Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"

Всё об экологии ищите здесь:

   
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная Информация / Info Инновации / New! Вечная мерзлота - против радиоактивной опасности / Действующий проект "заморозки" Фукусимы

Вечная мерзлота - против радиоактивной опасности / Действующий проект "заморозки" Фукусимы

Вечная мерзлота - против радиоактивной опасности / Действующий проект "заморозки" Фукусимы

Первым этапом работ стала установка труб на глубину до 30 метров. По ним начнут подавать охлаждающую жидкость, которая, как надеется TEPCO, затруднит прохождение грунтовых вод с возможным высоким содержанием радиоактивных элементов.

Специалисты компании-оператора аварийной АЭС «Фукусима-1» на северо-востоке Японии TEPCO приступили в четверг к созданию так называемого слоя искусственной вечной мерзлоты для предотвращения попадания радиоактивной воды в океан.

По данным телеканала NHK, работы будут начаты в 18 местах, утвержденных планом TEPCO ранее на этой неделе. В случае успеха специалисты начнут аналогичные работы и на других участках под всеми четырьмя энергоблоками. Предполагается, что общая протяженность слоя искусственной вечной мерзлоты будет в итоге составлять около 1,5 километров.

Первым этапом работ стала установка стальных труб на глубину до 30 метров. После этого по трубам начнут подавать специальную охлаждающую жидкость, которая, как надеется TEPCO, позволит создать своего рода «стену изо льда» внутри почвы и затруднит прохождение через нее грунтовых вод с возможным высоким содержанием радиоактивных элементов. Следующим этапом работ станет откачка скопившейся в тоннелях под станцией 11 тысяч тонн радиоактивной воды.

Эксперты считают, что скопившаяся в подземных тоннелях вода может быть одной из основных причин радиоактивного загрязнения грунтовых вод под аварийной станцией. Специалисты также не исключают, что, смешиваясь с грунтовыми водами, радиоактивная жидкость может попадать в море.

Проблема радиоактивной воды — одна из самых острых после аварии на АЭС «Фукусима-1» в 2011 году. Это вода, которая постоянно скапливается в подземных помещениях станции в результате охлаждения реакторов, ее количество увеличивается за счет грунтовых вод, которые просачиваются в подземные помещения с возвышенности.

Вследствие аварии на атомной станции «Фукусима» постоянно наблюдаются сильные выбросы радиации в океан посредством переноса радионуклидов грунтовыми водами. Для предотвращения распространения радионуклидов в грунтовых водах было принято решение оградить здания турбин и реакторов ледяной стеной многометровой глубины. Эта ледяная стена должна ограничить как приток грунтовых вод в зону реакторов, так и отток из нее грунтовых вод, загрязненных радионуклидами. С этой целью по периметру атомной станции, как показано ниже на рисунке, будут размещены вертикальные охлаждающие устройства.

 

Схема размещения вертикальных охлаждающих устройств по периметру атомной станции «Фукусима»

Схема расположения охлаждающих элементов по периметру атомной станции «Фукусима»

 

На базе проведенных геологических изысканий были определены физико-химические свойства грунтов и скорости движения грунтовых вод (см. разрез ниже).

 

Схема геологического разреза грунтов возле АЭС «Фукусима»

Геологический разрез грунтов возле АЭС «Фукусима»

 

Зеленым цветом показан водонепроницаемый слой скальных пород.

Желтым цветом показан слой насыпного грунта, в котором имеет место движение грунтовых вод.

R/B и T/B – здания реактора и турбин соответственно.

Синими стрелками указаны потоки воды.

 

Для обоснования принятых проектных решений необходимо выполнить компьютерное моделирование искусственной заморозки грунта на заданной площадке в специализированном программном обеспечении Frost 3D Universal.

 

При выполнении компьютерного моделирования, исходя из геометрических размеров рассматриваемой области и геолого-литологического строения грунтов, были приняты следующие размеры расчетной области: длина — 450 метров, ширина — 210 метров, высота – 30 метров.

 

На основании информации, полученной по инженерно-геологическим скважинам, воспроизводилось геолого-литологическое строение грунта в рассматриваемой области (рисунок ниже).

 

При создании трехмерной геометрической модели принималось во внимание наличие фундаментов и оснований зданий реакторов и турбин.

 

Глубина залегания фундаментов зданий реакторов и турбин составляет порядка 10 метров. При выполнении теплотехнического расчета предполагалось, что температура данных фундаментов и оснований соответствует температуре внутри здания.

 

Схема расположения фундаментов и оснований зданий реакторов и турбин в программе Frost 3D

Расположение фундаментов зданий реакторов и турбин в программе Frost 3D Universal

 

Для замораживания грунта по предварительным оценкам будет использовано около 30 км охлаждающих элементов. Эти элементы представляют собой набор вертикально установленных охлаждающих труб. Длина каждой трубы – 30 метров. Расстояние между трубами – 1 метр. Таким образом, будет установлено 1073 охлаждающие трубы по периметру атомной станции. Для их охлаждения предполагается использовать 14 холодильных машин мощностью по 400 кВт каждая.

 

Таким образом, исходя из геолого-литологического строения грунтов, расположения фундаментов и оснований реакторов, турбин и других сооружений, а также расположения вертикальных охлаждающих труб, в программе Frost 3D Universal была создана трехмерная геометрическая модель атомной станции «Фукусима» (рисунки ниже).

 

Трехмерная геометрическая модель атомной станции Фукусима

Трёхмерная модель грунтов и охлаждающих устройств в программе Frost 3D Universal

 

3D модель объектов инфраструктуры атомной станции «Фукусима» в программе Frost 3D

Трёхмерная геометрическая модель объектов инфраструктуры АЭС «Фукусима» в программе Frost 3D Universal

 

При выполнении теплотехнического расчета принимались следующие теплофизические свойства грунтов:

 

Таблица 1 — Теплофизические свойства грунтов возле АЭС «Фукусима»

 


Теплопроводность грунта в талом состоянии

[Вт/м*К]

Теплопроводность грунта в мерзлом состоянии,

 

[Вт/м*К]

 

Теплоемкость грунта в талом состоянии,

 

[МДж/м3*К]

 

Теплоемкость грунта в мерзлом состоянии,

 

[МДж/м3*К]

 

Насыпной грунт

2.20

3.40

2.78

2.03

Скалистые породы

2.00

2.16

2.40

1.95

 

Проведенные геологические изыскания показали, что в насыпном грунте фильтрация составляет порядка 0.1 м/день. В скалистых породах фильтрация на порядок меньше.

 

На поверхности расчетной области задавалось изменение температуры от времени. При этом использовалась среднемесячная максимальная температура с целью моделирования наиболее неблагоприятных для промерзания грунта климатических условий.

 

График зависимости температуры от времени во Frost 3D

Задание зависимости температуры от времени в программе Frost 3D Universal

 

На нижней и боковых границах расчетной области был задан нулевой тепловой поток. При этом эти границы области моделирования расположены достаточно далеко от интересующего участка, чтобы не оказывать влияние на расчет тепловых процессов для рассматриваемого периода времени.

 

Для моделирования тепловых полей трехмерная геометрия рассматриваемого участка дискретизировалась гексаэдрической сеткой, содержащей 17 828 087 узлов.

 

Расчётная гексаэдрическая сетка, созданная в программе Frost 3D

Гексаэдрическая расчётная сетка, созданная в программе Frost 3D Universal

 

Моделируемый период времени составлял два года, начиная с даты 01.09.2014.

 

Время, затраченное программой Frost 3D Universal на просчет этой модели на персональном компьютере с центральным процессором Intel Core i7 3770 – 3.4 ГГц и объемом оперативной памяти 16 ГБ составило три часа. Время расчета этой же модели в программе Frost 3D Universal на графическом процессоре Nvidia Tesla K20c составило менее 6 минут.

 

Ниже представлены результаты моделирования распределения температуры в рассматриваемом участке для различных моментов времени.

 

Результаты моделирования распределения температуры в рассматриваемом участке через три месяца работы охлаждающих устройств

01.12.2014 – Распределение температуры через три месяца работы охлаждающих устройств

 

Результаты моделирования распределения температуры в рассматриваемом участке через 2 года работы охлаждающих устройств

01.09.2016 – Распределение температуры через два года работы охлаждающих устройств

 

Для лучшей наглядности результатов моделирования, рассмотрим распределение температуры на более детализированном участке моделируемой области. На рисунке ниже этот участок обозначен красным прямоугольником.

 

Схема участка расчётной области для анализа распределения тепловых полей и незамерзшей воды

Участок расчётной области для детального анализа распределения тепловых полей и незамерзшей воды

 

Схема распределения температуры через день с момента начала работы охлаждающих устройств

02.09.2014 – Распределение температуры через день работы охлаждающих устройств

 

Схема распределения температуры через 2 месяца с момента начала работы охлаждающих устройств

10.12.2014 – Распределение температуры через два месяца работы охлаждающих устройств

Схема распределения температуры в сечении XZ на 1 октября 2014 года

Схема распределения температуры в сечении XZ на 10 декабря 2014 года

Распределение температуры в сечении XZ на 01.10.2014

Распределение температуры в сечении XZ на 10.12.2014

 

 

Схема распределения температуры через 2 месяца с момента начала работы охлаждающих устройств

Схема распределения температуры в сечении YZ на 10 декабря 2014 года

Распределение температуры в YZ на 01.10.2014

Распределение температуры в сечении YZ на 10.12.2014

 

Более отчетливо фронт промерзания можно наблюдать по распределению количества замерзшей воды в порах грунта.

 

Схема распределения количества замерзшей воды в сечении XZ на 10 декабря 2014 года

Схема распределения количества замерзшей воды в сечении YZ на 10 декабря 2014 года

Распределение количества замерзшей воды в сечении XZ на 10.12.2014. Синим цветом обозначен грунт с незамерзшей влагой.

Распределение количества замерзшей воды в сечении YZ на 10.12.2014. Синим цветом обозначен грунт с незамерзшей влагой.

 

Распределение количества замерзшей воды на сечениях через полгода показывают полную проморозку грунта в местах нахождения охлаждающих устройств.

 

Дальнейшая работа охлаждающих устройств в режиме максимальной мощности больше не является необходимой, и охлаждающие элементы можно переключить в режим поддержания температуры.

 

Кроме этого, как показывают нижеприведенные распределения количества замерзшей воды еще через полгода работы, дальнейшая заморозка практически не повлияет на изменение положения фронта промерзания:

 

Схема распределения температуры через 2 года с момента начала работы охлаждающих устройств

31.08.2016 – Распределение температуры через 2 года работы охлаждающих устройств

 

Таким образом, современные компьютерные технологии позволяют прогнозировать распределение температур и количество незамерзшей влаги в грунте вокруг АЭС «Фукусима». Это позволит проверить правильность проектных решений при построении ледяной стены по периметру АЭС «Фукусима».

По материалам:

Фукусима 

14.07.2016, 1747 просмотров.


Нравится

ИННОВАЦИОННЫЙ КАНАЛ
30.04.2020 15:21:53

Пандемия метаболических болезней/ Пробелы нашего знания

Гиперурикемия – показатель нарушения биологических функций эндоэкологии и адаптации, биологических реакций экскреции, воспаления и артериального давления

пандемия, давления, показатель

26.03.2020 12:18:47

Про COVID-19 / Член-кор. РАН Сергей Нетесов

Добротное изложение фактов — что известно о вирусе, по состоянию на середину апреля 2020

История короновируса

26.03.2020 03:19:37

Доклад о вирусе COVID-19 / Происхождение и способы борьбы

Научный доклад о короновирусе. Докладчик — Щелканов Михаил Юрьевич, доктор биологических наук, профессор, заведующий лабораторией экологии микроорганизмов ШБМ ДВФУ,
заведующий лабораторией биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН. Обсуждается происхождение короновирусов и эффективность против них интерферонов бета и лямбда

COVID-19

18.03.2020 18:01:13

В чем смысл решительных действий властей с введением карантинов

Это нужно для того, чтобы выиграть время. Карантины и ограничения на перемещения населения состоит в желании «сгладить кривую», уменьшив скорость распространения коронавируса среди населения.

COVID19, польза, эпидемия

04.03.2020 23:31:39

Перспективы солнечных элементов

Про перспективы преобразования света в электричество и как повысить КПД солнечных элементов рассказывает профессор Университета имени Бен-Гуриона Евгений Кац

Кац, Профессор, перспективы

14.02.2020 17:15:47

России не хватает суперкомпьютеров?

Россия отстает от  США и Китая в сфере суперкомпьютеров более чем в 50 раз. Так ли это и зачем нужны России суперкомпьютеры в эпоху распределенных по всему миру вычислительных мощностей?

институт, технологии, Курчатовский

13.11.2019 14:21:42

Что определяет себестоимость российской нефти - налоги или субсидии?

Саудовцы оценили российскую нефть По версии Saudi Aramco, добывать в России дороже, чем на Ближнем Востоке и в Венесуэле

Россия, Цена, нефть

RSS
Архив "Лекции/Семинары"
Подписка на RSS
Реклама: Профессиональные врачи массажисты Москвы на Bodio.ru