PC Đà Nẵng - Tạp Chí Công Thương

Công tác kiểm soát các thiết bị máy móc đưa vào sử dụng phải rất chặt chẽ. Các yêu cầu, tiêu chuẩn về độ tin cậy của lò phản ứng và các thiết bị đồng bộ đòi hỏi rất cao (xác suất hỏng hóc, phá huỷ lò từ 10-6 - 10-7/năm hoặc thấp hơn). Hệ thống văn bản quy phạm, pháp luật chặt chẽ, các chỉ tiêu về môi trường được nâng cao.

Nguyên lý bảo vệ theo chiều sâu được thực hiện triệt để gồm: Ngăn ngừa sự xuất hiện các sự kiện bất thường; kiểm tra, phát hiện các sự kiện bất thường; ngăn chặn, dập tắt các sự kiện bất thường không để biến thành sự cố; cô lập, kiểm soát các sự cố; loại trừ hậu quả đối với môi trường. Điều quan trọng hơn là phải ngăn ngừa sự cố, đặc biệt là sự cố có thể làm thoát xạ ra môi trường. Ngăn ngừa sự cố được thực hiện trên ba phương diện: Thứ nhất, đảm bảo chất lượng trong các giai đoạn như lựa chọn địa điểm, thiết kế, chế tạo và xây dựng; Thứ hai, các hệ thống an toàn (hệ điều khiển, hệ chỉ thị số...) phải hoạt động tốt để điều chỉnh mọi sai lệch về trạng thái bình thường; Thứ ba, các nhân viên vận hành được đào tạo tới trình độ có thể chẩn đoán được các nguy cơ sự cố và sử dụng các biện pháp cần thiết để dập tắt các nguy cơ đó. Hơn nữa các hệ thống an toàn của nhà máy điện hạt nhân được thiết kế theo những nguyên tắc nhất định nhằm giảm bớt việc hỏng hóc của thiết bị máy móc vì những nguyên nhân chung.

Các nguyên tắc đó là:

Nguyên tắc dự phòng: Trang bị số lượng dư thừa các hệ thống an toàn thực hiện cùng một chức năng;

Nguyên tắc độc lập: Quá trình thực hiện chức năng của một hệ thống không phụ thuộc vào hoạt động của các hệ thống khác;

Nguyên tắc tách rời: Sự phân chia vật lý của các hệ thống thực hiện cùng một chức năng bằng rào ngăn cách hoặc phân bố các hệ thống đó xa nhau một khoảng nhất định để giảm bớt xác suất hỏng hóc cùng một lúc;

Nguyên tắc khác biệt: Các hệ thống hoặc thiết bị máy móc có cấu trúc và nguyên tắc làm việc khác nhau nhưng cùng có chung một nhiệm vụ;

Do có những nguyên tắc thiết kế như vậy nên chức năng bảo đảm an toàn và hạn chế hậu quả sự cố hạt nhân của các hệ thống thiết bị máy móc luôn được bảo đảm trong quá trình vận hành nhà máy.

Các biện pháp ngăn ngừa sự cố nhà máy điện hạt nhân:

Lựa chọn địa điểm: Lựa chọn địa điểm là sự giải quyết cân bằng giữa các yếu tố: Quyền lợi kinh tế, dân cư và an toàn. Khi lựa chọn địa điểm cho nhà máy, cần phải xem xét những gì có thể xảy ra trên địa điểm đó trong toàn bộ thời gian sử dụng nhà máy.

Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến an toàn nhà máy bao gồm các yếu tố tự nhiên (địa lý, địa chấn, khí hậu, thuỷ văn...) và các yếu tố có thể nguy hiểm do con người gây ra (các cơ sở công nghiệp lớn và máy bay rơi..). Sở dĩ cần phải xem xét các yếu tố như vậy vì: Các nhà máy điện hạt nhân (đặc biệt là vùng hoạt lò phản ứng) cần có độ vững chắc và ổn định cơ học cao, không nhạy cảm với những thay đổi cho phép của các thông số vận hành. Vì vậy, nhà máy cần được xây dựng trên một nền móng chắc, không bị ảnh hưởng bởi động đất và việc hư hỏng của các cơ sở công nghiệp khác cũng như máy bay rơi. Ví dụ: Một trong số các nguy hiểm bên ngoài cần được ngăn ngừa là hiện tượng địa chấn do thảm hoạ động đất. Người ta phòng ngừa động đất cho nhà máy điện hạt nhân bằng hai phương pháp: Bố trí nhà máy ở xa vùng có các vết nứt động và các vấn đề khác như nhạy cảm đối với việc hoá lỏng thổ nhưỡng hay trượt giữa các lớp địa tầng; Thiết kế nhà máy trên trọng tải rung do động đất được dự đoán trước, theo kinh nghiệm lịch sử và các số liệu về hoạt động kiến tạo.

Trong quá trình nhà máy hoạt động, vấn đề lão hoá và điều kiện làm việc có thể ảnh hưởng đến đặc trưng của thiết bị máy móc. Vì vậy, người ta cần khảo sát điều kiện môi trường tại địa điểm nhà máy để lựa chọn hay thiết kế các hệ thống thiết bị máy móc phù hợp, không bị ăn mòn và hoen gỉ vì các yếu tố môi trường. Trong các điều kiện môi trường có cả các điều kiện của sự cố như nhiệt độ, áp suất, bức xạ, độ ẩm, độ rung và lực va chạm của luồng không khí.

Thiết kế xây dựng: Nhà máy điện hạt nhân sẽ thực sự an toàn vì nó được thiết kế xây dựng với nhiều lớp ngăn ngừa phóng xạ, đó là các lớp vỏ bảo vệ: vỏ bảo vệ viên nhiên liệu; vỏ bảo vệ bó nhiên liệu; vỏ bảo vệ vòng sơ cấp; lớp vỏ bảo vệ vùng lò và được tính toán thiết kế với những sự cố giả thiết với xác suất 10-8/1 lò/1 năm. Một ví dụ: Lớp bảo vệ vùng lò làm bằng bê tông cốt thép dày hơn 2 m có thể chịu được động đất cấp 7, sóng thần độ cao 200m.

Vấn đề an toàn nội tại trong quá trình hoạt động của lò phản ứng cũng được quan tâm đúng mức. Một vài đặc trưng an toàn nội tại: ở mức công suất cao, nhiệt độ của nhiên liệu và của vật liệu bao quanh (chất làm chậm và chất tải nhiệt) có các hiệu ứng phản hồi tác động lên độ phản ứng của lò. Mức độ ảnh hưởng đó phụ thuộc vào thành phần nhiên liệu hạt nhân và chất làm chậm, vào mật độ và cách bố trí chúng trong vùng hoạt của lò phản ứng. Vì vậy, các nhà thiết kế chế tạo vùng hoạt lò phản ứng có lợi cho an toàn hạt nhân (hệ số nhiệt độ âm), nghĩa là nhiệt độ của nhiên liệu và chất làm chậm tăng sẽ tạo nên một độ phản ứng âm trong vùng hoạt và ngược lại nhiệt độ của nhiên liệu và chất làm chậm giảm sẽ gây ra một độ phản ứng dương do tác động của hiệu ứng Doppier và hệ số rỗng, nói cách khác, do ảnh hưởng của đặc điểm an toàn nội tại của lò phản ứng. Trong thực tế, khi lò đang hoạt động, bất kỳ một sự thay đổi về áp suất hay lưu lượng của chất tải nhiệt... dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ của vùng hoạt đều có thể đưa lò vào trạng thái không ổn định. Vì vậy, để duy trì lò phản ứng hoạt động ổn định ở một mức độ công suất, các thanh điều khiển luôn phải dao động trong chế độ điều khiển tự động để bù trừ độ phản ứng do sự thăng giáng nhiệt độ gây ra.

Hệ số nhiệt độ âm là yếu tố quan trọng trong việc vận hành an toàn lò phản ứng. Khi khởi động lò phản ứng, người ta phải nâng các mức công suất lò bằng việc đưa dần vào vùng hoạt những độ phản ứng dương thích hợp. Nếu không có hệ số nhiệt độ âm, công suất lò sẽ tăng, tăng mãi với độ phản ứng dương (dù nhỏ) đưa vào vùng hoạt và sự cố lò phản ứng có thể xảy ra. Nhờ có hệ số nhiệt độ âm, công suất lò chỉ tăng đến khi nào độ phản ứng dương đưa vào cân bằng với độ phản ứng âm do hiệu ứng nhiệt độ âm gây ra.

Việc xác định chính xác đặc trưng an toàn nội tại của lò phản ứng là rất cần thiết, nó không chỉ đánh giá mức độ an toàn nội tại của lò phản ứng mà còn cung cấp số liệu tin cậy để tính toán chính xác các giới hạn vận hành an toàn lò phản ứng.

Lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân có các giá trị trong phạm vi sự cố của các thông số là do hậu quả của những sự kiện vận hành không đúng, do sự hoạt động không chính xác hay hỏng hóc của các thiết bị. ở các giá trị này của các thông số, hệ thống an toàn nhà máy sẽ báo hiệu bằng chuông reo và ánh sáng để người điều khiển dễ dàng nhận ra và kịp thời xử lý các sự kiện. Thông thường, các tín hiệu sự cố xảy ra đồng thời với việc thực hiện tắt lò tự động của hệ thống các thanh điều khiển và hệ thống tự động dập lò khẩn cấp.

Hệ thống tự động dập lò khẩn cấp có chức năng độc lập với hệ thống điều khiển lò phản ứng. Chức năng của hệ thống dập lò khẩn cấp là đưa vào vùng hoạt gần như tức thời những chất hấp thụ nơtron rất mạnh trong những trường hợp cần thiết. Do việc đưa chất hấp thụ nơtron rất mạnh (độ phản ứng âm lớn) vào vùng hoạt, lò phản ứng bị dập tắt ngay.

Mạch điện và mạch logic của hệ thống tự động dập lò sự cố được tách rời với các mạch điện và logic của các hệ thống thiết bị máy móc vận hành nhà máy trong điều kiện bình thường. Vì vậy, các yêu cầu điều khiển thông thường và dập lò khẩn cấp không có khả năng ảnh hưởng lẫn nhau.

Một trong các sự kiện rất ít khi xảy ra nhưng cần được nêu lên là việc hư hỏng hệ thống tự động dập lò khẩn cấp. Hậu quả của sự kiện này có thể làm tăng độ phản ứng, dư thừa áp suất trong hệ thống tải nhiệt vòng 1, dư thừa nhiệt độ nhiên liệu hoặc có thể là những nguyên nhân của các hư hỏng khác đối với nhà máy. Vì vậy, yêu cầu được đặt ra cho việc thiết kế hệ thống tự dập lò khẩn cấp là phải tuân thủ các nguyên tắc: dự phòng, tách rời và đa dạng. Tùy theo từng loại lò phản ứng, người ta có thể sử dụng dung dịch chứa chất hấp thụ nơtron (axit Bo), các bó thanh nhiên liệu với độ giàu cao đã cháy, nhưng thông dụng nhất vẫn là các thanh hấp thụ nơtron mạnh (cadimi hoặc cac-bua Bo), để tạo thành hệ thống tự động dập lò khẩn cấp. Nếu chỉ sử dụng các thanh hấp thụ nơtron thì không ít hơn hai nhóm như vậy được thiết kế độc lập về mặt logic để bảo đảm tốt chức năng dập lò khẩn cấp khi sự cố xảy ra. Riêng đối với lò nước nặng áp lực CANDU, bên cạnh hệ thống các thanh hấp thụ nơtron mạnh như trên, chất làm chậm có thể thoát nhanh từ bể Calandria vào bể chứa phía dưới và lò phản ứng sẽ bị dập tắt ngay.

Mặc dù nhà máy điện hạt nhân được thiết kế và chế tạo, xây dựng với chất lượng cao, độ tin cậy lớn nhưng một loạt các sự kiện xuất phát từ những nguyên nhân bên trong hay bên ngoài nhà máy đều có thể xảy ra và dẫn đến các sự cố hạt nhân như nóng chảy các thanh nhiên liệu, phá hủy vùng hoạt và thải chất phóng xạ ra môi trường. Vì vậy, đối với nhà máy điện hạt nhân, cần phải có và luôn luôn chú trọng đến các biện pháp để hạn chế hậu quả của sự cố hạt nhân.

Xét về mặt kỹ thuật, hoàn toàn có thể khẳng định về tính an toàn của nhà máy điện hạt nhân. Hiện nay trên thế giới có 33 nước có nhà máy điện hạt nhân với 432 lò phản ứng đang vận hành và hơn 30 lò phản ứng đang xây dựng và còn được tiếp tục xây dựng. Các nhà máy này vẫn đang vận hành an toàn và đóng góp một phần không nhỏ vào nền kinh tế của mỗi nước.

Khó khăn đối với ngành điện hạt nhân trên thế giới còn nhiều, nhưng dù sao, như nhiều chuyên gia có uy tín trong ngành năng lượng hạt nhân và nhiều nhà chính trị trên thế giới đã có nhận xét: Chúng ta đang ở thời kỳ phục hưng của sự phát triển điện hạt nhân.