Szatmáry Zoltán: SÚLYOS ÜZEMZAVAR 2003-BAN A PAKSI ATOMERŐMŰBEN

Szatmáry Zoltán: SÚLYOS ÜZEMZAVAR 2003-BAN A PAKSI ATOMERŐMŰBEN

Fizikai Szemle 2003/8. 266.o.

SÚLYOS ÜZEMZAVAR A PAKSI ATOMERŐMŰBEN

Szatmáry Zoltán
BME, Nukleáris Technikai Intézet

2003. április 10-én a paksi atomerőmű 2. blokkján súlyos üzemzavar történt, amelynek következtében kis mennyiségű radioaktív anyag jutott ki a környezetbe. Az üzemzavar nem magában a reaktorban, hanem egy hozzá kapcsolódó segédberendezésben történt, miközben a reaktor nem működött. Az üzemzavar abból keletkezett, hogy a fűtőelemek mosására szolgáló tartályban a fűtőelemkötegek túlhevültek, majd hideg víz ömlött rájuk, és ettől súlyosan megsérültek.

A nemzetközi nukleáris eseményskála

Az alábbiak megértéséhez szükség van a nemzetközi nukleáris eseményskála (INES) ismeretére. A skála rendeltetése a lakosság azonnali, nemzetközileg egyeztetett formában való tájékoztatása a nukleáris létesítményekben történt események biztonsági jelentőségéről. A skála kidolgozói (a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség és az OECD Nukleáris Energia Ügynöksége) azt remélték, hogy helyes alkalmazása elősegíti a nukleáris közösség, a média és a lakosság közötti megértést.

Amikor egy nukleáris létesítményben a biztonságot érintő esemény történik, az üzemeltető feladata 24 órán belül értesíteni a biztonságot felügyelő hatóságot (hazánkban ez az Országos Atomenergia Hivatal Nukleáris Biztonságtechnikai Igazgatósága, OAH NBI) és egyben javaslatot tenni az esemény besorolására. A végül nyilvánosságra kerülő besorolást a hatóság hagyja jóvá – esetleg az üzemeltető és a hatóság közötti egyeztetés eredményeképpen.

Az INES az eseményeket hét fokozatba sorolja be, amelyek közül az első háromba tartoznak az üzemzavarok, a többi balesetnek minősül. A pontos besorolásnak részletes kézikönyve van, amelyet országonként külön dolgoznak ki a helyi sajátosságok figyelembevételével. A táblázatban a legfontosabb kritériumokat adjuk meg. A magasabb fokozatokra a táblázatban példát is adunk. Az 1. és 2. fokozat eseményei annyira gyakoriak, hogy ezekre felesleges példát hozni.

Előzmények

A paksi atomerőműben történt súlyos üzemzavar előzményeinek a megértéséhez röviden áttekintjük a paksi reaktorokhoz hasonló nyomottvizes reaktorok felépítését (1. ábra). A ma működő nyomottvizes reaktorokban a hűtővíz hőmérséklete 300 °C; körüli érték, nyomása pedig 12-15 Mpa. A hűtővizet a (7) fő keringető szivattyú segítségével áramoltatják a primer körben. A primer kör magas nyomását az (5) térfogat-kompenzátor segítségével szabályozzák. A reaktorokba a névleges teljesítmény függvényében általában négy vagy hat primer hűtőkört, valamint ennek megfelelő számú fő keringető szivattyút és gőzfejlesztőt építenek be. A primerköri víz hőjének a felhasználásával a (6) gőzfejlesztőben gőzt állítanak elő, és ez a (8) frissgőz hajtja meg a (10-11) turbinát. Ezt a vízkört szekunder körnek nevezzük.

Mivel a primer kör vize – a folyamatos tisztítás ellenére – kissé radioaktív, a gőzfejlesztő primerköri oldalára radioaktív izotópok rakódnak le. A gőzfejlesztő szekunderköri oldala viszont már tiszta. Amikor évekkel ezelőtt karbantartási munkákat kellett végezni a gőzfejlesztő szekunderköri oldalán, a munkások ki voltak téve a primerköri oldalra rakódott radioaktív anyagok sugárzásának, hiszen az áthatol a két oldalt elválasztó csőfalakon. A munkásokat érő sugárterhelés csökkentése érdekében a primerköri oldalt vegyszerekkel megtisztították, úgy mondjuk: dekontaminálták. A választott dekontamináló szer maradandó nyomokat hagyott a primer kör belső felületén. A hűtőközegben levő bórsav hatására ezen vasoxidok keletkeznek, amelyek bekerülnek a primerköri vízbe. Nem teljesen tisztázott folyamatok révén ezek magnetit formájában lerakódnak a primer kör legmelegebb részén, vagyis a fűtőelemek felületén.

A lerakódások ugyan nem vastagok, de zavarják a víznek a fűtőelemek között való áramlását, továbbá a fűtőelemek és a víz közötti hőcserét. Ha a víz lassabban áramlik, a fűtőelemek melegebbek, és hőmérsékletük túllépheti a megengedett maximális hőmérsékletet. Ahhoz hogy ez ne következzék be, csökkenteni kell a reaktor teljesítményét. Végeredményben tehát a magnetit lerakódása egy bizonyos határon túl már gazdasági kárt okoz.

A gazdasági kár elkerülése érdekében kerestek egy alkalmas technológiát a fűtőelemek megtisztítására. Előzetes próbák után egy oxálsavas lemosás megfelelőnek bizonyult.

A reaktor átrakása

Egy nyomottvizes atomerőművi reaktort általában évente egyszer kell friss üzemanyaggal feltölteni. A reaktort leállítják, a reaktortartályt kinyitják, majd meghatározott program szerint a reaktorban levő fűtőelemkötegeket átrendezik. Azokat a kötegeket, amelyek már három évet töltöttek a reaktorban, kirakják és a pihentetőmedencében helyezik el. Helyükre azok kerülnek, amelyek egy vagy két éve vannak a reaktorban, az egyévesek helyére pedig friss üzemanyagkötegeket tesznek. Az átrakással rendszerint összekapcsolnak bizonyos karbantartási műveleteket is.

A pihentetőmedencét úgy méretezték, hogy elférjenek benne egy ötéves időszak alatt kirakott fűtőelemek. Ötéves pihenés után ugyanis a hasadási termékek radioaktivitása annyira lecsökken, hogy a fűtőelemek többé nem igényelnek vízhűtést. Ezt követően átszállítják az átmeneti tárolóba, ahol már a léghűtés is elegendő. A pihentetőmedencébe frissen átvitt üzemanyagkötegek azonban még jelentős hőt termelnek, tehát folyamatos hűtést igényelnek: a reaktor leállítását követő két hét múlva egy fűtőelemköteg radioaktivitása még 10-20 kW hőteljesítményt állít elő.

A tisztítótartály beiktatásával az itt leírt átrakási műveletsor módosult: a reaktortartályból harmincasával a tisztítótartályba teszik a fűtőelemkötegeket, ott mintegy 20 órán keresztül mossák azokat, a tisztítótartályt kinyitják, végül onnan visszateszik a reaktortartályba az átrakási program szerint meghatározott helyükre. Ezzel az átrakás ideje meghosszabbodik, mivel egy szokatlan, más reaktoroknál nem végzett művelet iktatódott közbe.

A bekövetkezett üzemzavar

Magát az átrakást a szokásos paksi műszakok végezték, de a tisztítótartályt német technikusok kezelték. Az első két 30-köteges adagot még nem a reaktorból, hanem a pihentetőmedencéből vették ki és tisztították meg. Ezt követően kezdtek a leállított reaktorból kivett kötegeket tisztítani. A negyedik ilyen (tehát összesen a hatodik) adag tisztítása befejeződött, de ekkor még nem fejeződtek be a reaktortartályon belül végzett műveletek. A várakozási időre a német kezelő lecsökkentette az oxálsavas folyadék áramát: a mosás alatt a forgalom körülbelül 250 köbméter/óra, amelyet felcserélt a pihentetőmedence vizét a tartályon áthajtó búvárszivattyú körülbelül 20 köbméter/órás forgalmára. Ebben az állapotban maradt a tartály mintegy négy órán keresztül. A kezelő megnyugodva konstatálta, a hogy kilépő víz hőmérséklete nem mutat rendellenes emelkedést a belépő hőmérséklethez képest.

Néhány óra elteltével a tartály felett levő német műszer radioaktív nemesgázok kilépését jelezte a tartály fedelén levő szellőzőcsövön keresztül. Nem sokkal később a reaktorcsarnokban levő sugárvédelmi műszerek is jelezték a sugárzási szint emelkedését. Amikor később ki akarták nyitni a tartály fedelét, annak már kis nyitását követően egy nagy gőzbuborék szabadult ki, felemelkedett a víz felszínére, és radioaktív gázokkal szennyezte el a csarnokot. A szellőzőrendszeren keresztül ennek egy része kikerült a szabadba. Nyilvánvaló volt, hogy a radioaktív anyagok csak hasadási termékek lehettek, tehát a fűtőelemek egy része megsérült. Akkor azonban még nem lehetett tudni, hogy a bent lévő 30 fűtőelem közül mennyi sérült meg, mert a kitörő gáz hatására a fedél beszorult, és nem tudták megmozdítani.

Napokig tartott, amíg a tartály fedelét le tudták emelni. Miután ezt megtették, bele tudtak nézni a tartályba. Jóllehet csak a fűtőelemkötegek felső részét lehetett látni, nyilvánvaló volt, hogy a fűtőelemek nagy része megsérült. Az eseményt ekkor átminősítették súlyos üzemzavarrá (INES 3, vö. táblázat).

A környezetbe kikerült radioaktív anyagok mennyisége nem jelentős, bár a kibocsátás ténye több helyen mérhető volt. A lakosságnak okozott többletdózis elhanyagolható, egészségügyi kockázatot nem jelent.

Mi történt a tisztítótartályban?

Az elvégzett elemzések alapján a következőképpen rekonstruálhatók a tisztítótartályban történtek. Amikor a mosás befejeződött és átkapcsoltak a búvárszivattyúra, jelentősen romlott a tartály belsejében a fűtőelemek hűtése. Mivel a víz a belső térbe alul lépett be és kicsi volt a tömegárama, a fűtőelemek felső része lényegesen kevesebb vizet kapott, mint az alsó. Ez nem lett volna baj, ha a fűtőelemek nem lettek volna erősen radioaktívak. A bennük zajló radioaktív bomlás körülbelül 300 kW hőteljesítményt eredményezett, ami elég ahhoz, hogy a tartály felső részén a víz lassan forrni kezdjen. Az egyre erősebb forrás buborékjai végül egyetlen nagy buborékká egyesültek. Amikor végül a tartályfedél résnyire kinyílt, a gőzbuborék kitört, és a helyére behatoló külső hideg víz rázúdult a túlhevült fűtőelemekre. Ez a sokkhatás roncsolta szét a fűtőelemeket.

Az üzemzavar következményei

A 2003. április 10-én a paksi 2. blokkon bekövetkezett súlyos üzemzavar nem járt sem személyi sérüléssel, sem a környezet elszennyezésével. A kijutott kis mennyiségű radioaktív anyagtól származó többletdózis elhanyagolható. Egybehangzóan erre a következtetésre jutottak a magyar hivatalos szervek, a magyar és külföldi környezetvédők. Az üzemzavar legsúlyosabb közvetlen következménye hatalmas pénzügyi veszteség. Ez magában foglalja a megsérült üzemanyag árát, az elhárításra fordított összegeket, továbbá a kiesett villamosenergia-termelésre jutó bevételt.

Az üzemzavar okai

Amikor azt mondjuk, hogy a paksi üzemzavar még csak nem is emlékeztet Csernobilra, csak fizikai és műszaki szempontokat veszünk figyelembe. Az üzemzavarhoz vezető okok között azonban szembetűnő párhuzamok ismerhetők fel.

1. Döntő szerepet játszottak a tisztítótartály konstrukciós hibái, amelyeket hosszan lehetne sorolni, de csak a legfontosabbakat említjük meg: