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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
빠른 중성자에 원자로입니다. 발명과 생산의 역사
1954년 5월 모스크바 근교 오브닌스크 시에 건설된 세계 최초의 원자력 발전소(NPP)가 전기를 공급했습니다. 그 전력은 XNUMXMW로 매우 적습니다. 하지만 미래의 대형 원전 운영 경험이 쌓이는 실험시설의 역할을 했다. 수력에너지가 아닌 화석연료 연소가 아닌 우라늄 핵분열을 기반으로 전기에너지를 생산할 가능성이 처음으로 입증됐다.
원자력 발전소는 우라늄과 플루토늄과 같은 무거운 원소의 핵을 사용합니다. 핵분열 동안 에너지가 방출됩니다. 이는 원자력 발전소에서 "작동"합니다. 그러나 특정 질량을 가진 핵, 즉 동위 원소의 핵만 사용할 수 있습니다. 동위 원소의 원자핵은 동일한 수의 양성자와 다른 수의 중성자를 포함하므로 동일한 원소의 다른 동위 원소의 핵이 다른 질량을 갖습니다. 예를 들어, 우라늄에는 15개의 동위원소가 있지만 우라늄-235만이 핵반응에 관여합니다. 핵분열 반응은 다음과 같이 진행된다. 우라늄 핵은 자발적으로 여러 조각으로 분해됩니다. 그 중에는 고에너지 입자인 중성자가 있습니다. 평균적으로 10번 붕괴할 때마다 25개의 중성자가 있습니다. 그들은 인접한 원자의 핵을 쳐서 파괴하여 중성자와 엄청난 양의 열을 방출합니다. 우라늄 XNUMXg의 핵분열은 석탄 XNUMX톤을 태우는 것과 같은 열을 방출합니다. 핵연료가 있는 원자로 내부의 공간을 노심이라고 한다. 여기에서 우라늄의 원자핵이 분열하고 열에너지가 방출됩니다. 연쇄 반응에 수반되는 유해한 방사선으로부터 작업자를 보호하기 위해 반응기의 벽은 충분히 두껍게 만들어집니다. 핵 연쇄 반응의 속도는 중성자를 흡수하는 물질(대부분 붕소 또는 카드뮴)로 만들어진 제어 막대에 의해 제어됩니다. 막대가 코어로 더 깊숙이 내려갈수록 더 많은 중성자를 흡수할수록 반응에 관여하는 중성자가 적어지고 방출되는 열도 줄어듭니다. 반대로, 제어봉을 코어에서 들어올리면 반응에 관여하는 중성자의 수가 증가하고 우라늄 원자의 분열 수가 증가하여 그 안에 숨겨진 열에너지가 방출됩니다. 노심이 과열되면 원자로의 비상 정지가 제공됩니다. 비상봉은 빠르게 코어로 떨어지고 중성자를 강렬하게 흡수하며 연쇄 반응이 느려지거나 멈춥니다. 액체 또는 기체 냉각제를 사용하여 원자로에서 열을 제거하고 펌프에 의해 노심을 통해 펌핑됩니다. 열 운반체는 물, 금속 나트륨 또는 기체 물질일 수 있습니다. 그것은 핵연료에서 열을 빼앗아 열교환기로 전달합니다. 냉각수가 있는 이 폐쇄 시스템을 XNUMX차 회로라고 합니다. 열교환기에서 XNUMX차 회로의 열은 XNUMX차 회로의 물을 끓게 가열합니다. 생성된 증기는 터빈으로 보내지거나 산업 및 주거용 건물 난방에 사용됩니다.
체르노빌 원자력 발전소의 재앙이 있기 전에 소련 과학자들은 앞으로 몇 년 동안 원자력 산업에서 두 가지 주요 유형의 원자로가 널리 사용될 것이라고 자신 있게 말했습니다. 그 중 하나인 VVER는 수냉식 발전용 원자로이고 다른 하나인 RBMK는 고출력 원자로인 채널입니다. 두 유형 모두 느린(열) 중성자 원자로와 관련이 있습니다. 가압경수로에서 활성 구역은 직경 4m, 높이 15m의 거대한 강철 실린더 케이스로 둘러싸여 있으며 두꺼운 벽과 거대한 뚜껑이 있습니다. 케이스 내부의 압력은 160기압에 이릅니다. 반응 구역에서 열을 제거하는 열 운반체는 펌프에 의해 펌핑되는 물입니다. 같은 물은 중성자 조절제로도 작용합니다. 증기 발생기에서 XNUMX차 물을 가열하여 증기로 바꿉니다. 증기는 터빈에 들어가 회전합니다. 첫 번째와 두 번째 회로는 모두 닫혀 있습니다. XNUMX개월에 한 번, 다 타버린 핵연료는 새 것으로 교체하고 원자로를 정지하고 냉각해야 합니다. 러시아에서는 Novovoronezh, Kola 및 기타 원자력 발전소가이 계획에 따라 운영됩니다. RBMK에서 흑연은 감속재 역할을 하고 물은 냉각수 역할을 합니다. 터빈용 증기는 원자로에서 직접 생산되고 터빈에서 사용된 후 원자로로 되돌아갑니다. 원자로의 연료는 정지하거나 약화시키지 않고 점진적으로 교체할 수 있습니다. 세계 최초의 오브닌스크 원자력 발전소가 이 유형에 속합니다. 레닌 그라드, 체르노빌, 쿠르스크, 스몰 렌 스크 고출력 스테이션은 동일한 계획에 따라 건설되었습니다. 원자력 발전소의 심각한 문제 중 하나는 핵폐기물의 처리입니다. 예를 들어 프랑스에서는 Cogema라는 대기업이 이 작업을 수행합니다. 특수 운송 컨테이너(밀봉 및 냉각)에 세심한 주의를 기울여 우라늄과 플루토늄을 함유한 연료는 처리를 위해 보내지고 폐기물은 유리화 및 매장을 위해 보내집니다. I. Lagovsky는 Science and Life 저널에서 "우리는 원자력 발전소에서 가져온 연료를 처리하는 개별 단계를 가장 세심하게 보았습니다. "Unloaders, Unloading Chamber. 창을 통해 볼 수 있습니다. 두께 창 유리의 1미터 20센티미터 "창가의 조작자. 주변이 상상할 수 없을 정도로 깨끗합니다. 흰색 작업복. 부드러운 조명, 인공 야자수와 장미. 구역에서 일한 후 휴식을 취할 수 있는 실제 식물이 있는 온실. 제어 가능한 캐비닛 IAEA의 장비 - 국제 원자력 에너지 기구. 조작실 - 디스플레이가 있는 두 개의 반원 ", - 여기에서 하역, 절단, 용해, 유리화를 제어합니다. 모든 작업, 컨테이너의 모든 움직임은 디스플레이에 순차적으로 반영됩니다. 활동량이 많은 재료로 작업하는 홀 자체가 거리 반대편에 있는 꽤 멀리 떨어져 있습니다. 유리화 폐기물은 부피가 작습니다. 그들은 강철 용기에 담겨 최종 매장지로 옮겨질 때까지 통풍이 잘되는 샤프트에 보관됩니다 ... 컨테이너 자체는 파괴될 수 없는 것을 만드는 것이 목적인 엔지니어링 예술 작품입니다. 컨테이너가 실린 철도 플랫폼은 탈선하고 다가오는 열차에 의해 최고 속도로 부딪쳤으며 운송 중 상상할 수없고 상상할 수없는 사고가 준비되었습니다. 컨테이너는 모든 것을 견뎠습니다. 1986년 체르노빌 사고 이후 과학자들은 원자력 발전소, 특히 RBMK형 원자로의 안전성을 의심하기 시작했습니다. VVER 유형은 이와 관련하여 더 번영합니다. 1979년 미국 스테이션 Three Mile Island 사고에서 원자로 코어가 부분적으로 녹았고 방사능이 선박을 넘지 않았습니다. 일본 원자력 발전소의 오랜 문제 없는 운영은 VVER에 찬성합니다. 그럼에도 불구하고 과학자들에 따르면 인류에게 다음 천년 동안 열과 빛을 제공할 수 있는 방향이 하나 더 있습니다. 이것은 고속 중성자 원자로 또는 증식 원자로를 나타냅니다. 그들은 우라늄-238을 사용하지만 에너지가 아니라 연료로 사용합니다. 이 동위 원소는 빠른 중성자를 잘 흡수하고 다른 원소인 플루토늄-239로 변합니다. 고속 중성자 원자로는 매우 컴팩트합니다. 감속기나 흡수기가 필요하지 않습니다. 그 역할은 우라늄-238입니다. 그들은 브리더 반응기 또는 브리더 (영어 단어 "번식"- 증식)라고합니다. 핵연료의 재생산은 우라늄을 XNUMX배 더 완전하게 사용할 수 있게 해주므로 고속 중성자로는 원자력의 유망한 분야 중 하나로 간주됩니다. 이러한 유형의 원자로는 열 외에도 미래에 사용할 수 있는 XNUMX차 핵연료도 생산됩니다. 여기에서는 첫 번째 회로와 두 번째 회로 모두 고압이 없습니다. 냉각수는 액체 나트륨입니다. 그것은 XNUMX차 회로에서 순환하고, 스스로 가열하고, XNUMX차 회로에서 열을 나트륨으로 전달하고, 이는 차례로 증기-물 회로의 물을 가열하여 증기로 바꿉니다. 열교환기는 반응기에서 분리됩니다. 이 유망한 역 중 하나인 몬주라는 이름이 붙여진 이 역은 수도에서 서쪽으로 XNUMXkm 떨어진 휴양지인 동해 연안의 시라키 지역에 건설되었습니다. Kansai 원자력 공사 부서장인 K. Takenouchi는 "일본의 경우 증식로의 사용은 플루토늄의 반복 사용을 통해 수입 천연 우라늄에 대한 의존도를 줄이는 능력을 의미합니다. 따라서 개발 및 개발에 대한 우리의 열망은 "고속 원자로"를 개선하고 기술 수준을 달성하는 것은 이해할 수 있습니다. 효율성과 안전성 측면에서 현대 원자력 발전소와 경쟁할 수 있습니다. 증식로의 개발은 가까운 장래에 주요 발전 프로그램이 되어야 합니다." 몬주 원자로 건설은 이미 일본 고속중성자로 발전의 두 번째 단계다. 첫 번째는 50년에 가동을 시작한 100-1978MW Joyo(일본어 "영원한 빛") 실험 원자로의 설계 및 건설이었습니다. 그것은 연료, 새로운 구조 재료, 구성 요소의 거동을 조사했습니다. 몬주 프로젝트는 1968년에 시작되었습니다. 1985년 2월, 그들은 기초 구덩이를 파기 위해 역을 건설하기 시작했습니다. 부지를 개발하는 동안 300백만 714입방미터의 암석이 바다에 버려졌습니다. 원자로의 화력은 19MW입니다. 연료는 플루토늄과 우라늄 산화물의 혼합물입니다. 활성 구역에는 198개의 제어봉, 169개의 연료 블록이 있으며, 각 제어봉에는 직경 6,5밀리미터의 172개 연료봉(연료 요소 - TVEL)이 있습니다. 그들은 방사형 연료 생성 장치(316개)와 중성자 차폐 장치(XNUMX개)로 둘러싸여 있습니다. 원자로 전체가 중첩 인형처럼 조립되어 더 이상 분해가 불가능합니다. 스테인리스 스틸(직경 - 7,1m, 높이 - 17,8m)로 만들어진 거대한 원자로 용기는 사고 시 나트륨이 누출될 경우를 대비하여 보호용 케이싱에 배치됩니다. A. Lagovsky는 Science and Life 저널에서 "반응실의 강철 구조는 보호용 콘크리트로 채워져 있습니다. 원자로 용기와 함께 49,5차 나트륨 냉각 시스템은 원자로 용기로 둘러싸여 있습니다. 보강재가 있는 비상 쉘 - 내부 직경은 79,4, 높이 13,5m, 높이 1m입니다. 이 벌크의 타원형 바닥은 높이 1,8m의 단단한 콘크리트 패드에 있습니다. 쉘은 0,5미터의 환형 간격으로 둘러싸여 있으며, 그런 다음 철근 콘크리트의 두꺼운 층(XNUMX-XNUMX미터)을 따릅니다. 쉘의 돔도 XNUMX미터 두께의 철근 콘크리트 층으로 보호됩니다. 비상 방지 쉘 다음에 또 다른 보호 건물(보조 건물)이 배치되며 크기는 100 x 115미터로 내진 건축의 요구 사항을 충족합니다. 석관은 왜 안되나요? 보조 원자로 용기에는 XNUMX차 나트륨 냉각 시스템, 증기-물 시스템, 연료 적재 및 하역 장치, 사용후핵연료 저장 탱크가 있습니다. 별도의 방에는 터보 발전기와 대기 디젤 발전기가 있습니다. 비상 쉘의 강도는 0,5 기압의 과압과 0,05 기압의 진공 모두에 대해 설계되었습니다. 액체 나트륨이 엎질러지면 고리 모양의 틈에서 산소가 연소될 때 진공이 형성될 수 있습니다. 유출된 나트륨과 접촉할 수 있는 모든 콘크리트 표면은 열 응력을 견딜 수 있을 만큼 충분히 두꺼운 강판으로 완전히 둘러싸여 있습니다. 이것은 파이프라인과 원자력 시설의 다른 모든 부분에 대한 보증이 있어야 하기 때문에 전혀 발생하지 않는 경우에 자신을 보호하는 방법입니다. 저자: Musskiy S.A.
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