Ett haverifilter eller filtrerad tryckavlastning (engelska: FCVS - Filtered Containment Venting System) är ett säkerhetssystem på kärnkraftverk som begränsar radioaktiva utsläpp till omgivningen vid allvarliga olycksförlopp med stora härdskador ("härdsmälta"), där samtidigt normala system för att kontrollera tryck och temperatur i reaktorinneslutningen inte fungerar. Filtret kan ha manuell eller automatisk aktivering. Vid automatisk aktivering kan detta ske genom att ett sprängbleck är monterat i ledningen till filtret som passivt öppnar (brister) vid högt tryck i reaktorinneslutningen.
Allmänt
Ett kärnkraftverk innehåller under drift stora mängder radioaktivitet som vid olycksförlopp kan nå omgivningen och skada tredje man. Detta klarlades redan i tidiga studier på 1950-talet och ledde fram till att redan de första kommersiella kärnkraftverken, till exempel Yankee Rowe som togs i kommersiell drift 1961, försågs med en reaktorinneslutning som en ytterligare barriär som ska skydda mot utsläpp. Inneslutningen konstruerades för att tåla de höga tryck som kan uppstå vid rörbrott och läckage i reaktorn, samt med höga täthetskrav så att utsläppen till omgivningen blir begränsade. Inneslutningen försågs även med kylsystem så att den resteffekt som fortsätter att genereras lång tid efter att reaktorn stoppats kan bortföras på ett tillförlitligt sätt. Om dessa kylsystem upphör att fungera kan tryck och temperatur öka och leda till att inneslutningen i ett något längre tidsperspektiv (timmar eller dagar) kan övertryckas eller brista, vilket leder till att de radioaktiva ämnen som skulle innehållas läcker ut iallafall.
Barriärerna i ett kärnkraftverk består av följande anordningar och konstruktioner:
Bränslematrisen, där många av de bildade radioaktiva ämnen förblir bundna till bränslekutsarna så länge de inte blivit överhettade. Bränslekapsling som hermetiskt omsluter bränslekutsarna och kvarhåller bildade radioaktiva ämnen så länge inga kapslingsskador uppstått. Reaktorkylsystemet som har höga krav på täthet och omsluter bränsleelement. Även med skador på kutsar och kapsling kvarhålls bildade radioaktiva ämnen så länge reaktorkylsystemet är intakt och inte råkat ut för rörbrott och liknande. Inneslutningen som har höga krav på täthet och trycktålighet och omsluter hela reaktorsystemet. Även med skador på rörsystem och reaktortank kvarhålls bildade radioaktiva ämnen så länge inneslutningen är intakt. Den sista barriären är att kärnkraftverk lokaliseras på visst avstånd från bebyggelse, samt att det finns beredskap för att evakuera boende i närområdet.
Ett haverifilter kan sägas skydda den fjärde barriären, inneslutningen, om den hotas av övertryckning genom att inneslutningens kylsystem slutat fungera. Inför hotet att inneslutningen övertrycks och kan brista okontrollerat med enorma utsläpp så kan inneslutningen med ett haverifilter istället tryckavlastas. Man gör då ett avsiktligt utsläpp av ånga och radioaktiva föroreningar som får passera ett filter vilket ger begränsade utsläpp jämfört med en inneslutning som brister okontrollerat.
Haverifilter i Sverige De svenska kärnkraftverken togs i drift mellan 1972 (Oskarshamn 1) och 1985 (Forsmark-3) och försågs med inneslutningar med höga krav på trycktålighet och täthet samt redundanta kylsystem med egen kraftförsörjning. Möjligheten i svenska kärnkraftverk att få stora härdskador och samtidigt skada eller övertrycka inneslutningen beaktades inte före Harrisburgolyckan 1979. Olyckan fick stor inverkan på opinionen och den efterföljande Reaktorsäkerhetsutredningen (november 1979) föreslog bland annat att en möjlighet till "filtrerad tryckavlastning" skulle införas för att minska risken att "markområden ... skulle kunna bli belagda med radioaktivitet, vilket skulle innebära vissa begränsningar för områdets framtida användning".
Den 15 oktober 1981 beslutade regeringen enligt Prop. 1980/81:90 att Barsebäck skulle förses med haverifilter före utgången av 1985, medan en längre tidsfrist medgavs för övriga verk för att kunna ta vara på erfarenheter från Barsebäck och annan teknikutveckling. Barsebäck prioriterades på grund av den större befolkningstätheten i närområdet. Den 27 februari 1986 fattade regeringen motsvarande beslut för övriga svenska kraftverk, att de skulle förses med haverifilter före utgången av 1988.
Barsebäck Den mycket korta tid som medgavs för utveckling, analys, design, konstruktion och uppförande av haverifilter för Barsebäck medförde att man tvingades satsa på enkla och robusta lösningar med stora säkerhetsmarginaler. Den valda lösningen blev en omfattande konstruktion bestående av en stenbädd på 10 000 m3. Enkla överväganden visade att stenbädden genom sin värmetröghet skulle kunna kondensera tillförd ånga under lång tid och kunna fånga upp fissionsprodukter som cesium och jod, samt att eventuella vätgasbränder inte skulle hota anordningens integritet. Tidsschema FILTRA Barsebäck Barsebäck med FILTRA-byggnaden till vänster alt= FILTRA Barsebäck Time Schedule|miniatyr|FILTRA Barsebäck Time Schedule alt=Barsebäck med FILTRA till vänster|Barsebäck med FILTRA till vänster|492x492px
Övriga verk: Ringhals, Oskarshamn, Forsmark Den något längre tid som medgavs för implementering av haverifilter för övriga svenska kraftverk, samt den internationella forskning och utveckling som ägde rum, gjorde att man valde en något mindre omfattande konstruktion där erforderlig avskiljning uppnås med en vatten-skrubber. Risken för vätgasbränder i haverifiltret hanteras genom att gasfasen i filtertanken är kvävgasfylld. För tryckvattenreaktorer med luftfylld inneslutning är vattenskrubbern dessutom uppvärmd till cirka 90 grader Celsius för att säkerställa en hög ånghalt som ger en icke-brännbar atmosfär i filtertankens gasfas även efter en aktivering. Vattenvolymen i skrubbern har tillsatser av kemikalier som förbättrar absorption av jod samt kontrollerar pH. Skrubber-konstruktionen FILTRA-MVSS tilldelades 1988 års Polhemspris.
Haverifilter i andra länder Ett antal länder, däribland Frankrike, Tyskland, Schweiz och Finland, installerade olika typer av haverifilter under 1980- och 1990-talet. Efter Fukushima-olyckan har intresset för dessa anordningar ökat, och bland annat i länder som Spanien, Belgien, Japan och Syd-Korea pågår aktiviteter för att implementera haverifilter.
Haverifilter och inträffade olyckor Vid Harrisburgolyckan 1979 smälte stora delar av härden och stora mängder radioaktivitet hamnade i inneslutningen. Reaktorn hade inget haverifilter, men då kylsystemen för inneslutningen fungerade som avsett och höll nere tryck och temperatur, och inneslutningen i övrigt behöll sin täthet, så blev utsläppen till omgivningen utomordentligt små. Som olycksförloppet förlöpte så skulle ett haverifilter inte ha aktiverats.
Vid Tjernobylolyckan 1986 skedde en okontrollerad explosionsartad effektrusning som fullständigt ödelade både reaktor och reaktorbyggnad och orsakade enorma utsläpp. Reaktorn saknade haverifilter och inneslutning, men även med sådana anordningar skulle dessa inte kunnat behålla sin funktion vid det våldsamma förloppet vid olyckan.
Vid Fukushimaolyckan 2011 blev många kyl-och säkerhetssystem dränkta av tsunamin och slutade fungera, varefter stora delar av härdarna i block 1-3 blev överhettade och smälte ner och stora mängder radioaktivitet hamnade i inneslutningarna. Samtidigt fungerade inte kylsystem för inneslutning och samtliga tre block uppnådde successivt tryck som överbelastade inneslutningarna och orsakade skador och läckage. Reaktorerna saknade haverifilter - något som skulle kunnat skydda inneslutningarna från övertryckning, minska utsläpp samt kunnat leda bort den bildade vätgasen på ett kontrollerat sätt.
Reaktorerna i Fukushima hade möjlighet att med manuella driftläggningar tryckavlasta med en viss filtrering genom reaktorernas vattenfyllda kondensationsbassänger. Enträgna försök gjordes att aktivera sådan avlastning, men detta misslyckades på grund av att fjärrmanöver inte kunde utföras då manöverkraft (tryckluft och batterispänning) fallit bort, samt att höga strålnivåer och temperaturer försvårade eller omöjliggjorde manuella manövrer på plats.
Konstruktionsprinciper Filtersektionen kan bestå av en stenbädd, sandfilter eller en vatten-skrubber, och kan också kompletteras med ytterligare filtersteg, till exempel metallfilter med zeoliter. Filtret dimensioneras för kunna släppa ut ett ångflöde på 10-15 kg/s. Energiinnehållet i detta ångflöde motsvarar resteffekten några timmar efter reaktoravstängning, en värmeeffekt som måste bortföras från inneslutningen om alla andra kylsystem slutat fungera.
De radioaktiva ämnena (fissionsprodukter) som kan läcka ut från skadade bränsleelement kan förenklat indelas i tre grupper: ädelgaser, jod och cesium. Ädelgaser (Xenon, Krypton) har inledningsvis en avsevärd aktivitet, men genom avklingning (sönderfall) och gasformig utspädning kommer stråldoser från denna komponent efter ett utsläpp avta betydligt redan efter ett antal timmar eller något dygn. Jod har också inledningsvis en betydande aktivitet, och kan ge markbeläggning och anrikning till exempel i kedjan gräs-ko-mjölk, men då halveringstiden för den dominerande jod-isotopen är 8 dygn så är aktiviteten praktiskt taget borta efter 80 dygn. Cesium är inledningsvis inte dominerande ur strålsynpunkt, men är problematisk då isotopen Cs-137 ger markbeläggning där halveringstiden är 30 år. Har man fått en så stor markbeläggning med cesium så att stråldosen vid ständig vistelse överstiger gängse gränsvärden så är området oacceptabelt för civilt boende under decennier. Ädelgaser är i princip omöjliga att filtrera bort, vilket gör att stråldoserna kan vara betydande i den omedelbara närheten av ett haverifilter vid aktivering. Tack vare att ädelgaserna klingar av och/eller späds ut relativt snabbt är detta mest ett lokalt problem i kraftverkets omedelbara närhet och under en relativt kort tid.
Jod i elementär form kan filtreras i vattenskrubber med lämpliga kemikalietillsatser, medan organisk jod kräver kompletterande filtersteg, till exempel metallfilter med zeoliter. Sandfilter (finns i Frankrike) har sämre förmåga att fånga upp jod.
Cesium filtreras väl i de flesta filter-konstruktioner. Kravet för svenska reaktorer är att högst cirka 0,1% av härdinnehållet av Cesium ska släppas ut. Som jämförelse kan nämnas att Cs-utsläppen från Fukushima-olyckan var cirka 1-10% (18 PBq) och från Tjernobyl-olyckan cirka 30-60% (130 PBq)GRS-121, sid 58.
Referenser
Noter
Källor
Externa länkar Haverifilter OKG - Mauritz Gärdinge på Oskarshamnsverket förklarar funktion hos ett haverifilter. OKG 2012-11-02
Kategori:Kärnkraft