Härdfångare är en teknisk anordning vars uppgift är att vid en härdsmälta i ett kärnkraftverk med tankgenomsmältning säkerställa att härdrester förblir kylbara och inte skadar reaktorns inneslutning, vilket skulle kunna ge radioaktiva utsläpp till omgivningen.
Allmänt Kärnkraftverk upprätthåller vid normaldrift en kontrollerad kedjereaktion där Uran-235 (i viss mån även Plutonium-239) klyvs. Vid klyvningen frigörs stora mängder energi som via turbin och generator omvandlas till elektrisk energi.
Kärnkraftverk har flera system för att säkerställa att kedjereaktionen på ett tillförlitligt sätt kan avbrytas, men efter att så skett fortsätter en mindre, men likväl avsevärd effektutveckling, genom det sönderfallsvärme eller resteffekt som frigörs från klyvningsprodukterna från den primära processen.
Enkelt uttryckt så genererar en reaktor under drift i sin normala klyvningsprocess 100% effekt, men kort efter avstängning finns en resteffekt på omkring 6% som redan inom några timmar minskat till 1%, men därefter avtar mycket långsamt. Utvecklingen av resteffekt är obetvinglig och kan inte påverkas, och måste ovillkorligen bortföras med något kylsystem. Om dessa kylsystem inte fungerar kommer temperaturen i härden att stiga, härden smälta och överhettas och kunna orsaka en tankgenomsmältning så att den smälta härden hamnar i botten på reaktorns inneslutning. Härden kan då ödelägga inneslutningskonstruktionen och skapa läckagevägar för radioaktiva ämnen till omgivningen.
För mindre reaktorer, till exempel Lovisa kärnkraftverk i Finland med en elektrisk effekt på omkring 500 MW, har man med simuleringar och resonemang kunnat visa att relationen mellan härdens effekt och tillgänglig kylande yta på reaktortankens utsida är sådan att det är troligt att tankgenomsmältning vid en härdsmälta kan undvikas, så kallad "in-vessel retention".
För större reaktorer är denna relation mellan härdens volym och ytan hos reaktorankens utsida mindre gynnsam, och har i flera fall lett till slutsatsen att en tankgenomsmältning inte kan uteslutas. För dessa reaktorer har i flera fall konstruerats anordningar placerade under reaktortanken, som har sådan utformning att de utan att ödeläggas ska kunna ta emot en överhettad reaktorhärd och låta denna spridas över en större yta och kylas ner.
Exempel på reaktorer som försetts med härdfångare är:
EPR, European Pressurized Reactor (Olkiluoto 3, Flamanville 3, Taishan 1/2) VVER-1200, AES-2006 (Akkuyu, Rooppur, Novovoronezh mfl)
Utförande
En härdfångare är ett slags öppen behållare gjord av material som tål höga temperaturer, vilket ska möjliggöra att under en kortare tid behålla en smält härd i anordningen. Härdfångaren har också kylsystem, i vissa fall både över och under anordningen.
Avgörande för om kylning är framförallt:
huruvida härdfångaren kan härbärgera den smälta härden under viss tid utan att ödeläggas. Den inledande resteffekten kan vara så stor att kylning inte är möjlig, men kan anordningen innehålla den smälta härden några timmar kommer resteffekten att avta relativt snabbt och öka möjligheten till kylbarhet huruvida härdfångaren kan sprida ut den smälta härden över en större yta. Varje förbättring av relationen mellan volym/yta kan vara avgörande för om kylbarhet kan uppnås eller inte.
Historiska exempel Vid Harrisburgolyckan eller haveriet vid kärnkraftverket i Three Mile Island 1979 förlorades kylningen av härden som till stora delar smälte ner i en härdsmälta. Genom lyckliga omständigheter kunde kylning återställas inom några timmar, och härdresterna stannade inuti reaktortanken, så kallad "in-vessel-retention", och reaktorns inneslutning bibehöll sin funktion och täthet vilket gjorde att utsläppen till omgivningen blev mycket små. Som olycksförloppet utvecklades skulle inte en härdfångare gjort någon skillnad. Om återställningen av kylning skett senare skulle en tankgenomsmältning ha kunnat inträffa och härden kunnat hamna utanför reaktortanken med risk för att skada reaktorns inneslutning och orsaka betydande utsläpp. I ett sådant förlopp skulle en härdfångare kunnat minska risken för skador på inneslutningen.
Vid Fukushimaolyckan 2011 förlorades kylningen av härdarna i reaktor 1, 2 och 3 som för samtliga tre reaktorer ledde till härdnedsmältning och brott på reaktortankar, vilket i sin tur ledde till skador på inneslutningarna och stora utsläpp till omgivningen. En härdfångare skulle möjligen kunnat begränsa skador på inneslutningarna, men en viktig orsak till det allvarliga olycksförloppet var den totala förlusten av elkraft genom att den inledande jordbävningen slog ut omgivande elnät, och den efterföljande tsunamin dränkte anordningar för reservkraft. Detta gjorde att kylsystem och tryckavlastning för inneslutningar inte fungerade och att inneslutningarna skadades av höga tryck och temperaturer.
Vid Tjernobylolyckan 1986 var det inledande olycksförloppet en våldsam explosionsartad effektökning som fullständigt ödelade reaktorbyggnad och möjliggjorde spridning av stora delar av reaktorhärden till atmosfär och omgivning. En härdfångare skulle inte gjort någon skillnad, då den inneslutning som skulle skyddats redan var fullständigt ödelagd. Likväl är olyckan intressant då den visar att härdrester senare under olycksförloppet angripit betongkonstruktioner och rört sig flera våningar ned i reaktorbyggnaden. Detta visar på betydelsen av att, i händelse av att anläggningen har en fungerande inneslutning, skydda denna från att skadas av "en härd på golvet".
Anmärkningar
Referenser
Kategori:Kärnkraft