Härdsmälta

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
En av kärnreaktorerna vid Three Mile Island, TMI-2, och dess status efter härdsmältan 1979.

En härdsmälta (stor härdskada) är ett olycksförlopp i en kärnkraftsreaktor där härden smälter och kollapsar på grund av överhettning.

Händelseförlopp[redigera | redigera wikitext]

Förloppet uppstår när härden utvecklar mer värme än vad som kyls bort av kylsystemen och hela eller delar av härden uppnår sin smältpunkt. Härdsmältan påminner om lavaflödet från en vulkan, men är svårare att kyla på grund av värmeutvecklingen i härdresterna.

När förloppet väl har satt igång förvärras förloppet genom att smältan blockerar de kanaler och passagevägar som finns för kylvattnet, samt att ytterligare energi frigörs från exoterma reaktioner mellan bränslekapsling och vattenånga. Detta gör att det inledningsvis kan vara omöjligt att kyla härden även om man skulle lyckas återetablera inmatning med kylvatten, genom att vattnet inte kan tränga in i den kompakta smälta härden.

En försvårande omständighet är att strålnivåerna vid härdskador raskt stiger till nivåer som omöjliggör mänsklig tillträde. Så länge bränsleelementen är oskadade är de hermetiskt tillslutna "konservburkar" som innesluter de radioaktiva fissionsprodukterna. När bränsleelementen överhettas och skadas sprids dessa fissionsprodukter i reaktorsystem och reaktorinneslutning och ger höga strålnivåer.

Om återetablering av kylning i reaktortanken sker sent - eller inte alls - kommer härden att smälta igenom reaktortanken och hamna i reaktorinneslutningen. Om man inte heller där lyckas etablera någon form av kylning kan härden skada reaktorinneslutningens täthet och ge utsläpp till omgivningen. Ett haverifilter i kombination med vatteninpumpning kan i detta läge skydda inneslutningen mot övertryckning och leda bort härdens resteffekt med måttliga utsläpp till omgivningen.

Förloppet mildras så småningom genom att härdens resteffekt avtar med tiden, men även många dygn efter olyckan utvecklar härden en värmeeffekt på cirka 0,5% av full termisk effekt (cirka 15 MWth för en normalstor reaktor) vilket kräver aktiva åtgärder för att hålla härden kyld.

Fissionseffekt och resteffekt[redigera | redigera wikitext]

Vid normal drift i en reaktor pågår en kärnklyvnings- eller fissions-process där neutroner klyver uranatomer - som sänder ut neutroner - som klyver nya uranatomer. Reaktorn är kritisk och opererar med en effekt på 100%. Vid störningar har reaktorn tillförlitliga avstängningssystem som stoppar neutronerna genom inskjutning av styrstavar och/eller inpumpning av neutronabsorberande bor.

Skulle avstängningen misslyckas så kommer fissionsprocessen för vattenmodererade reaktorer iallafall att upphöra när vattnet börjar koka bort, då vattnet är nödvändigt som moderator för att bromsa upp neutronerna till en lagom hastighet för att kunna åstadkomma kärnklyvning. Om inte förr så upphör kärnklyvningsprocessen när härden börjar kollapsa, då processen kräver ett väldefinierat geometriskt arrangemang av bränsle och moderator.

Vid ett härdsmälteförlopp är det därför mycket troligt att den primära fissionssprocessen har upphört, men att kylsystemen måste ta hand om den kvarvarande resteffekt som utvecklas från det bestrålade bränslet. Omedelbart efter att klyvningsprocessen upphört är resteffekten cirka 6%, efter en timme cirka 2%, efter en dag cirka 1% och efter en vecka cirka 0,5% av full effekt, där 100% är cirka 3000 MW för en normalstor reaktor. Denna värmeutveckling är obetvinglig och måste kylas bort. Misslyckas detta stiger temperaturen tills dess att bortförsel av värme med konvektion och/eller strålning balanserar den utvecklade resteffekten.

Kända härdsmältor[redigera | redigera wikitext]

Vid Harrisburgolyckan 1979 smälte ungefär halva härden innan man lyckades återetablera kylningen. Härden stannade lyckosamt nog i reaktortanken, och tillsammans med en tät inneslutning blev konsekvenserna helt försumbara för omgivningen[1]. Reaktorn blev dock totalförstörd och kontaminerad med höga strålnivåer. Ett mödosamt uppröjningsarbete där man avlägsnade härd och härdrester avslutades i början av 1990-talet.[2]

Vid Fukushima-olyckan 2011 skedde tre härdsmältor, en i vardera reaktor 1-3, där härdarna i varierande omfattning har smält igenom reaktortank samt också skadat inneslutningarna. 1-10% av härdinnehållet av Cesium släpptes ut till omgivningen[3] och cirka 155,000 personer evakuerades.[4]

Härdsmälta i vardagligt språk[redigera | redigera wikitext]

Ordet härdsmälta förekommer i vardagligt språk som en bild för en snabb och obetvinglig kollaps i ett stort system, till exempel "en finansiell härdsmälta"[5]

Kinasyndromet[redigera | redigera wikitext]

Titeln för filmen Kinasyndromet anspelar på föreställningen att en härdsmälta skulle kunna smälta igenom reaktortank och golvkonstruktion i kraftverket och med hjälp av gravitationen obetvingligt fortsätta att äta sig ner i marken "ända till Kina" som tänkes ligga "på andra sidan jordklotet".

Då gravitationen verkar mot jordens centrum är tanken att kunna passera centrum och fortsätta "uppåt" felaktig. Däremot är det korrekt att en härdsmälta har förmåga att angipa betongkonstruktioner och erodera dessa. Detta förekom både i Fukushima- och Tjernobyl-olyckan[6], där förloppen dock har avstannat innan smältorna nått underliggande mark. Detta beroende på en kombination av att resteffekten avtar med tiden, samt att härdresterna fått en så stor utbredning att de blivit möjliga att kyla till temperaturer under smältpunkt genom naturlig konvektion till omgivande luft.

Källor[redigera | redigera wikitext]

Referenser[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Säker kärnkraft? Betänkande av Reaktorsäkerhetsutredningen, SOU 1979:86. "SOU 1979:86". Regeringen, Industridepartementet. 1979. sid. 122. http://weburn.kb.se/metadata/910/SOU_7259910.htm 
  2. ^ The Cleanup of Three Mile Island Unit 2 - A Technical History: 1979 to 1990, EPRI NP-6931. EPRI - Electric Power Research Institute. 1990. https://publicdownload.epri.com/PublicDownload.svc/product=NP-6931/type=Product 
  3. ^ The Fukushima Daiichi Accident. International Atomic Energy Agency. 2015-08-31. sid. Vol 1, sid 138. ISBN 9789201070159. OCLC 928130612. http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/AdditionalVolumes/P1710/Pub1710-TV1-Web.pdf. Läst 14 november 2017 
  4. ^ Assessment on the 66th day of projected external doses for populations living in the north-west fallout zone of the Fukushima Nuclear accident. IRSN - Institut de Radioprotection et de sûreté Nucléaire (Franska kärnkraftmyndighetens forskningsorganisation). 2011-05-23. sid. 28. http://www.irsn.fr/EN/newsroom/news/Documents/IRSN-Fukushima-Report-DRPH-23052011.pdf. Läst 14 november 2017 
  5. ^ ”Synonymer.se”. Sinovum Media. https://www.synonymer.se/sv-syn/h%C3%A4rdsm%C3%A4lta. Läst 14 november 2017. 
  6. ^ Jean-Michel Bonnet, red (2017-11-01). State-of-the-Art Report on Molten Corium Concrete Interaction and Ex-Vessel Molten Core Coolability, NEA/CSNI/R(2016)15. OECD/NEA. sid. 129. http://www.oecd-nea.org/nsd/pubs/2017/7392-soar-molten-corium.pdf. Läst 24 november 2017