Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2007

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Безопасность реакторов и установок ЯТЦ»

Все доклады секции


РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА ПРИ ТЯЖЕЛОЙ АВАРИИ НА АЭС

Лебедев Л.Э.

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

При аварии на реакторе ВВЭР с потерей теплоносителя первого контура и расплавлением активной зоны в атмосферу контайнмента выбрасывается большое количество аэрозолей, в т.ч. содержащих CsI. При взаимодействии с водой приямка, конденсатными пленками, влажным воздухом CsI почти мгновенно растворяется с образованием йодид-иона.

В воде при высоких мощностях поглощенной дозы образуется большое число продуктов радиолиза (H2O2, H, OH, O2-, NH2, CH3 и т.д.) с концентрациями на уровне 10-3-10-12моль•дм-3. При взаимодействии продуктов радиолиза с иодом образуют различные летучие формы (I2, I, CH3 I и т.д.), причем на скорость образования существенную роль оказывает рН раствора. Эти летучие формы, диффундируя через неплотности в оболочке контейнмента определяют дозовые нагрузки на население и окружающую среду. Для прогнозирования радиационных и экологических последствий, обусловленных выбросом 131I, а также для разработки мероприятий по снижению радиоэкологического риска от эксплуатации АЭС, необходимо контролировать концентрации летучих форм иода в атмосфере контайнмента. Для решения данной задачи применяется моделирование динамики поведения иода в контейнменте.

Зарубежные коды по моделированию распределения радиоактивного иода между водной, газовой фазами и стенкой неприменимы к реакторам типа ВВЭР т.к. создавались для реакторов PWR и BWR с другими ВХР и конструкционными материалами.

При тяжелой аварии на PWR расплав кориума взаимодействует с бетоном шахты реактора, в то время как на ВВЭР-1000 кориум при расплавлении активной зоны поступает в специальное устройство с оксидами железа, где охлаждается водой. При авариях в приямок реактора PWR поступает серебро, которое входит в состав контрольных стержней; серебро необратимо связывает иод в виде малорастворимого соединения. Состав образующихся аэрозолей, их количество и активность различны.

Существующие отечественные модели поведения йода в аварийных режимах и методы оценки возможных выбросов йода являются по сути полуэмпирическими. Так, руководство РБ-020-01 «Методика оценки выбросов соединений йода в атмосферу при авариях на АЭС с реакторами ВВЭР 1000» представляет собой методику, основанную на уравнениях материального баланса и переноса иода между газовой и жидкой фазами, между поверхностями и газовой/водной фазами. Методика не учитывает практически ни радиолитических, ни химических реакций йода. Модель поведения йода, разработанная в РНЦ «Курчатовский институт», осуществляет интегральную оценку изменений межфазного коэффициента распределения йода в зависимости от pH и редокс-потенциала водной среды, и присутствия в воде химических примесей. Модель учитывает сорбцию йода поверхностями в газовой и водной фазах и перенос конденсируемых форм из газовой в водную с конденсатом водяного пара.

Следует отметить, что ни зарубежные, ни отечественные коды не доступны в полном объеме.

Задачей разрабатываемой «иодной» модели и расчетного кода является численное моделирование массопереноса радиоактивного иода в контейнменте при авариях на АЭС с ВВЭР-1000, определение массы и физико-химических форм иода в газовой и водной фазах, на поверхностях оборудования и помещений, влияние примесей на летучесть иода, а также гамма-облучения на массоперенос и динамику взаимопереходов форм иода.

Иодный модуль содержит четыре расчетных блока: блок водной химии, блок газовой химии, блок поверхностей (сорбция/десорбция на стальной/полимерной поверхности в газовой и водной фазах), блок pH. Во всех блоках, кроме блока рН, решаются системы дифференциальных уравнений, основанные на совокупности реакций взаимодействия йода между собой и с примесями, реакций радиолиза и на процессе массообмена. В качестве набора реакций выбраны наиболее быстрые реакции, взаимодействия основных форм иода, продуктов радиолиза и примесей.

На данном этапе создана компьютерная расчетная модель, которая верифицируется по данным экспериментов, полученным на стенде RTF.