РБ-020-01

     

РУКОВОДСТВА ПО БЕЗОПАСНОСТИ

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЫБРОСОВ СОЕДИНЕНИЙ ЙОДА В АТМОСФЕРУ ПРИ АВАРИЯХ НА АЭС С РЕАКТОРАМИ ВВЭР-1000

     

Дата введения 2002-03-01

УТВЕРЖДЕНА постановлением Госатомнадзора России от 19 декабря 2001 г. N 15

Методика устанавливает порядок расчета массопереноса соединений йода в герметичных помещениях системы локализации аварий на энергоблоке с реактором ВВЭР-1000 и их выброса в окружающую среду при аварии с выходом продуктов деления.

В Методике изложены общие подходы к математическому моделированию переноса продуктов деления, в том числе соединений йода. Представлены рекомендуемые к использованию значения эффективности абсорбции, значения коэффициентов, характеризующих скорости реакций соединений йода в воде, а также другие параметры, необходимые для решения системы дифференциальных уравнений.

Методика выпускается впервые.

Разработчики: Степнов В.Д., Ткаченко А.В., Клементьева Е.М., Казаков В.А. (НТЦ ЯРБ Госатомнадзора России).

При разработке Методики рассмотрены и учтены замечания и предложения специалистов Балаковской АЭС, НИКИЭТ, РФ "ФЭИ", ВНИИ ГО ЧС, ИБРАЭ.

Термины и определения

Применительно к настоящей Методике приняты следующие термины и определения.

1. Абсорбция - поглощение вещества из газовой или жидкой среды всей массой другого вещества (абсорбента).

2. Адсорбция - поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела или жидкости (адсорбента).

3. Авария* - нарушение эксплуатации АЭС, при котором произошел выход радиоактивных веществ и/или ионизирующего излучения за предусмотренные проектом** для нормальной эксплуатации границы в количествах, превышающих установленные пределы безопасной эксплуатации. Авария характеризуется исходным событием, путями протекания и последствиями.

_______________

* Под термином "авария" здесь и далее по тексту всегда понимается событие, связанное с радиационными последствиями.

** Определение термина "проект" устанавливается действующей нормативной документацией.

4. Авария проектная - авария, для которой проектом определены исходные события и конечные состояния и предусмотрены системы безопасности, обеспечивающие с учетом принципа единичного отказа систем безопасности или одной, независимой от исходного события ошибки персонала ограничение ее последствий установленными для таких аварий пределами.

5. Активность () - мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени: , где - ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного энергетического состояния, происходящих за промежуток времени . Единицей активности является беккерель (Бк).

6. Аэрозольные частицы (аэрозоли) - дисперсные системы, состоящие из частиц твердого тела или капель жидкости, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде (обычно в воздухе).

7. Группа продуктов деления - продукты деления, объединенные по сходству физико-химических свойств. В настоящей Методике рассматриваются три группы продуктов деления:

радиоактивные благородные газы и трудноулавливаемые соединения йода, представителем которых следует принимать йодистый метил СНl;

неорганические соединения йода, представителем которых следует принимать наиболее химически стабильное соединение элементарный йод I;

продукты деления на аэрозолях.

Все другие продукты деления, кроме инертных газов и элементарного йода, следует полагать находящимися в аэрозольной форме.

8. Десорбция - процесс регенерации абсорбентов и адсорбентов, заключающийся в удалении поглощенных ими веществ.

9. Запроектная авария - авария, вызванная не учитываемыми для проектных аварий исходными событиями или сопровождающаяся дополнительными по сравнению с проектными авариями отказами систем безопасности сверх единичного отказа, реализацией ошибочных решений работников (персонала).

10. Массоперенос - самопроизвольный необратимый процесс переноса массы данного вещества в пространстве с неоднородным полем химического потенциала этого вещества (в простейшем случае - с неоднородным полем концентрации или парциального давления данного вещества).

11. Продукты деления - простые или сложные вещества, содержащие радионуклиды.

12. Радионуклиды - ядра радиоактивных элементов, образующиеся в топливе в результате деления тяжелых ядер.

13. Среда распространения продуктов деления - область пространства, заполненная веществом, в которой распространяются продукты деления. В настоящей Методике рассматриваются три вида сред:

газовая среда (обозначается индексом ),

жидкая среда (обозначается индексом ),

поверхность (обозначается индексом ).

Газообразные и летучие продукты деления в процессе аварии могут переходить из одной среды в другую в результате работы систем локализации аварии, осаждения на поверхностях и десорбции с них.

14. Термодинамические потенциалы - определенные функции объема, давления, температуры, энтропии и других макроскопических параметров, характеризующих состояние термодинамической системы.

15. Функционал - математическое понятие, обозначающее переменную величину, заданную на множестве функций и зависящую от выбора одной или нескольких функций.

16. Химический потенциал - термодинамическая функция состояния, определяющая изменение термодинамических потенциалов при изменении числа частиц в системе и необходимая для описания свойств системы.

Перечень сокращений

АЭС - атомная электрическая станция

СЛА - системы локализации аварии

РБГ - радиоактивные благородные газы (Kr, Хе, Аr)

     1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Методика оценки выбросов соединений йода в окружающую среду при авариях на АЭС с реакторами ВВЭР-1000 (далее - Методика) содержит способы и методы проверки положений и выполнения требований, установленных в пунктах 1.2.2, 1.2.18 и 4.8.1 федеральных норм и правил в области использования атомной энергии "Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ-88/97)".

1.2. Методика предназначена в качестве руководства при разработке алгоритма расчета массопереноса продуктов деления и анализа радиационных последствий проектных аварий на конкретном реакторном блоке.

1.3. Она описывает способ моделирования и расчетного исследования массопереноса соединений йода в герметичных помещениях СЛА на реакторном блоке и их утечки в окружающую среду при аварии с выходом продуктов деления.

1.4. Методику следует использовать для реакторного блока ВВЭР-1000 с учетом его особенностей. В ней изложены общие положения по математическому моделированию переноса продуктов деления в аварийном реакторном блоке, в том числе йода и его соединений.

1.5. В Методике представлены рекомендуемые исходные данные для выполнения расчетных анализов (значения эффективности абсорбции, адсорбции, десорбции, коэффициентов, характеризующих скорости реакций соединений йода в воде, и другие параметры), а также предложения по проведению оценок выбросов для проектных аварий.

1.6. Методику не следует применять для запроектных аварий с плавлением активной зоны, так как в этих условиях характеристики процессов переноса и взаимодействия продуктов деления со средами недостаточно обоснованы экспериментально.

     2. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПО ОЦЕНКЕ ВЫБРОСОВ СОЕДИНЕНИЙ ЙОДА В АТМОСФЕРУ ПРИ АВАРИЯХ НА АЭС С РЕАКТОРАМИ ВВЭР-1000

2.1. При проведении численных анализов распространения радионуклидов и определения их концентраций в помещениях реакторного блока следует принимать возможность разделения продуктов деления на группы. Это необходимо в связи с тем, что группы продуктов деления имеют отличающиеся физико-химические свойства и ведут себя по-разному при одних и тех же параметрах среды. В Методике рассматриваются три группы продуктов деления: радиоактивные благородные газы и трудноулавливаемые соединения йода, неорганические соединения йода, продукты деления на аэрозолях.

2.2. Для анализа массопереноса необходимо с учетом особенностей компоновки реакторного блока, параметров СЛА обеспечивать подготовку достоверных исходных данных.

2.3. Исходными данными являются:

параметры СЛА реакторного блока (объемы, площади поверхностей, расходы воды и другие параметры спринклерной или других систем);

конфигурация СЛА;

экспериментальные данные о свойствах используемых типов форсунок спринклерных систем (если эти системы присутствуют на реакторном блоке);

расход и распределение капель воды по размерам;

функции утечки радионуклидов в аварийное помещение;

функции изменения теплофизических параметров среды (температуры, давления, влажности) в помещениях СЛА, полученные в результате расчета.

2.4. Для решения задачи следует математически описывать процессы массопереноса продуктов деления в помещениях аварийного реакторного блока с помощью системы дифференциальных уравнений, которая учитывает баланс -го радионуклида -й группы. Особое внимание следует уделять корректной записи функционалов, описывающих переходы различных групп радионуклидов из газовой среды в жидкую среду, из жидкой среды на поверхность, из газовой среды на поверхность, из группы в группу, из жидкой среды в газовую среду, с поверхности в газовую среду.

2.5. Следует обеспечивать консерватизм оценок переноса продуктов деления по помещениям СЛА аварийного блока и утечки в окружающую среду за счет управления точностью используемых эмпирических коэффициентов в уравнениях.

2.6. Конечным результатом расчетов должно быть определение концентрации  радионуклида каждой группы в СЛА реакторного блока, а также утечек радионуклидов в окружающую среду.

     3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МАТЕМАТИЧЕСКОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ПРОДУКТОВ ДЕЛЕНИЯ

3.1. В каждом случае определения концентрации радионуклидов как функции параметров среды составляются системы дифференциальных уравнений баланса радионуклидов.

3.2. Для построения системы дифференциальных уравнений, описывающей баланс -го радионуклида -й группы, следует руководствоваться разделом 1 приложения 1.

3.3. Для построения функционала, описывающего переходы различных групп радионуклидов из газовой среды в жидкую среду, следует использовать раздел 2 приложения 1.

3.4. Для построения функционала, описывающего переходы различных групп радионуклидов из газовой среды на поверхность (адсорбция), следует использовать раздел 3 приложения 1.

3.5. Для построения функционала, описывающего переходы радионуклидов из группы в группу, следует использовать раздел 4 приложения 1.

3.6. Для построения функционала, описывающего переходы радионуклидов различных групп из жидкой среды в газовую среду, следует использовать раздел 5 приложения 1.

3.7. Для построения функционала, описывающего переходы радионуклидов различных групп из жидкой среды на поверхность и с поверхности в жидкую среду, следует использовать раздел 6 приложения 1.

3.8. Для построения функционала, описывающего переход радионуклидов различных групп с поверхности в газовую среду (десорбция), следует использовать раздел 7 приложения 1.

3.9. Решение системы дифференциальных уравнений следует выполнять с учетом заданных начальных и граничных условий.

3.10. Пример построения уравнений для СЛА, состоящей из двух помещений и барботера, представлен в разделе 8 приложения 1.

Приложение 1

     
Методика расчета переноса и концентраций соединений йода в помещениях аварийного реакторного блока и утечки в атмосферу окружающей среды

1. Общие положения для расчетного анализа

Радиационная обстановка на местности при авариях на АЭС обусловливается вышедшими в атмосферу окружающей среды радиоактивными продуктами деления, при этом часть продуктов деления будет находиться в газообразном виде, а часть - на аэрозольных частицах.

Выход продуктов деления в атмосферу технологических помещений и окружающую среду, как правило, связан с истечением теплоносителя из первого контура. Активность теплоносителя контура циркуляции реактора ВВЭР-1000 составляет около 3,7·10 Бк/м. В случае разрывов трубопроводов малого диаметра происходит выход продуктов деления, накопившихся в теплоносителе первого контура, а при обрыве трубопровода большого диаметра дополнительно к этому количеству могут выйти продукты деления, накопившиеся под оболочками твэлов (от 1 до 3% от накопленного количества продуктов деления в топливе [1]). Массовая доля аэрозольных частиц в полном балансе продуктов деления, находящихся в воздухе под защитной оболочкой реакторного блока, при проектных авариях составляет не более 10% [2].