반응기 제어판. 원자로 제어반

2011년 가을, 공동 핵 연구 연구소(JINR, Dubna)에서는 계획된 폐쇄 이후 이미 현대화된 펄스 고속 중성자 원자로인 IBR-2M이 재가동되었습니다. 중성자 밀도가 높고 최대 5Hz 주파수의 짧은 펄스는 이 등급의 세계 최고의 설치와 동등합니다. 업데이트된 원자로는 물리학자, 생물학자, 새로운 물질과 나노물질 제작자를 위한 독특한 도구입니다.

IBR-2 원자로는 1984년에 가동을 시작했다. 2006년에는 어떠한 코멘트도 없이 중단되었습니다. 이것이 운영 규칙입니다. 프로젝트에서 지정한 특정 자원이 종료되면 장비 상태에 관계없이 원자로를 해체하거나 현대화해야 합니다. 이 경우, 노심 구조에 의해 축적된 연료 연소도와 중성자 플루언스는 설계 단계에서 원자로의 수석 설계자와 일반 설계자가 정당화한 한계에 도달했습니다.

원자로는 이름을 딴 전력 공학 연구 및 설계 연구소에서 설계되었습니다. N. A. Dollezhala(JSC NIKIET) 및 전문 디자인 연구소(GSPI). 전러시아 무기재료 연구소가 약 10년간 지속된 현대화 작업에 참여했습니다. A. A. Bochvara(FSUE VNIINM), Mayak Production Association 및 기타 원자력 산업 기업. 이제 원자로 장비는 IAEA 표준을 완전히 충족하는 새로운 러시아 표준에 따라 교체되었습니다. 2011년 10월 12일 14시 34분에 IBR-2M 원자로가 발사되어 정격 출력 2MW에 도달했습니다. 업데이트된 원자로는 2035년까지 운영될 예정이다. 전 세계 연구자들이 매년 최소 100건 이상의 과학 실험을 수행할 수 있을 것으로 예상됩니다.

펄스형 고속 중성자 원자로는 Dmitry Ivanovich Blokhintsev의 아이디어를 구현한 것입니다. 최초의 원자로인 IBR-1은 반세기 전에 발사되었으며 연구소에는 IBR-1, IBR-30 및 IBR-2의 세 가지 원자로가 있었습니다(2005년 "과학과 생명" 1호 참조). . 원자로는 중성자와 원자핵의 상호작용을 연구하기 위해 만들어졌습니다. 중성자 빔의 도움으로 새로운 핵 반응, 핵의 여기, 그 구조, 즉 다양한 물질의 특성을 연구하는 동시에 순전히 과학적인 문제뿐만 아니라 일부 응용 문제도 해결할 수 있습니다. .

"평화로운 원자의 탄생"(M.: Atomizdat, 1977)이라는 책에서 Academician D.I. Blokhintsev는 물리학 및 전력 공학 연구소의 직원이 펄스 원자로 이론 개발에 참여했다고 말했습니다. A. I. 레이푼스키(SSC RF-IPPE). 그들은 제어된 연쇄 반응이 짧은 펄스의 형태로 "점화"되거나 중성자가 방출되면서 작은 "핵 폭발"이 발생하는 저전력 장치를 고안했습니다. Blokhintsev는 고정자에 고정되어 있고 회전자에서 빠르게 회전하는 두 개의 활성 영역을 갖춘 원자로 설계를 제안했습니다. 로터가 고정자를 지나 미끄러지면 원자로는 초임계 상태가 되고, 잠시 동안 강력한 연쇄 반응이 발생하다가 로터가 제거되면 소멸됩니다. Dubna에서 "길들여진" 것은 바로 이 "소형 원자폭탄"이었습니다. 느린(열) 에너지부터 빠른(높은 에너지)까지 다양한 에너지의 중성자가 원자로에서 방출되며, 핵분열 과정 직후 짧은 펄스로 나타납니다. 원자로에서 목표물까지 이동하는 동안 펄스가 늘어나므로 빠른 중성자(먼저 도착)에 의해 발생하는 핵반응과 느린 중성자(나중에 도착)에 의해 발생하는 핵반응을 이해할 수 있습니다.

IBR-2가 종료된 후 중성자 물리학 연구소의 직원과 JINR의 다른 부서에서는 모든 중요한 구성 요소를 개발, 설계, 조립 및 디버깅하기 시작했습니다. 원자로 용기, 원자로 내부 및 원자로 근처 장치, 전원 공급 시스템, 제어 시스템 장비, 원자로 보호 및 기술 매개 변수 제어는 현대 요구 사항에 따라 새로 만들어졌습니다. 원자로 재건에는 약 1,100만 달러가 투자되었습니다.

2011년 6월 말 JINR에서 국가 수용 위원회는 전력 시동(중성자 방출 포함)을 위한 현대화된 IBR-2M 원자로 준비에 관한 법률에 서명했습니다. 구성 요소와 메커니즘을 확인하고 사용 라이센스를 발급했습니다.

원자로 현대화 이후 많은 변화가 있었습니다. 첫째, IBR-2M은 약 22리터의 부피를 가진 육각형 프리즘인 보다 컴팩트한 활성 영역을 가지고 있습니다. 이중 강철 껍질로 된 약 7m 높이의 원통형 케이스에 들어 있습니다. 코어 중앙의 펄스당 최대 중성자 자속 밀도는 초당 제곱센티미터당 10 17이라는 엄청난 값에 도달합니다. 핵을 떠나는 중성자의 흐름은 과학 실험을 위해 14개의 수평 빔으로 나누어집니다.

현대화된 IBR-2에서는 이산화플루토늄(PuO 2) 펠릿으로 만든 원자로 연료 요소의 연소 깊이가 1.5배 증가했습니다. 플루토늄은 연구용 원자로에서 핵연료의 기초로 사용되는 경우가 거의 없으며 일반적으로 우라늄 성분이 사용됩니다. IBR-2M은 우라늄에 비해 플루토늄의 상당한 이점을 사용합니다. 지연 중성자의 비율(중성자 소스 품질의 중요한 특성)은 우라늄보다 플루토늄의 경우 3배 적으므로 주 펄스 사이의 방사선 배경은 다음과 같습니다. 더 약해. 펄스당 중성자 밀도가 높고 노심의 장기간 작동(단기 펄스 작동 모드로 인해)을 통해 현대화된 IBR-2를 세계 최고의 중성자 소스 그룹 중 하나로 분류할 수 있습니다.

원자로는 소위 움직이는 반사경에 의해 제공되는 5헤르츠 주파수의 중성자 펄스를 생성합니다. 코어 근처에 장착된 이 복잡한 기계 시스템은 두 개의 거대한 로터로 구성됩니다. 이 장치는 니켈 함량이 높은 강철로 만들어졌으며 순수한 헬륨 가스로 채워진 케이스에서 서로 다른 속도로 반대 방향으로 회전합니다. 로터가 정렬되는 순간 원자로 노심의 물리적 중심에서 중성자 펄스가 발생합니다. 개선된 이동식 반사경의 메인로터 속도는 이전에 비해 2.5배 감소한 600rpm으로, 이로 인해 원자로의 작동 수명이 20,000시간에서 55,000시간으로 늘어났고, 지속 시간도 늘어났습니다. 중성자 펄스는 변하지 않았습니다.

원자로 냉각 시스템은 세 개의 회로로 구성됩니다. 첫 번째와 두 번째 회로는 전자기 펌프로 펌핑되는 액체 나트륨을 사용하고, 세 번째 회로는 공기를 사용합니다. 이 방식은 원자로의 안전을 보장합니다. 하나의 회로가 고장나면 비상 밸브에 의해 차단됩니다. 액체 나트륨을 사용하는 이유는 모든 회로에 물이 있어 중성자를 크게 느리게 만들고 중성자 방사선의 에너지가 감소하기 때문입니다. 첫 번째 회로에서는 파이프에 이중 보호 껍질이 있고 방사성 나트륨이 순환하고 두 번째에는 조사되지 않은 나트륨이 순환합니다. 비상 정전이 발생하는 경우 나트륨을 액체 형태(97.9°C 이상)로 보존하여 원자로 냉각이 가스 가열을 통해 안정적으로 보장됩니다.

Dubna는 실제로 국경이 잘 통제되는 섬입니다. 또한 JINR 자체는 보호 구역에서 작동하며 IBR-2M은 자체 내부 물리적 보호 경계를 가지고 있습니다. 보호된 "핵섬"의 개념은 외부 위협으로부터 원자로를 보호하기 위해 보장됩니다. 인력의 행동으로 인해 원자로 작동 중에 어떤 일이 발생하면 소위 완벽한 보호 기능이 작동합니다 ( 바보 방지 시스템) - 의식적으로든 무의식적으로든 누구도 그에게 해를 끼칠 수 없습니다. 예를 들어 갑자기 다음 중성자 펄스의 매개변수가 의도한 것과 다른 경우 운영자의 개입 없이 빠른 비상 보호가 작동합니다. 이러한 제어는 원자로 전체에서 발생하며 모든 보호 시스템은 예약 및 복제됩니다. 정전으로 인해 여러 차례 오경보가 발생했을 때 원자로를 폐쇄하고 사건을 분석했습니다. 안전을 위해 원자로는 세 가지 전원을 사용합니다. Tempy 전력점에서 110kV, Volga의 Ivankovskaya 수력 발전소에서 10kV, 연료가 포함된 백업 강력한 디젤 발전기의 고전압 라인을 통한 일반 전원 공급 장치입니다. 장기간 작동에 충분한 공급. 모든 원자로에서는 노심 냉각이 중단된 경우 일본 버전에 따른 사건의 전개를 피하기 위해 우선 사고 발생 시 노심의 안정적인 냉각을 보장해야 합니다. 부분 용융 및 핵분열 생성물이 환경으로 방출되면서 연료 요소가 감압됩니다. IBR-2M 원자로에서는 사고 가능성과 그 결과에 대한 부정적인 시나리오가 잘 고려되어 있었고 일본 비극 이후 계산을 수정할 필요가 없었습니다. 수많은 사상자를 낸 후쿠시마의 슬픈 사건은 이 원자력 발전소의 설계에 포함된 일부 안전 원칙이 얼마나 시대에 뒤떨어졌는지를 보여주었습니다. 요즘에는 원자력 발전소를 건설할 때 과거의 많은 사건을 고려하여 더욱 엄격한 안전 원칙이 규정됩니다. 예를 들어, 오늘날에는 지진이 심한 지역의 해안에 원자력 발전소를 설치하는 사람이 아무도 없습니다. JINR 원자로는 규모 7까지의 지진을 견딜 수 있지만 Dubna 지역에서는 규모 6의 지진이 발생할 확률이 천년에 한 번이고 규모 5의 지진이 발생할 확률은 천년에 한 번입니다. 백년.

JINR 원자로는 공유센터로 운영되고 있어 다른 기관의 연구자들도 그곳에서 실험을 진행할 수 있습니다. IBR-2M 원자로에서 작업하는 시간은 명확하게 분배됩니다. 내부 사용자는 시간의 35%를 받고, 다른 조직의 경우 55%는 일반 요청에, 10%는 긴급 요청에 할당됩니다. 신청서는 국제 전문가 위원회와 책임 있는 실험자에 의해 검토되며, 이들은 이러한 연구가 원자로에서 수행될 수 있는지에 대한 의견을 제시합니다. 실험에는 비용이 매우 많이 들기 때문에 시험은 일반적인 국제 관행입니다. 현대화된 원자로는 수년 동안 연구소 내에서 테스트되고 개선된 고유한 장비를 사용하여 기초 연구와 응용 연구 모두에 대한 풍부한 기회를 열어줍니다. 오늘날 그것은 원자로의 14개 채널 모두에 위치하고 있으며 중성자 스펙트럼을 변경할 수 있는 새로운 극저온 감속재를 만드는 작업이 진행 중입니다.

중성자 산란법을 사용하면 원자 및 초원자 수준에서 물질의 구조에 대한 정보를 얻고 그 특성과 구조를 결정할 수 있으며 이는 생물학적 물질에도 적용됩니다. 예를 들어 푸리에 회절계를 사용하면 물질의 구조, 단결정 및 다결정의 구조를 연구하고 복합재, 세라믹, 그래디언트 시스템 등 새로운 유형의 재료를 탐색할 수 있습니다. 결정 및 다상 시스템에서 발생하는 기계적 응력 및 변형. 중성자의 높은 침투 능력 덕분에 하중, 조사 또는 고압의 영향을 받는 벌크 재료 또는 제품의 응력에 대한 비파괴 테스트에 사용할 수 있습니다. 기존 방법으로는 수cm 두께의 막대 내부에 숨겨진 결함을 감지할 수 없습니다. 뉴트로그래피를 사용하면 전체 부피에 걸쳐 재료를 검사하고 작동 중 심각한 결함이 될 응력 지점을 찾을 수 있습니다. 지구물리학에서 중성자는 암석을 연구하는 데 사용되며, 그 안에 있는 결정의 방향에 따라 그곳에서 발생한 과정의 그림을 재구성하는 것이 가능합니다. 원자로는 이미 8km에서 10km로 솟아오른 콜라 초심유정의 암석 코어를 조사했습니다. 얻은 데이터를 통해 이 지역에서 발생한 구조 과정 모델을 검증하고 보완할 수 있었습니다.

IBR-2M에서는 통신 시스템과 에너지 부문에서 정보를 기록하고 저장하는 데 사용되는 복합 산화물 재료(엄청난 자기 저항, 초전도성, 자기 전기 효과)를 연구하고 구조적 수준에서 물리적 특성의 기초가 되는 메커니즘을 알아냅니다. 분광계 및 분극 전자가 있는 반사계를 사용하면 다층 구조를 포함한 체적 나노 구조를 연구할 수 있습니다. 콜로이드 용액; 강자성 액체; 표면의 구조와 최대 수천 마이크론 두께의 박막, 핵 및 자기 특성을 결정합니다. 방사선의 온화한 특성으로 인해 소각 중성자 산란 분광계는 폴리머, 용액 내 단백질, 미토콘드리아, 막과 같은 생물학적 물체를 나노미터 크기까지 연구할 수 있습니다. 다양한 요인의 영향으로 막의 구조, 두께, 물리적 특성, 투과성 및 이동성이 변경됩니다. 이러한 모든 변화는 중성자 산란 스펙트럼에 반영되며 다른 방법으로는 얻을 수 없는 생물학적 물체에 대한 정보를 생명 과정에서 제공합니다.

Fluence는 원자로의 전체 수명 동안 구조물의 특정 표면을 통과하는 중성자의 총 수입니다. 원자로에 사용되는 모든 재료에는 플루언스 한계가 있으며, 이를 초과하면 방사선 손상을 초래합니다.
푸리에 회절계(Fourier diffractometer)는 중성자가 시료를 통과한 후 회절 극대 분포를 먼저 구한 후, 푸리에 변환, 즉 주파수 확장을 이용하여 중성자의 스펙트럼 분포를 계산하는 광학 장치이다.

원자로 안정성

원자로 제어반

원자로 제어실

원자로는 주어진 시간에 반응도에 영향을 미치는 매개변수의 작은 변화에 대해 핵분열 과정이 안정적인 평형 상태를 유지하도록 설계되었습니다(중성자 곱셈 인자 참조). 예를 들어, 제어봉을 원자로에서 빼내면 중성자 증식 인자가 1보다 커집니다. 이는 다른 모든 매개변수가 변경되지 않은 상태에서 특징적인 중성자 주기 시간과 함께 핵 반응 속도가 기하급수적으로 증가합니다. 열 중성자로의 경우 τ = 10−3초, 고속 중성자로의 경우 τ = 10−8초입니다. 그러나 핵반응 속도가 증가함에 따라 원자로의 화력이 증가하고 그 결과 핵연료의 온도가 증가하여 중성자 포획 단면적이 감소하고 결과적으로 감소합니다. 핵반응 속도로. 따라서 핵반응 속도의 무작위 증가가 억제되고 제어봉의 움직임이나 다른 매개변수의 느린 변화로 인해 폭발이 발생하기보다는 원자로 출력의 준정적 변화가 발생합니다. . 설명된 패턴은 음의 반응성 전력 계수에 대한 물리적 이유 중 하나입니다.

원자로를 안전하게 제어하려면 모든 반응도 계수가 음수인 것이 필수적입니다. 하나 이상의 반응도 계수가 양수이면 원자로의 작동이 불안정해지고 이러한 불안정성의 발전 시간이 너무 짧아 원자로에 대한 활성 비상 보호 시스템이 작동할 시간이 없을 수 있습니다. 특히 분석 결과, RBMK 원자로의 양의 증기 반응도 계수가 체르노빌 사고의 원인 중 하나인 것으로 나타났습니다.

반응성 감소

일정 시간 동안 정상 상태에서 작동하는 원자로는 수학적 추상입니다. 실제로 원자로에서 일어나는 과정은 매질의 증식 특성을 저하시키며, 반응성을 회복하는 메커니즘이 없으면 원자로는 오랫동안 작동할 수 없습니다. 원자로에서 중성자의 순환에는 핵분열 과정이 포함됩니다. 각각의 핵분열 행위는 핵분열성 물질 원자의 손실을 의미하며, 따라서 k0의 감소를 의미합니다. 사실, 핵분열성 원자는 239Pu의 형성과 함께 238U 핵에 의한 과도한 중성자의 흡수로 인해 부분적으로 복원됩니다. 그러나 새로운 핵분열성 물질의 축적은 일반적으로 핵분열성 원자의 손실을 보상하지 못하고 반응성이 감소합니다. 또한, 각 핵분열 행위에는 두 개의 새로운 원자가 나타나는데, 그 핵은 다른 핵과 마찬가지로 중성자를 흡수합니다. 핵분열 생성물의 축적은 또한 반응성을 감소시킵니다(요오드 피트 참조). 반응도 감소는 원자로 온도의 준정적 감소로 보상됩니다(중성자 포획 단면적의 해당 증가는 반응도 감소를 보상하고 원자로를 임계 상태로 되돌립니다). 그러나 열기관의 효율은 궁극적으로 열원과 냉장고 사이의 온도 차이(환경)에 의해 결정되기 때문에 동력로의 코어는 가능한 가장 높은 (설계) 온도로 가열되어야 합니다. 따라서 반응성을 복원하고 설계 전력 및 노심 온도를 유지하려면 제어 시스템이 필요합니다.

제어 시스템

제어 시스템은 F-1 시설에서 처음 개발되어 적용되었습니다. 시스템 작성자는 E.N. Babulevich입니다.

원자로는 가동 초기에 반응도 예비력이 있어야만 주어진 전력으로 오랫동안 가동될 수 있습니다. 외부 열중성자 공급원을 갖춘 아임계 원자로는 예외입니다. 자연적인 이유로 감소하는 결합 반응도의 방출은 원자로 작동의 모든 순간에 원자로의 임계 상태를 유지하는 것을 보장합니다. 초기 반응도 예비력은 임계 크기를 훨씬 초과하는 크기의 노심을 구성하여 생성됩니다. 원자로가 초임계화되는 것을 방지하기 위해 육종배지의 k0를 동시에 인위적으로 감소시킵니다. 이는 중성자 흡수 물질을 코어에 도입함으로써 달성되며, 이후에 이를 코어에서 제거할 수 있습니다. 연쇄 반응 제어 요소와 마찬가지로 흡수성 물질은 코어의 해당 채널을 통해 이동하는 하나 또는 다른 단면의 막대 재료에 포함됩니다. 그러나 하나 또는 두 개 또는 여러 개의 막대로 조절하기에 충분하다면 초기 과잉 반응성을 보상하기 위해 막대의 수가 수백 개에 달할 수 있습니다. 이러한 막대를 보상 막대라고 합니다. 제어봉과 보상봉이 반드시 서로 다른 설계 요소를 나타내는 것은 아닙니다. 다수의 보상봉이 제어봉이 될 수 있지만 둘의 기능은 서로 다릅니다. 제어봉은 언제든지 위험 상태를 유지하고 원자로를 정지 및 시동하며 한 출력 수준에서 다른 출력 수준으로 전환하도록 설계되었습니다. 이러한 모든 작업에는 반응성에 작은 변화가 필요합니다. 보상봉은 원자로 노심에서 점차적으로 제거되어 전체 작동 기간 동안 임계 상태를 보장합니다.

때로는 제어봉이 흡수성 물질이 아닌 핵분열성 물질이나 산란 물질로 만들어지는 경우도 있습니다. 열 원자로에서는 주로 중성자 흡수체이며 효과적인 고속 중성자 흡수체는 없습니다. 카드뮴, 하프늄 등과 같은 흡수체는 첫 번째 공명이 열 영역에 가깝기 때문에 열 중성자만 강력하게 흡수하며, 후자 외부에서는 흡수 특성이 다른 물질과 다르지 않습니다. 예외는 l / v 법칙에 따라 표시된 물질보다 훨씬 더 천천히 에너지에 따라 중성자 흡수 단면적이 감소하는 붕소입니다. 따라서 붕소는 약하지만 다른 물질보다 빠른 중성자를 흡수합니다. 고속 중성자로의 흡수재는 가능한 경우 10B 동위원소가 풍부한 붕소만 사용할 수 있습니다. 붕소 외에도 핵분열성 물질은 고속 중성자로의 제어봉에도 사용됩니다. 핵분열성 물질로 만들어진 보상봉은 중성자 흡수봉과 동일한 기능을 수행합니다. 원자로의 반응성은 자연적으로 감소하는 반면 원자로의 반응성은 증가합니다. 그러나 이러한 막대는 흡수체와 달리 원자로 운전 초기에 노심 외부에 위치했다가 노심 내부로 유입된다. 고속 원자로에 사용되는 산란 물질은 니켈이며, 이는 다른 물질의 단면적보다 약간 큰 고속 중성자의 산란 단면적을 갖습니다. 산란 막대는 코어 주변을 따라 위치하며 해당 채널에 담그면 코어에서 중성자 누출이 감소하고 결과적으로 반응성이 증가합니다. 일부 특수한 경우, 연쇄 반응 제어의 목적은 중성자 반사판의 움직이는 부분에 의해 제공되며, 움직일 때 노심에서 중성자의 누출이 변경됩니다. 제어, 보상 및 비상봉은 정상적인 기능을 보장하는 모든 장비와 함께 원자로 제어 및 보호 시스템(CPS)을 구성합니다.

비상 보호

예상치 못한 연쇄 반응의 치명적인 발전 및 노심의 에너지 방출과 관련된 기타 비상 상황이 발생하는 경우 각 원자로에는 특수 비상봉을 떨어뜨려 연쇄 반응을 비상 종료하는 기능이 제공됩니다. 또는 안전 막대를 코어에 삽입합니다. 비상봉은 중성자 흡수 물질로 만들어졌습니다. 그들은 중력의 영향을 받아 흐름이 가장 큰 노심의 중앙 부분으로 배출되므로 막대에 의해 원자로로 유입되는 음의 반응성이 가장 큽니다. 안전봉은 제어봉과 마찬가지로 보통 2개 이상으로 구성되는데, 조절기와 달리 반응도를 최대한 많이 묶어야 한다. 일부 보상봉은 안전봉 역할도 할 수 있습니다.

NU18 - AKNP 장비(2세트)

NU19-NU24 - 보안 패널 1, 2, 3 시스템

NU25, NU26 - 터빈 유닛 계기판

NU27 - HPC 터빈

NU28 - 응축기, 순환 시스템, 이젝터

NU30 - 공급물 탈기기 장치

NU31 - 오일 펌프

NU32, NU33 - 발전기-변압기 장치 및 S.N.

NU34, NU35 - TPN 1번 및 2번

NU14a - PG 전원 공급 장치(RPK)

NU37, NU37a - 유지보수 터미널 패널

NU38, NU39 - 발전기 온도 제어 (A701-03)

NU40, NU41 - 유지보수 기록 패널

NU42 - 발전기 동기화 패널

NU43 - 비상 조명 패널

NU51 - FGU 장비 콘솔

NU52 - AKNP 장비 원격 제어

NU53 - SVRK 장비 원격 제어(키보드)

NU54 - UVS 키보드 원격 제어

NU55 - CPS 장비 콘솔

NU56 - UVS 키보드 원격 제어

NU57, NU58 - 흑백 디스플레이용 리모컨

NU59, NU59a - SVRK 디스플레이

NU60, NU61 - 컬러 디스플레이

NU62, NU63 - UVS 키보드 콘솔

NU64, NU66 - UVS 키보드 콘솔

NU65 - 터빈 및 연료 펌프 보호 장비용 제어판

NU67, NU68 - 흑백 UVS 디스플레이용 리모컨

NU69 - FGU 및 ASUT-1000 장비용 제어판

NU74, NU75 - ZNS 원격 제어. UVS 키보드

NU75a - ZNS 원격 제어. 흑백 UVS 디스플레이

NU76 - ZNS 원격 제어. UVS 컬러 디스플레이

HZ12-HZ15 - 화재 제어 패널

Zaporizhia NPP 전력 장치의 주 제어실의 일반적인 레이아웃은 그림 47에 나와 있습니다.

그림 47 - 제어실의 일반 레이아웃

왼쪽 콘솔에는 원자로 설치와 관련된 장비가 있습니다. 이러한 콘솔 뒤에는 원자로 발전소 운영자의 영구 작업 영역인 작업장이 제공됩니다.

오른쪽 콘솔에는 터빈실과 관련된 장비가 있고, 터빈실 운영자를 위한 작업 공간이 제공됩니다.

단위 교대 감독자의 작업장에는 RMOT NSB의 키보드와 디스플레이가 있습니다.

제어판에서 유지 관리 담당자에게 정보를 제공하는 주요 수단은 프로세서 모듈이 있는 캐비닛형 구조에 위치한 컬러 그래픽 디스플레이 RMOT-03입니다.

RMOT-03 기능 키보드는 운영자 콘솔에 있습니다. 또한 VIUR 작업장에는 SVRK 두 세트와 AKNP 디스플레이의 디스플레이와 키보드가 설치되어 있습니다.

원자로실 패널과 상부 엔진실 패널에는 운영자에게 정보를 제공하는 주요 방법을 예약하는 프로세스 경보 패널이 있습니다.

감지 블록의 움직임 표시기;

중성자 자속 밀도 측정 범위(DI, PD, ED)의 작동을 모니터링하기 위한 표시기

연료 재급유 중 DI의 중성자 자속 밀도를 모니터링하기 위한 표시기(SKP 깜박이 및 제어실)

레코더 RP-160 전력 및 중성자 플럭스 변화 기간.

그림 4.5- 패널 HY 17

AZ, PZ, URB 활성화 경보

CPS 전원 공급 제어 장치,

원자로 노심의 제어봉 위치 표시기,

고정 제거, AZ 전원 공급용 키

그림 66 - 제어판 제어판 HY-10의 일반 모습 - 1차 회로 구성 및 퍼지 시스템 -TK

VIUR 포스트는 제어실 왼쪽에 있습니다.

제어반에는 원자로 제어 및 보호 시스템(CPS), 원자로 중성자 자속 모니터링(NFC) 및 원자로 내 모니터링을 위한 장비가 포함되어 있습니다.

RO 장비에 가장 자주 사용되는 컨트롤은 VIUR 콘솔에 있습니다. RO 레귤레이터 및 기능 키보드 RMOT-03의 제어판 모양은 그림 48에 나와 있습니다.

RMOT - 운영자 기술자의 작업장;

그림 4.2 - VIUR 작업장의 일반적인 모습.

POM 운영 제어판;

원자로 노심의 제어봉 구동장치 배치에 대한 지도;

개별 및 그룹 모드의 CPS 드라이브용 제어 키입니다.

그림 43 - RMOT YA00M "첫 번째 회로"의 일부

ARM-5S 장치는 다음과 같은 작동 모드를 제공합니다.

중성자 전력의 정전기 유지 모드( "H" 모드);

제어봉 제어 장치에 영향을 주어 열 매개변수의 정적 유지 모드( "T" 모드);

절충 프로그램에 따라 열 매개변수를 유지하기 위한 모드( "K" 모드);

제어봉 제어봉에 영향을 주어 열 매개변수를 유지하는 가디언 모드( 모드 "C").

중성자 출력 RRN을 기반으로 한 원자로 출력 제어 채널은 원자로 제어 요소를 이동하여 지정된 값(모드 "N")의 ± 2%의 정적 정확도로 지정된 수준에서 원자로의 중성자 플럭스를 안정화하도록 설계되었습니다. 조절기가 이 모드에서 작동하면 터빈 앞의 증기 압력은 필요한 경우 터빈 제어 시스템을 사용하여 원격으로 또는 자동으로 유지됩니다.

열 기술 매개변수 RRT에 따른 원자로 출력 제어 채널은 다음과 같이 원자로 출력에 영향을 미쳐 ±0.5kgf/cm 2의 정적 정확도로 주어진 수준에서 열 기술 매개변수(터빈 앞의 증기 압력)를 안정화하도록 설계되었습니다. OR 이동 (모드 "T"). 터빈 앞 증기압력 변화의 주요 원인은 출력 변동이므로 이 조절기는 필요한 터빈 출력에 따라 원자로의 화력을 유지합니다.

장치가 작동 중일 때 모드 "C"지정된 값에 비해 압력 값이 증가하면 원자로 출력이 감소합니다. 모드 "C"에 대한 PPT 레귤레이터의 데드존은 +1 kgf/cm 2 입니다. 조정기가 이 모드에서 작동할 때 원자로 전력은 증가하지 않습니다. ARM-5S는 "T" 모드에서만 "C" 모드로 전환할 수 있습니다.

ARM-5S 장치가 작동 중일 때 모드 "K"특정 화력 Q 0 보다 작은 출력 수준에서는 주 증기 매니폴드의 압력이 일정하게 유지되고, Q 0 보다 큰 출력 수준에서는 원자로 냉각수의 온도가 일정하게 유지됩니다.

메모- ARM-5S 레귤레이터 설계시 설정값이 자동으로 변경되는 증기압력 안정화 모드 (모드 "K")현재는 사용하지 않습니다.

워크스테이션 잠금 장치

가스 처리 단지의 증기 압력이 1.5-2.0 kgf/cm 2 초과되면 "N" 모드에서 "T" 모드로 자동 전환됩니다.

N>Nset인 경우 "T" 모드에서 "H" 모드로 자동 전환됩니다.

PZ-1 신호가 나타나면 반응기의 자동 제어와 연결이 해제되고 "N" 모드로 전환됩니다. PZ-1 신호가 제거된 후 자동화된 작업장은 "N" 모드에서 원자로의 자동 제어에 연결됩니다.

VIUT 포스트는 제어실 오른쪽에 있습니다.

유지 관리 장비에 가장 자주 사용되는 컨트롤은 VIUT 콘솔에 있습니다. VIUT 워크스테이션 콘솔과 RMOT-03 비디오 터미널의 모양은 그림 49에 나와 있습니다.

그림 49 - 유지보수 조정기 및 비디오 단자 RMOT-03용 제어판

콘솔 앞에는 운영자가 기술 프로세스를 수행하는 데 필요한 기록 및 표시 장치가 있는 작동 패널과 해당 기술 장비에 대한 제어 장치가 있습니다.

그림 27 RMOT "R000M"의 단편 두 번째 회로

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원자로 제어 기능을 제공하기 위해 제어실에 위치한 운영자 콘솔과 패널에는 제어 장치(버튼, 키)와 신호 장치(디스플레이, 표시기, 신호 램프)가 포함되어 있습니다.
우선 비상보호와 관련된 장치, 즉 조작자가 비상보호를 작동시킬 수 있는 버튼(키)으로, 보통 종류별로 2개의 비상보호 버튼(키)이 설치되어 있어 한 개가 고장나도록 되어 있다. 키(버튼)로 인해 경보 신호가 발생하지 않았습니다. 또한 이러한 키와 버튼은 실수로 만져서 보호 기능이 잘못 활성화되는 것을 방지하기 위해 탈착식 덮개로 덮여 있습니다.
일반적으로 운전자 콘솔 바로 뒤에 설치되는 패널에는 비상 보호 활성화 및 비상 보호 활성화의 근본 원인을 나타내는 디스플레이가 있습니다. 원자로 집행 기관의 위치 표시도 같은 패널에 배치됩니다. 따라서 운영자는 원자로 실행 요소에 미치는 영향을 모니터링하여 비상 보호가 실행되는지 확인할 수 있습니다.
AZ 버튼(키)과 동일한 조작 콘솔 섹션에는 원자로 실행 기관의 제어 장치도 설치됩니다. 여기에는 조작자가 특정 액추에이터를 올바르게 선택했는지 확인하는 제어 키, 선택 버튼, 표시 램프 또는 LED가 포함됩니다.
NV NPP 측 VVER-1000V 원자로의 예를 사용하여 원자로 집행 기관의 제어가 어떻게 구성되어 있는지 생각해 보겠습니다.
이미 언급했듯이 이 원자로의 집행 기관은 보편적이며 여러 그룹으로 나뉩니다. 개별 드라이브는 운영자 콘솔에서 원격으로만 제어할 수 있습니다(개별 제어). 드라이브 수가 많기 때문에 (VVER-1000 원자로의 다양한 수정에서 49에서 109까지) 원자로 노심이 분할되는 좌표에 따라 제어를 위한 별도의 드라이브 선택이 수행됩니다. 그림 6.12). 각 x 좌표(16, 18, ..., 38, 40)와 y 좌표(01, 02, ..., 13, 14)는 x 및 y를 누르면 조작 패널에 설치된 자체 버튼에 해당합니다. 해당 드라이브의 제어 장치의 버튼은 모션 허용 명령을 받습니다. 이는 조작자 콘솔에 있는 원자로 노심 지도의 LED 조명을 통해 알 수 있습니다. 조작 패널에 있는 "리셋" 버튼을 눌러 조립된 드라이브 선택 회로를 비활성화할 수 있습니다.
그러나 집행부의 움직임을 시작하려면 동의 명령을 받는 것만으로는 충분하지 않습니다. 별도의 개별 제어 키를 통해 제공되는 "more" 또는 "less" 실행 명령을 제출해야 하며 운영자 콘솔에서도 사용할 수 있습니다. 운영자는 위치 표시기의 판독값을 기반으로 이 실행 기관이 움직이기 시작했다고 판단할 수 있습니다.
개별 관리를 위해 하나 이상의 집행 기관을 선택하면 그룹에서 제외됩니다. 개인 작업을 마친 후 그룹으로 돌아갑니다.
하나 또는 다른 그룹의 제어 선택은 그룹 수와 동일한 버튼으로 이루어집니다. 운영자는 리모콘에 설치된 제어 키를 사용하여 이러한 방식으로 선택한 그룹을 연결할 수 있습니다. 전력 조정기에서 제어합니다. 동시에 그룹 제어 키를 사용하여 선택한 다른 그룹을 수동으로 제어할 수 있습니다.
전력 조절기에서 작동할 때와 수동 그룹 제어를 사용할 때 모두 그룹이 LIP 또는 ERV(그림 6.1 참조)에 도달하면 다른 그룹이 자동으로 이동 그룹과 함께 이동하기 시작합니다. 위로 올라갈 때는 움직이는 그룹의 수보다 1 큰 숫자를 갖는 그룹이고, 아래로 움직일 때는 하나가 적은 그룹입니다. 그룹이 NKV 또는 VKV에 도달한 후 새 그룹으로 이동이 계속됩니다.
리액터에 VVER형 리액터와 같은 범용 액츄에이터가 있는 경우 제어 시스템은 제어 신호에 우선순위를 제공해야 하며 가장 높은 우선순위는 AZ 신호, 수동 제어 신호, 제어 시스템의 신호 순입니다. .
SRM 제어장치는 원자로 집행기관의 개별 및 그룹 제어장치 옆에도 배치된다. 이러한 장치의 도움으로 CRM은 한 모드 또는 다른 모드로 켜지고 원자로 제어 요소의 원격 제어에서 자동으로 전환되며 조정기의 올바른 작동과 서비스 가능성을 모니터링합니다. 조절기 제어 장치에는 "원격 자동" 키와 모드 선택 버튼이 포함되어 있습니다.
ARM5 레귤레이터의 예를 사용하여 이를 작동시키기 위한 운영자의 작업을 고려해 보겠습니다. 조절기를 켜기 전에 "원격 자동" 키가 "원격" 위치에 있습니다.
레귤레이터 패널에 있는 신호 램프를 통해 레귤레이터에 전원이 공급되는지 확인한 후(전원은 레귤레이터 전면 패널에 있는 스위치에 의해 공급됨) H 또는 T 모드 선택 버튼을 누릅니다.
C 또는 K 모드 선택은 T 버튼을 누른 후에만 수행됩니다. 세 채널 모두의 모드 선택을 위한 신호 램프가 켜지면 레귤레이터 작동 준비가 완료됩니다. 운전자는 키를 "원격 자동"으로 "자동" 위치로 이동할 수 있습니다. 레귤레이터는 키를 "자동" 위치로 돌리는 순간 미리 설정되는 매개변수의 현재 값을 모니터링하기 때문에 충격 없이 스위치가 켜집니다. 3개 채널의 "더 많은" 및 "더 적은" 신호 램프의 도움으로 운영자는 조정기의 3개 채널 각각의 서비스 가능성을 판단할 수 있습니다. 실제로 두 채널이 동일한 신호(예: "more" 및 세 번째 "less")를 제공하는 경우 이는 이를 의미합니다. 세 번째 채널에 결함이 있습니다.
전원 장치에 사용되는 조절기에 충격 방지 스위치가 없고 수동 다이얼이 장착된 경우 해당 조절기를 켜기 전에 작업자는 매개변수의 현재 값을 설정 값과 동일하게 한 다음 돌려야 합니다. 자동 모드로.

핵분열 연쇄반응은 항상 엄청난 에너지 방출을 동반합니다. 이 에너지의 실제적인 사용은 원자로의 주요 임무입니다.

원자로는 제어된 또는 제어된 핵분열 반응이 일어나는 장치입니다.

원자로는 작동 원리에 따라 열중성자로와 고속중성자로 두 그룹으로 나뉜다.

열중성자 원자로는 어떻게 작동하나요?

일반적인 원자로는 다음을 갖습니다.

핵심 및 중재자;
중성자 반사체;
냉각수;
연쇄 반응 제어 시스템, 비상 보호;
제어 및 방사선 방호 시스템;
원격 제어 시스템.

1 - 활성 영역; 2 - 반사경; 3 - 보호; 4 - 제어봉; 5 - 냉각수; 6 - 펌프; 7 - 열교환기; 8 - 터빈; 9 - 발전기; 10 - 커패시터.

핵심 및 중재자

제어된 핵분열 연쇄 반응이 일어나는 곳은 바로 핵심입니다.

대부분의 원자로는 우라늄-235의 중동위원소를 사용하여 작동합니다. 그러나 천연 우라늄 광석 샘플의 함량은 0.72%에 불과합니다. 이 농도는 연쇄 반응이 일어나기에는 충분하지 않습니다. 따라서 광석은 인공적으로 농축되어 이 동위원소의 함량을 3%로 높입니다.

정제 형태의 핵분열성 물질 또는 핵연료는 연료봉(연료 요소)이라고 불리는 밀봉된 막대에 배치됩니다. 그들은 가득 찬 전체 활성 영역에 침투합니다. 중재자중성자.

원자로에 중성자 감속재가 필요한 이유는 무엇입니까?

사실 우라늄-235 핵이 붕괴된 후에 태어난 중성자는 매우 빠른 속도를 가지고 있습니다. 다른 우라늄 핵에 의해 포획될 확률은 느린 중성자를 포획할 확률보다 수백 배 낮습니다. 그리고 속도가 줄어들지 않으면 시간이 지남에 따라 핵반응이 사라질 수 있습니다. 중재자는 중성자 속도를 줄이는 문제를 해결합니다. 물이나 흑연이 빠른 중성자의 경로에 놓이게 되면 인위적으로 속도가 줄어들어 원자가 포획하는 입자의 수가 늘어날 수 있습니다. 동시에 원자로의 연쇄반응에는 더 적은 양의 핵연료가 필요합니다.

속도 저하 과정의 결과로, 열중성자, 그 속도는 실온에서 가스 분자의 열 이동 속도와 거의 같습니다.

물, 중수(산화중수소 D 2 O), 베릴륨, 흑연은 원자로의 감속재로 사용됩니다. 하지만 최고의 중재자는 중수 D2O입니다.

중성자 반사경

중성자가 환경으로 누출되는 것을 방지하기 위해 원자로의 노심은 다음과 같은 물질로 둘러싸여 있습니다. 중성자 반사경. 반사경에 사용되는 재료는 중재자에서와 동일한 경우가 많습니다.

냉각수

핵반응 중에 방출되는 열은 냉각수를 사용하여 제거됩니다. 이전에 다양한 불순물과 가스로부터 정제된 일반 천연수는 원자로의 냉각수로 사용되는 경우가 많습니다. 그러나 물은 이미 100 ℃의 온도와 1 atm의 압력에서 끓기 때문에 끓는점을 높이기 위해 1 차 냉각수 회로의 압력이 증가합니다. 원자로 노심을 순환하는 1차 순환수는 연료봉을 세척하면서 320℃까지 가열된다. 이후 열교환기 내부에서 2차 순환수에 열을 발산한다. 교환은 열교환 튜브를 통해 이루어지므로 2차 순환수와 접촉이 없습니다. 이는 방사성 물질이 열 교환기의 두 번째 회로로 들어가는 것을 방지합니다.

그리고 화력 발전소 에서처럼 모든 일이 일어납니다. 두 번째 순환로의 물은 증기로 변합니다. 증기는 전류를 생산하는 발전기를 구동하는 터빈을 회전시킵니다.

중수로에서 냉각재는 중수 D2O이고, 액체 금속 냉각재를 사용하는 원자로에서는 용융 금속입니다.

연쇄반응 제어 시스템

원자로의 현재 상태는 다음과 같은 양으로 특징 지어집니다. 반동.

ρ = ( k -1)/ 케이 ,

k = 아니 나 / 아니 난 -1 ,

어디 케이 – 중성자 증식 인자,

아니 나는 - 핵분열 반응에서 차세대 중성자의 수,

아니 난 -1 , - 동일한 반응에서 이전 세대의 중성자 수.

만약에 k ˃ 1 , 연쇄 반응이 커지면 시스템이 호출됩니다. 초임계와이. 만약에 케이< 1 , 연쇄 반응이 사라지고 시스템이 호출됩니다. 아임계. ~에 k = 1 원자로가있다 안정적인 임계 조건, 핵분열성 핵의 수는 변하지 않기 때문입니다. 이 상태에서 반응성 ρ = 0 .

원자로의 임계 상태(원자로에서 필요한 중성자 증식 인자)는 다음과 같이 이동하여 유지됩니다. 제어봉. 그것들이 만들어지는 재료에는 중성자 흡수 물질이 포함되어 있습니다. 이 막대를 코어 안으로 확장하거나 밀어 넣으면 핵분열 반응 속도가 제어됩니다.

제어 시스템은 원자로의 시동, 예정된 정지, 전력 운전 및 원자로의 비상 보호 중에 원자로를 제어합니다. 이는 제어봉의 위치를 변경하여 달성됩니다.

원자로 매개변수(온도, 압력, 출력 상승률, 연료 소비 등) 중 하나라도 표준에서 벗어나 사고로 이어질 수 있는 경우, 특별 비상봉핵반응은 빠르게 중단됩니다.

반응기 매개변수가 표준을 준수하는지 확인하세요. 제어 및 방사선 방호 시스템.

방사성 방사선으로부터 환경을 보호하기 위해 원자로는 두꺼운 콘크리트 껍질에 배치됩니다.

원격 제어 시스템

원자로 상태(냉각수 온도, 원자로 각 부분의 방사선 수준 등)에 대한 모든 신호는 원자로 제어반으로 전송되어 컴퓨터 시스템에서 처리됩니다. 운영자는 특정 편차를 제거하는 데 필요한 모든 정보와 권장 사항을 받습니다.

고속로

이 유형의 원자로와 열 중성자 원자로의 차이점은 우라늄-235 붕괴 후 발생하는 빠른 중성자가 느려지지 않고 우라늄-238에 흡수되어 이후 플루토늄-239로 변환된다는 점입니다. 따라서 고속 중성자로는 무기급 플루토늄-239와 열 에너지를 생산하는 데 사용되며, 원자력 발전소 발전기는 이를 전기 에너지로 변환합니다.

이러한 원자로의 핵연료는 우라늄-238이고 원료는 우라늄-235입니다.

천연 우라늄 광석에서는 99.2745%가 우라늄-238입니다. 열중성자는 흡수되면 핵분열을 일으키지 않고 우라늄-239의 동위원소가 됩니다.

β 붕괴 후 얼마 후에 우라늄-239는 넵투늄-239 핵으로 변합니다.

23992U → 23993Np + 0 -1e

두 번째 β-붕괴 후에 핵분열성 플루토늄-239가 형성됩니다.

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

그리고 마지막으로 플루토늄-239 핵의 알파 붕괴 후에 우라늄-235가 얻어집니다.

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

원자로 노심에는 원자재(농축 우라늄-235)가 담긴 연료봉이 위치합니다. 이 구역은 연료(고갈 우라늄-238)가 들어 있는 연료봉으로 구성된 번식 구역으로 둘러싸여 있습니다. 우라늄-235가 붕괴된 후 핵에서 방출된 고속 중성자는 우라늄-238 핵에 포획됩니다. 그 결과 플루토늄-239가 생성된다. 따라서 고속 중성자로에서 새로운 핵연료가 생산됩니다.

액체 금속 또는 그 혼합물은 고속 중성자 원자로의 냉각제로 사용됩니다.