Analizele deterministe de securitate nucleară

Pentru stabilirea bazelor de proiectare ale unei instalații nucleare, respectiv pentru stabilirea parametrilor de proiectare ai sistemelor, structurilor, componentelor și echipamentelor (SSCE) cu funcții de securitate nucleară, este necesară analiza unor evenimente de inițiere, care pot conduce la situații de tranzient și accident și pot afecta funcțiile de securitate nucleară. Prin eveniment de inițiere înțelegem un eveniment singular care conduce la apariţia de tranzienți anticipați în exploatare sau la condiţii de accident şi care necesită inițierea funcţiilor de securitate ale sistemelor instalației nucleare; pentru evenimentele de inițiere luate în considerare în proiectarea instalației nucleare se foloseşte termenul evenimente de inițiere postulate.

Analiza deterministă de securitate nucleară reprezintă orice analiză în care se postulează (se presupune că se întâmplă, indiferent de probabilitate) producerea unui eveniment de inițiere şi se evaluează impactul acestuia asupra funcţiilor de securitate nucleară, în conformitate cu reguli bine stabilite, ținând cont de:

– defectările induse de acest eveniment,

– de răspunsul sistemelor instalaţiei nucleare,

– de acţiunile personalului care intervine în gestionarea evenimentului,

– precum şi de alte condiţii care pot influenţa consecinţele evenimentului;

Analizele deterministe de securitate nucleară au ca scop dezvoltarea şi verificarea proiectului instalaţiei nucleare, confirmarea respectării cerinţelor de proiectare şi demonstrarea îndeplinirii cerinţelor şi criteriilor de securitate nucleară, în vederea obținerii și menținerii autorizațiilor necesare conform legislației în vigoare. Analizele deterministe de securitate utilizează modele teoretice și coduri de calcul care includ toate datele, fenomenele şi procesele relevante, fiind bazate pe proiectul instalației nucleare și pe programe de teste şi experimente efectuate în instalații specializate, care confirmă atât comportarea SSCE în funcţionare normală, cât şi cea în caz de tranzienţi şi situaţii de accident. Personalul care efectuează analizele deterministe de securitate nucleară cunoaște în detaliu proiectul și funcționarea instalației nucleare și este pregătit și calificat pentru utilizarea codurilor de calcul specifice.

Explicații suplimentare:

Toate evenimentele anticipate în exploatare pentru o instalație nucleară, precum și toate accidentele considerate explicit la stabilirea bazelor de proiectare pentru SSCE reprezintă evenimente bază de proiect, care se mai numesc în analizele și evaluările de securitate nucleară și evenimente postulate. Evenimentele bază de proiect pot include atât evenimente de inițiere, cât și secvențe și combinații de evenimente. Rezultatele analizelor evenimentelor bază de proiect stau la baza alegerii parametrilor de proiectare pentru SSCE cu funcții de securitate nucleară.

Un eveniment anticipat în exploatare reprezintă o deviație neplanificată de la condiţiile normale de exploatare, care poate afecta o funcţie de securitate nucleară şi care se așteaptă să apară o dată sau de mai multe ori pe durata de viață operațională a instalaţiei nucleare; se mai numește și tranzient anticipat în exploatare.

Prin accident bază de proiect se înţelege orice situație de accident care a fost prevăzută la proiectarea unei instalaţii nucleare, în conformitate cu criterii stabilite de proiectare şi în cazul căreia avarierea combustibilului nuclear (acolo unde se poate produce) şi eliberarea de materiale radioactive sunt menținute în limitele stabilite prin reglementările în vigoare.

Prin proiectul instalației nucleare se asigură că evenimentele anticipate în exploatare au consecinţe minore, iar evenimentele care ar putea avea consecinţe grave au o probabilitate de apariție extrem de redusă.

Pentru orice tip de reactor nuclear există mai multe evenimente postulate, în baza analizei cărora se determină cerinţele și parametrii de proiectare pentru SSCE care trebuie să intre în funcțiune și / sau să rămână în funcțiune în condiţiile generate de evenimentele respective. Evenimentele de inițiere și secvențele și combinațiile de evenimente analizate sunt specifice pentru fiecare tip de instalație nucleară.

În ce urmează, dăm câteva exemple de evenimente de inițiere considerate în analizele deterministe de securitate nucleară pentru o centrala nuclearoelectrică (CNE) de tip CANDU, pentru o mai bună înțelegere a conceptului.

Evenimentele de inițiere analizate și considerate în categoria evenimentele anticipate în exploatare pentru o CNE de tip CANDU includ:

• Defectarea sistemelor de control ale reactorului;
• Defectarea sistemului de aer instrumental;
• Pierderea alimentării normale cu energie electrică;
• Declanşarea în funcţionare a unei pompe principale din sistemul primar de transport al căldurii;
• Deschiderea intempestivă a armăturilor de control al presiunii sau de descărcare ale sistemului primar de transport al căldurii sau ale sistemelor conectate la acesta;
• Indisponibilitatea sau degradarea funcționării sistemului moderatorului;

Evenimentele de inițiere analizate și considerate în categoria accidentelor bază de proiect pentru o CNE de tip CANDU includ:

• Ruperea oricărei conducte sau a oricărui colector din sistemul primar de răcire a reactorului;
• Ruperea unui tub de presiune şi a tubului calandria asociat acestuia;
• Ruperea tuburilor generatorului de abur;
• Defectarea unui fiting terminal al unui canal de combustibil;
• Blocarea curgerii în canalul de combustibil;
• Defecțiuni ale maşinii de încărcare – descărcare combustibil;
• Avarii ale sistemului de apă de alimentare a generatorilor de abur sau a sistemului de abur viu, inclusiv ruperi de conducte.

În analizele deterministe de accident, aceste evenimente sunt analizate și în combinație cu pierderea alimentării normale cu energie electrică. De asemenea, analizele bază de proiect pentru CNE de tip CANDU, au inclus combinații de accidente bază de proiect ca cele menționate mai sus, considerate în combinație cu disfuncționalități ale sistemului de răcire la avarie a zonei active sau ale sistemului anvelopei.

Standardele și reglementările curente cer și analiza unor condiții de extindere a bazelor de proiectare. Acestea reprezintă condiţii severe, cum ar fi cele care pot fi cauzate de defectări multiple sau de evenimente de inițiere urmate de pierderea completă a tuturor funcţiilor unui sistem de securitate protectiv, selectate în baza analizelor deterministe şi a evaluărilor probabilistice de securitate nucleară, precum şi în baza judecăților inginerești, pentru identificarea şi implementarea unor măsuri şi mijloace rezonabile, posibile din punct de vedere tehnic şi practicabile, pentru creșterea capabilității instalaţiei nucleare de a rezista la evenimente mai severe decât accidentele bază de proiect, respectiv pentru prevenirea apariției unor consecinţe radiologice severe şi reducerea la minimum a eliberărilor potențiale de materiale radioactive în mediu în astfel de evenimente.

Condițiile de extindere a bazelor de proiectare includ două categorii de evenimente:

–     condiții de extindere a bazelor de proiectare de tip A, pentru care se poate preveni avarierea gravă a zonei active a reactorului şi topirea combustibilului nuclear din zona activă a reactorului sau din bazinele de combustibil uzat; acestea sunt gestionate prin proceduri de operare la urgență;

–     condiții de extindere a bazelor de proiectare de tip B, care reprezintă situaţii de accident sever postulat, care implică avarierea gravă a zonei active a reactorului şi topirea combustibilului nuclear; acestea sunt gestionate prin ghiduri de management al accidentelor severe.

Exemple de condiții de extindere a bazelor de proiectare:

• avaria sistemului primar de răcire a reactorului fără intervenția sistemului de răcire la avarie a zonei active;
• ruperea conductei principale de abur plus ruperea unui număr de tuburi ale generatorului de abur;
• întreruperea totală a alimentării cu energie electrică din sursele de curent alternativ (Station Black-Out);
• pierderea funcţiei de transfer al căldurii către sursa finală de răcire.

Pentru centralele aflate deja în exploatare, pentru asigurarea protecţiei împotriva unor astfel de evenimente, mai grave decât accidentele bază de proiect, s-au prevăzut sisteme și echipamente suplimentare și s-au implementat modificări ale sistemelor existente, care să susţină răspunsul la aceste condiții, inclusiv managementul unui accident sever, în scopul reducerii consecințelor unui astfel de accident. Procesul de modificare a proiectului original pentru a rezista la condiţii care au fost luate în calcul în proiectul inițial reprezintă o extindere a bazelor de proiectare ale unei CNE.

De asemenea, la proiectarea SSCE sunt considerate și potențialele consecințe ale defectărilor de echipamente care pot surveni ca o consecință a tranzienților anticipați în exploatare sau a situațiilor de accident sau care pot constitui ele însele evenimente de inițiere; acestea includ incendiile, exploziile, eliberările de gaze, abur și noxe, inundații interne, interferența electromagnetică, efecte dinamice ale defectării echipamentelor sub presiune, ca de exemplu forțe de jet, lovituri de bici, sarcini reactive şi efecte termice sau adverse de mediu, lovitura de berbec, presiuni şi unde refractate, proiectile, inclusiv părți de armături, efecte de șoc ale fluidelor descărcate, efecte dinamice ale defectării suporților sau altor componente structurale, efecte datorate avarierii echipamentelor rotative, ca de exemplu efectele de tip proiectil, căderi de sarcini/obiecte grele datorate manevrării instalaţiilor şi echipamentelor de ridicat.

SSCE ale unei CNE sunt proiectate astfel încât să reziste și să își îndeplinească funcțiile de securitate nucleară și în cazul unor condiții generate de evenimente de inițiere externe, cum sunt evenimentele seismice, inundațiile, incendiile etc. Analizele deterministe pentru aceste evenimente de inițiere se numesc analize deterministe de pericol sau analize deterministe de hazard. În acest sens, SSCE trebuie protejate în mod adecvat de efectele acestor evenimente sau trebuie calificate să reziste la condițiile generate de aceste evenimente.

Pentru o instalație nucleară, în particular pentru orice reactor nuclear și în mod obligatoriu pentru orice CNE, pe lângă analizele deterministe de securitate nucleară se efectuează și evaluări probabilistice de securitate nucleară. În timp ce analizele deterministe evaluează consecințele unui eveniment, indiferent de probabilitatea de producere, evaluările probabilistice cuantifică riscul asociat producerii evenimentelor, ținând cont atât de probabilitatea, cât și de consecințele evenimentelor. Analizele deterministe și evaluările probabilistice se efectuează cu coduri de calcul diferite și au aplicații diferite, dar sunt complementare în demonstrarea securității nucleare: evaluările probabilistic nu se pot efectua fără analizele deterministe, iar analizele deterministe bază de proiect pentru SSCE se efectuează pentru evenimente considerate credibile în baza frecvențelor estimate de producere.