Porucha pláště palivového článku

Nedávno Čínský úřad pro atomovou energii (CAEA) informoval, že v jaderné elektrárně Taishan došlo k menší poruše pláště paliva. Co to znamená? Co jsou poruchy pláště paliva a máme se bát? Přečtěte si vysvětlení a zjistěte to.

Jaderné elektrárny jsou zařízení pracující s radioaktivními materiály a proto jsou vybavené různorodými, několikanásobnými a zálohovanými bezpečnostními systémy. Tento přístup k bezpečnosti je v průmyslu ojedinělý a odborně se nazývá "defense in depth" - hloubková ochrana. To znamená, že existuje několik redundantních (zvyšujících spolehlivost a odolnost) bezpečnostních systémů určených k zabránění náhodnému úniku radioaktivních látek. Existuje několik bariér, počínaje keramickou matricí samotného jaderného paliva, přes pokrytí palivových článků, chladicí systém primárního okruhu reaktoru, masivní reaktorovou nádobu až po betonové konstrukce budovy s jednoduchým nebo dvojitým kontejnmentem. Celý systém je navržen tak, aby zabránil jakémukoli radioaktivnímu úniku do životního prostředí.

Pokrytí palivových článků

Pokrytí chrání palivový článek před přímým stykem s pracovním prostředím, tedy chladicí vodou. Současně brání úniku produktů štěpení, a to především plynných, z palivového článku ven. U keramického paliva plní také nosnou funkci. Použitý materiál musí být schopen ochrany i při objemovém růstu paliva uvnitř a mechanickém a tepelném namáhání palivových elementů.  Rovněž musí být odolný vůči korozi ze strany pracovního prostředí a mít dobrou tepelnou vodivost kvůli přenosu tepla z paliva ven do chladiva. Poslední důležitou vlastností je dostatečně nízká absorpce neutronů, aby nedošlo k nežádoucímu snížení reaktivity článku. Pro pokrytí článků lze použít jedině slitiny na bázi hliníku, hořčíku, zirkonia, beryllia, austenitické oceli a grafitu. Vhodnost konkrétního materiálu je dána typem reaktoru a použitého paliva. Kovová paliva mají dobré mechanické vlastnosti, takže u nich pokrytí nemusí zastávat nosnou funkci, která je naopak u pokrytí keramických paliv nezbytná. Také musí u keramických paliv odolat tlaku plynných štěpných produktů, který je 10 – 17 MPa. Vzhledem k potřebě velkého teplosměnného povrchu bývá palivový element u většiny reaktorů velmi úzký a dlouhý (jako proutek). Keramická paliva ve formě tablet užívaná např. v tlakovodních reaktorech jsou uložená v hladké trubce, která má uvnitř určitou vůli z důvodu tepelné dilatace tablet. Pokrytí palivového proutku u tlakovodních reaktorů je většinou ze slitiny zirkonia a niobu o tloušťce 1,5 mm. V čínském Taishanu pracují tlakovodní reaktory typu EPR.

Měření  radioaktivity je extrémně citlivé

Úrovně radioaktivity v chladivu primárního okruhu reaktoru se pečlivě kontinuálně měří a jakékoliv zvýšení se okamžitě hlásí. Důvody zvýšení mohou být různé. Někdy může dojít k mikroporušení povlaků palivových článků a citlivé měřicí přístroje hned hlásí problém. Při poruše pláště palivového proutku se zvyšuje radioaktivita chladiva, ale pokud zůstane v normálním provozním rozsahu stanoveném v technických specifikacích, může reaktor pokračovat v bezpečném provozu. Počet palivových tyčí (proutků) v reaktoru se liší v závislosti na konstrukci reaktoru. Například jeden temelínský reaktor má 163 palivových kazet, každá se skládá z 312 palivových proutků, čili reaktor obsahuje více než 60 000 palivových proutků. 

Netěsnosti se řeší

Netěsné palivové proutky jsou při každé odstávce identifikovány pomocí speciálního zařízení, a případně vyjmuty z palivového souboru a nahrazeny maketami. Za účasti dodavatele paliva se pak zkoumají, aby se určila příčina netěsnosti. Na základě zjištění se provádějí změny v projektu paliva. Poruchy pláště paliva jsou známým a ne neobvyklým jevem v provozu jaderných elektráren. Jaderné elektrárny mají provozní postupy, které umožňují průběžné monitorování poškozených palivových článků a provoz může pokračovat v rámci předem definovaných bezpečných provozních parametrů. K dispozici jsou provozní strategie pro minimalizaci dopadu poruchy paliva a v případě potřeby se reaktor bezpečně odstaví před dosažením mezních hodnot v technické specifikaci. Poškozené palivové články by poté byly zkontrolovány a vyměněny a reaktor by se vrátil do provozu.

Zdroje:

Fuel Cladding Failures at Nuclear Power Plants Explained | IAEA

https://dspace.vutbr.cz/bitstream/handle/11012/34334/final-thesis.pdf?sequence=9