Havárie jaderného paliva na JE Pakš

V srpnu informovala média o tom, že z jaderné elektrárny Pakš bylo odvezeno poškozené jaderné palivo do ruského závodu Majak, kde bude dále zpracováno. Bylo poškozeno při události z 10. dubna 2003, která obdržela stupeň INES 3. K čemu vlastně došlo a jaký měla tato havárie vliv na okolní prostředí?

Chemické čištění paliva

V maďarské jaderné elektrárně Pakš jsou v provozu čtyři bloky s reaktory VVER-440/213 (stejný typ je i na JE Dukovany) a havárie se týkala bloku s číslem 2. Důležité je, že k havárii paliva nedošlo v reaktoru, ale v bazénu pro výměnu paliva, do kterého bývá obyčejně spouštěn kontejner pro suché skladování paliva nebo zásobník s čerstvým palivem. V době havárie zde byla umístěna nádrž speciálního čistícího zařízení.

Toto zařízení, známé pod zkratkou AMDA (Automated Mobile Decontamination Appliance), vyprojektovala, vyrobila, dodala a provozovala společnost Framatome ANP (dnes součást skupiny Areva) na zakázku provozovatele JE Pakš. Využila při tom technologie chemického čištění HP/CORD UV, která využívá kyselinu manganistou a UV záření a která byla již v minulosti úspěšně používána k dekontaminaci různých komponent a zařízení, ne však k čištění jaderného paliva.

Od roku 2001 bylo používáno menší čistící zařízení, které pojalo naráz sedm palivových kazet. Protože v maďarském reaktoru je celkem 349 palivových souborů (z toho 37 regulačních) chtěl provozovatel této elektrárny zrychlit proces čištění a uzavřel se společností Framatome ANP smlouvu na dodání zařízení s větší kapacitou.

Nové zařízení bylo na JE Pakš dopraveno 15. března 2003 a ihned po dokončení jeho montáže vyzkoušeno na 30 kazetách ze skladovacího bazénu. Po úspěšném vyčištění první vsázky bylo vyčištěno dalších 30 kazet. 29. března byl druhý blok odstaven kvůli výměně paliva a údržbě, takže začalo probíhat čištění paliva vyjmutého přímo z aktivní zóny. Během několika dní bylo úspěšně vyčištěno třikrát po třiceti kazetách a 9. dubna 2003 byla do čistící nádrže zavezena čtvrtá vsázka. Příští den v 16:00 bylo čištění dokončeno, ale kazety byly v nádrži ponechány, protože jeřáb a zavážecí zařízení byly využívány při údržbě vnitřních zařízení reaktoru.

Fotografie reaktorového sálu ukazující umístění čistícího zařízení. (Zdroj: IAEA.org)

Nákres umístění čistící nádrže v bazénu. (Zdroj: IAEA.org)

Fotografie bazénu s čistící nádrží na dně. (Zdroj: IAEA.org)

Průběh havárie

V 16:40 bylo zařízení AMDA přepnuto do módu B, při němž čištění neprobíhalo a palivo bylo v nádrži chlazeno ponorným čerpadlem. Ve 21:50 byla čistícím zařízením detekována zvýšená koncentrace radioizotopu krypton 85, který vzniká jako produkt štěpení v jaderném palivu. Ve 21:53 se ze stejného důvodu ozvaly i detektory umístěné v reaktorové hale. Koncentrace kryptonu 85 i nadále rostla a ve 22:00 byl u zařízení AMDA naměřen ekvivalentní dávkový příkon 2 mSv/h (jde o přírůstek dávkového ekvivalentu za jednotku času; pro představu z přírodního pozadí obdržíme v ČR za rok 2,5 až 3 mSv; větší zátěž představují lékařská vyšetření, např při CT skenu hlavy obdrží pacient přibližně 2 mSv; pro radiační pracovníky je stanoven limit 50 mSv za rok; nejmírnější podoba nemoci z ozáření, jejíž příznaky jsou bolesti hlavy, začíná na ekvivalentní dávce 500 mSv). Ve 22:30 byl již v blízkosti čistícího zařízení naměřen příkon 20 mSv/h, který dále stoupal, takže ve 22:50 byl evakuován personál z reaktorového sálu.

V 00:30 následujícího dne byl informován maďarský úřad pro jadernou energii (Hungarian Atomic Energy Authority – HAEA), ale prozatím z její strany nebyla přijata žádná opatření. Mimořádná komise vedení elektrárny Pakš rozhodla, že otevře víko čistící nádrže, aby mohla být provedena vizuální kontrola stavu paliva a odebrány vzorky vody.

Ve 2:15 byly odemčeny hydraulické zámky víka nádrže a přístroje v dozimetrické dozorně začaly ukazovat další nárůst aktivity na reaktorové hale. Během zvedání víka byl poškozen zvedací mechanismus, takže nádrž zůstala jen pootevřená. Vzhledem k podmínkám panujícím na reaktorovně se jeho oprava protáhla a odstranění víka bylo úspěšně dokončeno až o pět dní později.

Mezitím probíhalo vyšetřování poškození zvedacího mechanismu, analýza vzorků vody odebraných z čistící nádrže a monitorování radiační situace. Událost byla označena stupněm INES 2 a prozatím nebyl pozorován vliv mimo reaktorovou budovu.

Stupeň INES 2 má slovní označení „nehoda“ a je popsán jako „událost s významným selháním bezpečnostních opatření, ale se zbývající dostatečnou hloubkovou ochranou k vypořádání se s dodatečnými poruchami“, nebo „událost, která vede k přítomnosti významných množství radioaktivity uvnitř zařízení v prostorách, kde to projekt nepředpokládal, a které vyžadují nápravná opatření“.

16. dubna bylo dokončeno odstraňování víka čistící nádrže a pomocí kamery byla na dálku provedena kontrola stavu paliva, která potvrdila nejhorší obavy. Všech 30 palivových kazet bylo poškozeno a některé palivové proutky měly narušené pokrytí, takže se voda v nádrži dostala do styku přímo s peletami, a tedy i štěpnými produkty.

O situaci byla okamžitě informována HAEA a Mezinárodní agentura pro atomovou energii (MAAE), která událost překlasifikovala na INES 3. Byly uvědoměny i sousední země a pozvání odborníci ze společnosti Framatome ANP a z Ruska. Pravidelné měření radioaktivity ukazovalo její mírný pokles.

Stupeň INES 3 je vyjádřen jako „vážná nehoda“ a z příslušných povah události pro JE Pakš nejlépe odpovídá: „Událost uvnitř zařízení s důsledkem takového ozáření zaměstnanců, že by způsobilo akutní zdravotní následky.“ Takováto nehoda stále ještě nepředstavuje vážné riziko vně elektrárny a není potřeba přijímat opatření na ochranu okolního obyvatelstva.

Aby bylo vyloučeno, že by došlo ke spuštění řetězové štěpné reakce, byla do vody v čistící nádrži přidána kyselina boritá. Proběhla také montáž dodatečných čerpadel pro lepší chlazení poškozených kazet a čidel pro měření toku neutronů a teploty.

20. dubna v 9:00 byl odvolán výjimečný stav a mohla začít příprava prací na odstraňování následků této havárie.

Fotografie víka čistící nádrže. (Zdroj: IAEA.org)

Zkušební spouštění palivové kazety ve výrobním závodě. (Zdroj: IAEA.org)

Odstraňování následků

Pomoc s likvidací následků havárie nabídla ruská společnost vyrábějící jaderné palivo pro reaktory typu VVER a na rozdíl od francouzského Framatomu nabídla i odvoz a přepracování poškozených palivových souborů.

Kvůli podmínkám, které panovaly na reaktorovém sále, nebylo možno použít běžné nářadí a zařízení. Společnost TVEL v rekordním čase vyvinula nové technologie ve velké míře využívající dálkově řízené robotické manipulátory. Ze speciální plošiny umístěné nad bazénem pro výměnu paliva byly deformované kazety přemístěny do hermetických pouzder, která byla poté skladována po boku nepoškozeného vyhořelého paliva.

Standardně bývá použité palivo z jaderné elektrárny Pakš skladováno pět let v bazénu vedle reaktoru a poté přemístěno do kontejnerů pro suché skladování v areálu této elektrárny. Odstraňování paliva z čistící nádrže skončilo téměř tři roky po havárii. Jeho převoz proběhl po železnici přes Ukrajinu a Rusko ve speciálním kontejneru, který bránil úniku radiace do okolního prostředí a zajišťoval dostatečné chlazení.

Záběr z vizuální kontroly stavu paliva pomocí kamery. (Zdroj: IAEA.org)

Záběr z vizuální kontroly stavu paliva pomocí kamery. (Zdroj: IAEA.org)

Záběr z vizuální kontroly stavu paliva pomocí kamery. (Zdroj: IAEA.org)

Příčiny selhání čistící nádrže

Konstrukce čistící nádrže měla několik projektových nedostatků, které byly odhaleny až zpětně a vesměs souvisely s jejím zvětšením, aby pojala 30 palivových kazet.

Ponorné čerpadlo, které zajišťovalo chlazení vyčištěných kazet v módu B nemělo dostatečný výkon a nebylo nijak zálohované. Stejně tak nebylo zabezpečeno sejmutí víka z čistící nádrže i v případě mimořádné události. Dále nebyla nádrž vybavena adekvátními měřícími systémy a poplašnými zařízeními, takže teplota kazet překračující bezpečnou hranici nemohla být včas rozpoznána.

Správná poloha kazet v čistící nádrži byla zajišťována jednou vodicí deskou s otvory, která byla umístěna v horní části čistící nádrže. V bazénech pro skladování použitého paliva bývá jedna deska v dolní části a druhá v horní části, protože i mírný náklon kazety způsobuje snížení toku chladicí látky.

Nákres nádrže pro chemické čištění paliva. (Zdroj: IAEA.org)

Proč bylo potřeba čistit palivo?

Chemické čištění jaderného paliva nepatří ke standardním procedurám na jaderných elektrárnách a na JE Pakš muselo být nasazeno kvůli předchozí dekontaminaci parogenerátorů. Vedení JE Pakš se rozhodlo před výměnou přívodů vody do parogenerátorů provést chemické čištění, aby byla snížena radiační zátěž.

V trubičkách parogenerátorů ale došlo k narušení vrstvičky oxidů a korozní produkty se potom během provozu uvolňovaly a usazovaly na palivových kazetách. Tím docházelo ke snižování průtoku chladicí vody a kazety musely být z reaktoru vyjmuty dříve, než palivo vyhořelo. Některé kazety tak v reaktoru vydržely jen 0,5 až 2,5 roku, což samozřejmě značně snižovalo ekonomičnost provozu tohoto bloku.

Nešlo tedy o běžné použití technologie společnosti Framatome ANP a na jiných blocích ve světě tento problém nevznikal a nevzniká.

Zdroje:

IAEA.org

ÚJV Řež, a. s.

Atominfo.cz

SÚJB.cz