Курсовая работа: Практическая культура безопасности эксплуатации АЭС
Виктор Смутнев
1. Историческая ретроспектива развития понятия "Культура безопасности эксплуатации АЭС"
В 1963 г. группа молодых сотрудников Института атомной энергии им. Курчатова и будущих инженеров-операторов под руководством С.А. Скворцова занималась подготовкой инструкций по эксплуатации первого опытно-промышленного блока Нововоронежской АЭС с ВВЭР. Не имея еще никакого практического опыта эксплуатации АЭС, члены рабочей группы, тем не менее, всесторонне обсудили проблемы безопасной эксплуатации АЭС и выработали ряд положений практической безопасности эксплуатации АЭС, которые и были внесены в инструкции по эксплуатации первого блока НВ АЭС. Фактически суть этих положений сводилась к введению системы ограниченного единоначалия в оперативной эксплуатации АЭС для максимально возможного предотвращения принятия и исполнения ошибочных решений при управлении блоком АЭС.
Однако, уже выполнение этих положений оперативным персоналом первого блока НВ АЭС на практике столкнулось с безраздельно господствовавшим в СССР принципом абсолютного единоначалия: "Начальник приказал - подчиненный руки по швам и выполняй, не рассуждая". Взятый бездумно из воинских уставов на потребу тоталитарного государства, этот принцип пронизывал все иерархические системы управления в СССР, в том числе и административно-технические системы управления АЭС. Поскольку в руках иерархических структур управления сосредоточена вся полнота административной и финансовой власти, а оперативный персонал не имел достаточной юридической защиты при выполнении положений, записанных в его должностных и эксплуатационных инструкциях, то происходило постепенное фактическое размывание системы относительного единоначалия в оперативном управлении, исподволь вытесняемой принципом абсолютного единоначалия административно-технического управления АЭС. Как и предполагали члены рабочей группы в 1963 г., такая подмена системы относительного единоначалия в оперативном управлении АЭС принципом абсолютного единоначалия приводила к неоднократным нарушениям принципов и законов действия блоков АЭС и соответствующим тяжелым реальным или потенциальным аварийным ситуациям на блоках АЭС (например, на первом блоке НВ АЭС в 1968 г., на первом блоке Ленинградской АЭС в 1975 г., на втором блоке НВ АЭС в 1985-86 г.г.). Данные об этих аварийных ситуациях скрывались как от общественности, так и от оперативного персонала АЭС под покровом секретности, столь широко применявшейся в СССР. Насколько пагубна была такая практика, подтверждает то, что аварийная ситуация на первом блоке Ленинградской АЭС в 1975 г. была фактически прототипом аварийной ситуации на четвертом блоке Чернобыльской АЭС в 1986 г. Если бы результаты аварийной ситуации на Ленинградской АЭС были своевременно доведены до сведения оперативного персонала других действующих АЭС, то Чернобыльской катастрофы не произошло бы.
По случайному стечению обстоятельств именно в мае 1986 г. в журнале "Электрические станции" была опубликована статья "Оператор в системе управления АЭС и необходимость оптимизации информационного обеспечения его деятельности". Авторы статьи, среди которых находился и член рабочей группы 1963 г., на опыте эксплуатации пяти блоков НВАЭС детально проанализировали действия оператора БЩУ блока АЭС в концепции "человек-машина", чтобы определить пути оптимизации информационного обеспечения его деятельности. Но уже происшедшая в это время Чернобыльская катастрофа показала, что рассмотрение деятельности оператора БЩУ АЭС только в концепции "человек-машина" явно недостаточно для обеспечения безопасной эксплуатации АЭС, так как оператор управляет блоком АЭС не индивидуально, а в непрерывном взаимодействии с определенной управляющей структурой, оказывающей как непосредственное, так и долгосрочное влияние на все действия оператора БЩУ при управлении блоком АЭС. Поэтому начальник смены 5-го блока НВ АЭС Смутнев В.И., - бывший член рабочей группы 1963 г., - предпринял попытку анализа управления блоком АЭС в концепции "управляющее сообщество - машина" на основе положений, разработанных рабочей группой в 1963 г., и практического 25-летнего опыта эксплуатации блоков НВ АЭС. Результаты этого анализа были представлены в статьях "О культуре ядерной эксплуатации" и "Безопасность атомных станций и человеческий фактор", опубликованных в журнале "Электрические станции" №1 1989 г. и № 5 1991 г. соответственно. Понятие "Культура ядерной эксплуатации" (КЯЭ), вынесенное автором в заголовок статьи, не только должно было характеризовать качественно определенное отношение "управляющего сообщества" к управлению потенциально опасным технологическим процессом на блоках АЭС, но могло быть также вполне конкретно оценено математически в любом "управляющем сообществе" с помощью введенного автором коэффициента
ККЯЭ = ∑niправ. / ∑ni
где ni - любое единичное действие оператора в отношении блока АЭС,
niправ. - единичное правильное действие оператора, т.е. приведшее к ожидаемому положительному ответному действию блока АЭС,
∑ni - сумма единичных действий оператора в отношении блока АЭС за определенный промежуток времени,
∑niправ. - сумма правильных единичных действий оператора в отношении блока АЭС за тот же промежуток времени.
Еще до 1986 г. МАГАТЭ, желая усилить вклад агентства в обеспечение безопасности АЭС, пригласило ведущих специалистов в области ядерной безопасности с целью создания Международной консультативной группы по ядерной безопасности (МКГЯБ) (INSAG: International Nuclear Safety Advisory Group). Термин "Культура Безопасности" впервые появился в "Итоговом докладе МКГЯБ о совещании по рассмотрению причин и последствий аварии в Чернобыле", опубликованном МАГАТЭ в качестве Серии изданий по безопасности. № 75-INSAG-1, в 1986 г. Этот термин "Культура безопасности" более полно раскрывается в "Основных принципах безопасности атомных электростанций", Серия изданий по безопасности, № 75-INSAG-3, выпущенной в 1988 г.
По определению МКГЯБ
Культура Безопасности - это такой набор характеристик и особенностей деятельности организаций и поведения отдельных лиц, который устанавливает, что проблемам безопасности АС, как обладающим высшим приоритетом, уделяется внимание, определяемое их значимостью.
Ни рабочая группа в 1963 г., ни автор статьи "О культуре ядерной эксплуатации" не применяли в своих рассуждениях термин "культура безопасности", но как логически, так и математически легко показать, что понятие "культура безопасности" является частью более общего понятия "культура ядерной эксплуатации". Не трудно заметить, что в формуле ККЯЭ величина (∑ni - ∑niправ.) = ∑niне прав. ≡ ∑ni отриц. = (∑ni наруш. + ∑niавар. ),
где ∑niне прав. - сумма неправильных действий оператора при управлении блоком АЭС за определенный промежуток времени,
∑ni отриц. - сумма отрицательных реакций блока в ответ на неправильные действия оператора,
∑niнаруш. - сумма нарушений в работе блока, связанных со срабатыванием аварийных защит, в ответ на неправильные действия оператора,
∑ni авар. - сумма реальных и потенциальных аварийных ситуаций, возникших на блоке вследствие неправильных действий оператора за тот же промежуток времени.
Так как из приведенного выше равенства следует ∑niправ. = ∑ni - ∑niнаруш. - ∑ni авар. , то можно представить ККЯЭ = 1 - ∑ni наруш. /∑ni - ∑ni авар. / ∑ni , где член ∑ni авар. / ∑ni и отражает влияние культуры безопасности в данном "управляющем сообществе". В 1993 г. автор вышеуказанных статей на их основе подготовил (на английском языке) и представил в мае 1993 г. на совещании специалистов МАГАТЭ в Москве доклад (опубликован в сборнике докладов IAEA-TECDOC-762) о практике культуры ядерной эксплуатации АЭС. Однако, в начале 2001 г., - при чтении автором лекций о "Культуре безопасности АЭС" иранским специалистам, - было установлено, что конспекты лекций, написанные на основе серий изданий по безопасности МАГАТЭ № 75 INSAG-1,3, 4 не содержат вообще никаких практических положений по культуре ядерной эксплуатации АЭС (составной частью которой является "Культура безопасности АЭС"), разработанных российскими учеными и эксплуатационниками АЭС.
Дело даже не в том, что МАГАТЭ, декларируя в качестве международной организации приверженность принципам безопасной эксплуатации АЭС, фактически проигнорировало в своих "Основных принципах безопасности атомных электростанций" многолетний практический опыт эксплуатации АЭС одной из крупнейших стран мира. Дело заключается прежде всего в том, что именно сейчас возникает вторая волна использования ядерной энергии для производства электроэнергии такими странами как Иран, Китай, Индия и др., в которых в силу национальных, государственных или религиозных особенностей во всех иерархических структурах государства действует вышеупомянутый принцип абсолютного единоначалия. И если МАГАТЭ не использует свой авторитет международной организации для настоятельной рекомендации внедрения и неукоснительного поддержания системы относительного единоначалия при эксплуатации АЭС в этих странах, то:: в полном соответствии с опытом тоталитарного СССР нас всех ожидает очередной "Чернобыль", которого уже не перенесет ни вся ядерная энергетика мира в общем, ни МАГАТЭ в частности.
2. Потенциальная опасность использования ядерного топлива на АЭС
Условием безопасного использования любой технологии вообще и сложной технологии в особенности является знание и понимание в полном объеме потенциальных опасностей, связанных с использованием данной технологии. Основная причина использования человечеством ядерной энергии - выделение в 108 раз больше энергии в единичном акте, - делении одного ядра урана (200 Мэв), - чем в единичном акте выделения энергии, - окислении одного атома углерода (2 эв), - в традиционной тепловой энергетике. В свою очередь, увеличение выделения энергии в единичном акте означает соответствующее уменьшение потребления объема топлива в единицу времени на энергетической установке одинаковой мощности. А с уменьшением потребления объема топлива связано как уменьшение транспортных расходов, с одной стороны, так и соответствующее уменьшение количества твердых и газообразных отходов, с другой стороны. Однако же, именно выделение в 100 миллионов раз большей энергии в единичном акте содержит в себе потенциальную опасность не контролируемого выделения такого количества энергии, которое будет опасным как для целостности самой энергетической установки, так для жизни окружающих людей. Поскольку исторически ядерная энергия первоначально была использована в военных целях именно в виде не контролируемого ее выделения (ядерная бомба) и в этом качестве проявила всю свою разрушительную мощь, то развитие ядерной энергетики происходило под знаком борьбы с этой потенциальной опасностью.
Математически условие не контролируемого разгона реактора выражается очень простой формулой + Δρа.з. ≥ β,
где + Δρа.з. - положительная реактивность, вводимая в активную зону реактора;
β - доля запаздывающих нейтронов в активной зоне реактора.
Отсюда следует основное условие безопасности, которое должно всегда соблюдаться как при проектировании, так и при эксплуатации ядерных реакторов: при любом состоянии реактора должно быть + Δρа.з. β. Это условие должно достигаться как соответствующими физическими свойствами активной зоны реактора в любом его состоянии и конструкцией системы управления и защиты реактора, так и соответствующими методами управления реактором, которые использует в своей работе оператор реактора. Но следует заметить, что в известных аварийных ситуациях с не контролируемыми разгонами реактора: в январе 1961 г. на опытной АЭС "SL-1" в США и в апреле 1986 г. на ЧАЭС в СССР [1] - происходили только паровые взрывы, хотя и с выделением в активной зоне реактора энергии, многократно превышающей номинальное значение. Ядерных взрывов активной зоны реакторов при этом не происходило.
Вторым важным фактором потенциальной опасности использования ядерной энергии является получение и накопление в активной зоне реактора радиоактивных продуктов деления ядер урана. При нормальной эксплуатации ядерного реактора все продукты деления ядер урана должны оставаться внутри герметичных оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). Кроме того, некоторая часть радиоактивных продуктов образуется из-за облучения нейтронами конструкционных и технологических материалов в реакторе. Эти радиоактивные продукты циркулируют вместе с теплоносителем в пределах герметичного 1-го контура реакторной установки. Но технология эксплуатации реакторной установки предусматривает вывод части теплоносителя из герметичного 1-го контура для его очистки и таким образом происходит распространение радиоактивных продуктов за пределы герметичного 1-го контура. Следовательно, в конструкции не только оборудования 1-го контура реакторной установки, но и всего блока АЭС проектом должны быть предусмотрены меры защиты персонала от радиоактивного излучения и от несанкционированного попадания радиоактивных продуктов в окружающую среду. Разумеется, как при проектировании, так и при эксплуатации блоков АЭС необходимо стремиться к уменьшению санкционированных выбросов радиоактивных продуктов (твердых, жидких и газообразных) в окружающую среду.
Хотя человечество столкнулось с массированным воздействием радиоактивности на человеческий организм еще в 1945 г. при бомбардировке ядерными бомбами городов Хиросима и Нагасаки, а также при последующих испытаниях ядерного оружия и многочисленных аварийных ситуациях на реакторных установках различных типов, но, хорошо представляя воздействие больших доз радиации на человеческий организм с развитием лучевой болезни и с летальным исходом, ученые и сейчас еще не могут предсказать отдаленные генетические последствия для людей, подвергающихся постоянному внутреннему радиоактивному облучению за счет повышенного содержания радиоактивных изотопов в воздухе, воде и пище. Не исключено, что такое увеличивающееся внутреннее радиоактивное облучение приведет к мутациям на генетическом уровне, угрожающим самому существованию той или иной нации.
Вероятность выхода радиоактивных продуктов за проектные пределы их локализации существенно возрастает при возникновении нарушений и аварийных ситуаций в технологических режимах работы блока АЭС. Аксиоматически можно утверждать, что величина нарушений и аварийных ситуаций в технологических режимах работы блока АЭС зависит от степени нарушений оперативным персоналом принципов и законов действия блока АЭС, но никоим образом не зависит от причин неправильных действий оперативного персонала. Если любое государство решило построить у себя и эксплуатировать хотя бы один блок АЭС, то все в этой стране, - начиная от президента страны и кончая последним обходчиком на АЭС, - должны как 2 2=4 уяснить себе одну простую, но абсолютную истину: блок АЭС - потенциально опасная сложная технологическая система, действующая по своим природным принципам и законам, которые не может ни изменить, ни отменить ни один человек в мире, какую бы высокую должность он ни занимал. Законы эти надо знать, понимать и выполнять безусловно.
Кажется достаточно очевидным, что в принятом INSAG определении: Культура Безопасности - это такой набор характеристик и особенностей деятельности организаций и поведения отдельных лиц, который устанавливает, что проблемам безопасности АС, как обладающим высшим приоритетом, уделяется внимание, определяемое их значимостью, - "высший приоритет" и заключается в признании этой абсолютной истины на всех, - без исключения, - иерархических уровнях управления в государстве.
3. Нарушения принципов и законов действия блока АЭС, увеличивающие вероятность выброса радиоактивных продуктов в окружающую среду.
1. Технологическое несовершенство проектирования и изготовления оборудования реакторной установки блока АЭС. Примером может служить несовершенная технология изготовления герметичных оболочек ТВЭЛ тепловыделяющих сборок реактора первого блока НВ АЭС. Из-за наличия множества микротрещин в герметичных оболочках ТВЭЛ все газообразные радиоактивные продукты деления урана выходили в теплоноситель 1-го контура. С продувкой 1-го контура эти радиоактивные газы распространялись по всему тракту продувки и ее очистки, так что на щите спецводоочистки (ЩСВО) газовая активность увеличивалась до 1500 ПДК и оперативный персонал вынужден был работать там в герметичных защитных костюмах. Даже на БЩУ, расположенном в "чистой зоне", иногда газовая активность поднималась до 6ПДК. Разумеется, весь этот радиоактивный газ в конечном счете попадал в окружающую среду. Для сравнения интересно отметить, что на 5-ом блоке-"миллионнике" НВ АЭС, введенном в эксплуатацию в 1980 г., наличие микротрещин в герметичных оболочках ТВЭЛ отмечается в единичных случаях, а увеличение газовой активности до 17-20ПДК в боксе ПГ - ГЦН (внутри герметичной оболочки реакторной установки) свидетельствует о наличии видимого парового свища на оборудовании 1-го контура.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--