроцентрали“, са обект на обществен интерес и безпокойство от няколко години. По-специално, след ядрената авария във Фукушима в Япония на 11 март 2011 г., изтичането на радиация и продължителните усилия за почистване засилиха общественото безпокойство и се разпространиха опасения, че подобна авария може да се случи в Южна Корея.
Целта на тази статия е да облекчи общественото безпокойство, като сравни реакторите, използвани предимно в Южна Корея, с тези в централата Фукушима, където се случи аварията, и ясно да обясни принципите на работа, както и предимствата и недостатъците на двете реакторни системи.

Текущо състояние на атомните електроцентрали в Южна Корея

В Южна Корея са били в експлоатация общо 23 атомни електроцентрали, включително блокове 1–4 на Кори, блокове 1–2 на Шин-Кори, блокове 1–4 на Уолсонг, блок 1 на Шин-Уолсонг, блокове 1–6 на Ханбит и блокове 1–6 на Ханул. Въпреки това, след корупционни скандали, свързани с атомни електроцентрали, експлоатацията на блок 2 на Шин-Кори и блок 1 на Шин-Уолсонг беше спряна; в момента в експлоатация са 21 блока, а генерираната от тях електроенергия възлиза на приблизително 13 милиона kWh, което представлява около 24% от общото производство на електроенергия.
Тъй като алтернативните енергийни източници все още не са достатъчно комерсиализирани, ядрената енергия продължава да играе жизненоважна роля в производството на електроенергия в Южна Корея.

Класификация на реакторите и ключови термини

Реакторите се класифицират основно по топлоносител и модератор. Тези, които използват вода – най-често срещаният топлоносител и модератор – се наричат ​​леководни реактори, докато тези, които използват тежка вода (вода, съдържаща деутерий), се наричат ​​тежководни реактори. Топлоносителят е вещество, което пренася топлината, генерирана в активната зона, за да охлади реактора, а модераторът е вещество, което забавя неутроните, излъчвани по време на процеса на делене, за да поддържа верижната реакция.
Леководните реактори се разделят допълнително на два вида въз основа на наличието или отсъствието на парогенератор. Реакторът с вода под налягане (PWR) разделя първичната и вторичната системи с помощта на парогенератор, докато реакторът с кипяща вода (BWR) задвижва турбина, използвайки пара, генерирана директно от кипенето на охлаждащата вода в активната зона.

Принцип на действие на реактор с вода под налягане (PWR)

Водните реактори под налягане (PWR) са най-разпространеният тип леководни реактори, представляващи приблизително 60% от ядрените реактори в света. Те използват нискообогатен уран-235 (приблизително 2–5%) като гориво и са проектирани да поддържат водата в течно състояние дори при високи температури от около 300°C чрез прилагане на високо налягане (приблизително 150 атмосфери) към охлаждащата течност (лека вода).
Горещата вода под високо налягане от първичната система, която преминава през активната зона на реактора, постъпва в парогенератора, където загрява водата във вторичната система, за да произведе пара; тази пара от вторичната система след това задвижва турбината, за да генерира електричество. След преминаване през турбината, парата се охлажда в кондензатор, където топлината се обменя и разсейва в морска вода или друга среда. Това разделяне на реакторната система и турбинната система е определяща характеристика на реакторите с вода под налягане.

Принцип на действие на реактор с кипяща вода (BWR)

Реакторите с кипяща вода представляват приблизително 22% от реакторите в света, а типът, използван във Фукушима, принадлежи към тази категория. Реакторите с кипяща вода също използват нискообогатен уран (приблизително 2%) като гориво, но парата, генерирана при кипене на охлаждащата течност директно в активната зона на реактора, задвижва турбината.
Въпреки че са подобни на реакторите с вода под налягане, тъй като парата се кондензира в кондензатор, където топлината се прехвърля на морска вода или друга среда, има структурна разлика: основната система и турбинната система не са разделени.

Сравнение на предимствата и недостатъците на реакторите с вода под налягане и реакторите с кипяща вода

Едно от предимствата на реакторите с вода под налягане е посоката, в която се поставят контролните пръти. В реакторите с вода под налягане контролните пръти често са проектирани да се поставят от горната част на горивните пръти надолу; тази конструкция осигурява функция за безопасност, при която, дори ако мощността се загуби поради авария, контролните пръти естествено се спускат под силата на гравитацията, за да забавят реакцията на делене. Контролните пръти са изработени от материали, които абсорбират добре неутроните – като бор, кадмий и хафний – за да регулират скоростта на делене.
Друго предимство е отделянето на реакторната система от турбинната система. Това отделяне значително намалява вероятността радиация да достигне турбинната система и минимизира проблемите с корозията вътре в реактора, което води до по-висока безопасност по отношение на риска от изтичане на радиация и поддръжка. От друга страна, поради допълнителни системи като парогенератори, сложния дизайн и големия мащаб на инсталацията, първоначалните инвестиции и разходи за поддръжка са високи, което може да бъде недостатък по отношение на разходите и ефективността.
Кипящите реактори (BWR) имат предимството на висока топлинна ефективност, тъй като парата се генерира директно в активната зона, за да задвижва турбината, а относително опростената им структура спомага за намаляване на разходите за проектиране и строителство. Тъй като обаче първичната система и турбинната система не са разделени, радиоактивният материал може да мигрира към страната на турбината, което е недостатък по отношение на радиационната защита и поддръжката.
Освен това, механизмът за поставяне на контролните пръти в реакторите с кипяща вода включва или избутване на прътите нагоре отдолу на горивните пръти, или разчитане на електрическа енергия; следователно, автоматичното поставяне чрез гравитация става трудно, ако захранването се загуби по време на авария. Следователно, ако автоматичното поставяне на контролните пръти се провали по време на ситуация на загуба на захранване, ядреното делене може да продължи, което представлява риск от влошаване на ситуацията; продължаващото делене по време на аварията във Фукушима е посочено като един от факторите, които са изострили щетите. Корозията на активната зона, причинена от фазова промяна на охлаждащата течност, също е съществен недостатък на реакторите с кипяща вода.

Заключение

В обобщение, макар реакторите с вода под налягане да са в неизгодно положение в сравнение с реакторите с кипяща вода по отношение на разходите и ефективността, те могат да се считат за по-безопасни от гледна точка на дизайна. От друга страна, макар реакторите с кипяща вода да предлагат предимства като икономии на разходи и ефективност поради директния си цикъл, те имат уязвимости по отношение на безопасността, включително риск от радиоактивно изтичане и трудности при контролирането на реактора в случай на авария.
Като се има предвид, че повечето реактори, използвани в Южна Корея, принадлежат към семейството на реакторите с вода под налягане, може да се заключи, че са въведени относително по-безопасни конструкции и експлоатационни процедури за предотвратяване на инциденти като аварията във Фукушима в Япония и няма нужда от прекомерна загриженост.