RBMK - RBMK

RBMK reaktör sınıfı
Arasında görüntüle Smolensk Nükleer Santrali üç operasyonel RBMK-1000 reaktörlerinin ile sitede. Dördüncü reaktör tamamlanmadan iptal edildi.
Nesil	2. nesil reaktör
reaktör konsepti	Grafit kontrollü hafif su soğutmalı reaktör
reaktör hattı	RBMK (Reaktor Bolşoy Moshchnosti Kanalniy)
reaktör türleri	RBMK-1000 RBMK-1500 RBMKP-2400
Durum	26 blok : 9 operasyonel 1 yok edildi 9 iptal 8 hizmet dışı bırakıldı 3 küçük EGP-6 grafit moderatörlü BWR çalışır durumda (Aralık 2018 itibariyle)
Reaktör çekirdeğinin ana parametreleri
Yakıt ( bölünebilir malzeme )	235 U ( NU / SEU / LEU )
yakıt durumu	Sağlam
nötron enerji spektrumu	termal
Birincil kontrol yöntemi	Kontrol çubukları
Birincil moderatör	Grafit
Birincil soğutucu	Sıvı ( hafif su )
reaktör kullanımı
Birincil kullanım	Elektrik üretimi ve silah sınıfı plütonyum üretimi
Güç (termal)	RBMK-1000: 3.200 MW th RBMK-1500: 4.800 MW th RBMKP-2400: 6.500 MW th
Güç (elektrik)	RBMK-1000: 1.000 MW e RBMK-1500: 1.500 MW e RBMKP-2400: 2.400 MW e

RBMK ( Rusça : реактор большой мощности канальный , РБМК; reaktor Bolshoy moshchnosti kanalnyy , "yüksek güçlü kanal tipi bir reaktör") bir sınıf grafit yönetilir nükleer reaktör ile tasarlanıp inşa Sovyetler Birliği . Bu isim , çekirdeğin tamamını çevreleyen büyük bir çelik basınçlı kap yerine , çekirdeğin beton bir tonoz içindeki silindirik halka şeklinde bir çelik tankla çevrelendiği ve her bir yakıt tertibatının 8 cm çapında ayrı bir boruya (ad olarak adlandırılan) kapatıldığı sıra dışı tasarımına atıfta bulunur. soğutma suyunun yakıtın etrafından akmasına izin veren grafitle (sırasıyla tankla çevrili olan) çevrelenmiş bir "kanal").

RBMK, erken bir 2. Nesil reaktördür ve halen geniş çapta çalışan en eski ticari reaktör tasarımıdır. Bozunma ısısının aktif olarak uzaklaştırılması , pozitif boşluk katsayısı özellikleri, kontrol çubuklarının 4,5 m (14 ft 9 inç) grafit yer değiştirme uçları ve düşük güç seviyelerinde kararsızlık gibi orijinal RBMK reaktör tasarımının belirli yönleri , 1986 Çernobil felaketi , bir RBMK'nin kontrolsüz bir nükleer zincirleme reaksiyonu deneyimlediği , bir buhar ve hidrojen patlamasına, büyük bir yangına ve ardından çekirdek erimesine neden oldu . Avrupa'nın büyük bir bölümünde radyoaktivite yayıldı. Felaket, dünya çapında reaktörlerin tamamen devre dışı bırakılması çağrılarına yol açtı; bununla birlikte, Rusya'da güç için RBMK tesislerine hala önemli ölçüde güven vardır. RBMK-1000 reaktörlerinin tasarımındaki kusurların çoğu Çernobil kazasından sonra düzeltildi ve bir düzine reaktör otuz yılı aşkın bir süredir herhangi bir ciddi olay olmadan çalışıyor. Çernobil felaketinden sonra yapım aşamasında olan dokuz RBMK bloğu iptal edilirken ve Çernobil Nükleer Santrali'nde kalan üç RBMK bloğunun sonuncusu 2000 yılında kapatılırken, 2019 itibariyle hala 9 RBMK reaktörü ve üç küçük EGP-6 grafiti yönetiliyordu. Rusya'da faaliyet gösteren hafif su reaktörleri , tümü bir dizi güvenlik güncellemesi ile güçlendirildi. 1986'dan sonra sadece iki RBMK bloğu başlatıldı: Ignalina-2 ve Smolensk-3 .

Tarih

RBMK, Sovyet nükleer güç programının, grafit kontrollü plütonyum üretim askeri reaktörlerine dayalı, çift kullanım potansiyeline sahip, su soğutmalı bir güç reaktörü üretmeye yönelik doruk noktasıydı . Bunlardan ilki, Obninsk-01:00 ( "Атом Мирный", Atom Mirny "için Rusça, Barış için Atom ") 5 oluşturulan  MW 30 MW termal gücünden elektrik ve verilen Obninsk 1959. Daha sonraki prototip kadar 1954 den edildiAMB-100 reaktörü veHer ikisi de Beloyarsk Nükleer Santrali'nde AMB-200 reaktörü .

Soğutma için normal (hafif) su ve ılımlılık için grafit kullanan minimalist bir tasarım kullanarak , yakıt için doğal uranyumu kullanmak mümkün oldu (çok daha pahalı zenginleştirilmiş uranyum yerine ). Bu, aynı zamanda çok sayıda inşa edilecek kadar ucuz ve yerel personel tarafından bakımı ve işletilmesi için yeterince basit olan olağanüstü büyük ve güçlü bir reaktöre izin verdi. Örneğin, Litvanya'daki Ignalina Nükleer Santrali'ndeki RBMK reaktörlerinin her biri 1500 MWe olarak derecelendirildi, o zamanlar ve hatta 21. yüzyılın başları için çok büyük bir boyut.

RBMK-1000'in tasarımı 1968'de tamamlandı. O zamanlar , güç çıkışı ve fiziksel boyut açısından batılı tasarımları ve VVER'i (önceki bir Sovyet PWR reaktör tasarımı) geride bırakarak, dünyanın en büyük nükleer reaktör tasarımıydı, hacimce 20 kat daha büyüktü. çağdaş batı reaktörleri. CANDU reaktörlerine benzer şekilde, VVER reaktörlerinde kullanılanlar gibi büyük ve kalın duvarlı reaktör basınçlı kaplar üretmek için gereken ağır sanayi olmadan da üretilebilir , böylece RBMK reaktör bileşenlerini üretebilen fabrikaların sayısı artar. RBMK'nın hiçbir prototipi yapılmadı; doğrudan seri üretime alındı.

RBMK, muhtemelen benzersiz tasarımı, büyük boyutu ve güç çıkışı nedeniyle milliyetçilik nedeniyle ve özellikle VVER'in Sovyetler Birliği'ndeki muhalifleri tarafından Amerikan reaktörü olarak adlandırılmasından dolayı Sovyetler Birliği'nin ulusal reaktörü olarak ilan edildi. batı PWR reaktörlerine daha çok benzer. RBMK tasarımı için çok gizli bir buluş patenti , reaktörün tasarımı için şahsen kredi alan Kurchatov Atom Enerjisi Enstitüsü'nden Anatoly Aleksandrov tarafından Sovyet patent ofisine sunuldu. Bir muhafaza binasının çok büyük olması ve dolayısıyla RBMK'nin büyük boyutu nedeniyle pahalı olması (her birimin maliyetini iki katına çıkarması) gerekeceğinden, başlangıçta tasarımdan çıkarılmıştı. Tasarımcıları tarafından, RBMK'nın her yakıt tertibatını kendi kanalında akan soğutma suyuyla bulundurma stratejisinin, muhafaza için kabul edilebilir bir alternatif olduğu tartışıldı.

RBMK esas olarak 1964'ten 1966'ya kadar sırasıyla Anatoly Aleksandrov ve Nikolai Dollezhal başkanlığındaki Kurchatov Atom Enerjisi Enstitüsü ve NIKIET'te  [ ru ] tasarlandı. RBMK, üretim kolaylığı nedeniyle Sovyetler Birliği tarafından VVER'e tercih edildi ( büyük ve kalın duvarlı bir reaktör basınçlı kap ve nispeten karmaşık ilişkili buhar jeneratörlerinin olmaması) ve Sovyet hükümetinin merkezi ekonomik planlama hedeflerini kolayca karşılamasını sağlayacak büyük güç çıkışı nedeniyle . Güvenliğe çok önem verilmedi. Orijinal RBMK tasarımındaki kusurlar, ilk birimler inşa edilmeden önce Kurchatov Enstitüsü'nün içindekiler de dahil olmak üzere başkaları tarafından fark edildi, ancak Leningrad'da bulunan ilk RBMK birimlerinin inşası için siparişler 1966'da Sovyet tarafından zaten verilmişti. Hükümetin endişeleri Sovyetler Birliği Komünist Partisi Merkez Komitesine ve Sovyet Bakanlar Konseyi'ne ulaşana kadar . Bu, RBMK'nın ani bir revizyonuna yol açarken, doğal uranyumdan daha sonra Leningrad'da bulunacak olan %1.8'lik düşük zenginleştirilmiş uranyuma geçiş gibi ikinci amacı olan plütonyum yapma amacını büyük ölçüde ortadan kaldırdı. zenginleştirme yüzdesi arttıkça reaktörün çevrim içi yakıt ikmali kapasitesini korurken. Bir RBMK'de plütonyum üretimi, reaktörün özel termal parametreler altında çalıştırılmasıyla da gerçekleştirilebilirdi. Bu, 1968'de tamamlanan tasarımdı. Bu ani yeniden tasarım, yıllar sonra keşfedilmeyen kusurları çözmedi. Leningrad Nükleer Santrali'nde bulunan ilk RBMK'nın inşaatı 1970 yılında başladı. Leningrad 1. ünite 1973'te açıldı.

Leningrad'da, pozitif boşluk katsayısı nedeniyle RBMK'nin, uranyum yakıtı tüketildiğinde veya yakıldığında kontrol edilmesinin zorlaştığı ve bakım için üç yıl sonra kapatıldığında tahmin edilemez hale geldiği keşfedildi. Bu, RBMK'yı kontrol etmeyi çok zahmetli, zihinsel ve fiziksel olarak zorlayıcı bir görev haline getirdi ve her dakika, günün her saatinde düzinelerce parametrenin zamanında ayarlanmasını, kontrol çubukları için kullanılanlar gibi anahtarların sürekli olarak aşınmasını ve operatörlerin terletmesine neden oldu. Bu sorunları hafifletmek için zenginleştirme yüzdesi böylece %2,0'a yükseltildi. Sovyetler Birliği'ndeki bazıları tarafından Çernobil 1 biriminin hizmete alınmasından kısa bir süre sonra RBMK'nin zaten eski olduğu düşünülüyordu . Aleksandrov ve Dollezhal, RBMK'daki sorunları daha fazla araştırmadılar ve hatta derinlemesine anlamadılar ve boşluk katsayısı kılavuzlarda analiz edilmedi. reaktör için. Çernobil 1. ünitedeki mühendisler, besleme suyunun olmamasına karşı koruma eksikliği gibi RBMK'nın kusurlarının çoğuna çözümler üretmek zorunda kaldı. Leningrad ve Çernobil 1 birimlerinin her ikisi de (elektrik santrallerindeki diğer nükleer kazaların yanı sıra) devlet sırrı olarak görülen ve bu nedenle aynı santrallerdeki diğer işçiler tarafından bile bilinmeyen kısmi erimelere sahipti.

1980 yılına gelindiğinde, NIKIET gizli bir çalışmayı tamamladıktan sonra, normal çalışma sırasında bile RBMK ile kazaların meydana gelebileceğini fark etti, ancak RBMK'nın kusurlarını düzeltmek için herhangi bir işlem yapılmadı. Bunun yerine, yakından takip edildiği sürece güvenli çalışmayı sağlamak için yeterli olduğuna inanılan kılavuzlar revize edildi. Bununla birlikte, kılavuzlar belirsizdi ve Sovyet enerji santrali personeli, parti yetkililerine karşı sorumlu olmak için ve yetersiz veya arızalı ekipmanla birlikte sürekli artan üretim kotaları nedeniyle kurallara uymama alışkanlığına sahipti. Örneğin, kontrol çubuklarının Operasyonel Reaktivite Marjını (ORM) sınırladığı veya kalan kontrol çubuklarının etkisini sınırladığı için, bir kazayı önlemek için bir dizi kontrol çubuğunun her zaman reaktörde kalması gerektiği açıklığa kavuşturulmamıştır. çekirdekte reaktörün reaktivitesi vardır. Çernobil felaketinden sonra RBMK kontrol odalarına bir ORM grafik kaydedici ve ekran eklendi.

Orta ömür yenilemesinden sonra, birimlerin çoğu için 45 yıllık bir kullanım ömrü öngörülmektedir.

Reaktör tasarımı ve performansı

Reaktör kabı, moderatör ve koruyucu

Bir RBMK'nin şematik diyagramı

Bir RBMK reaktör çekirdeğinin düzeninin şematik yandan görünüşü

RBMK reaktörünün reaktör salonu ve boru sistemleri.

Reaktör çukuru veya kasası, güçlendirilmiş betondan yapılmıştır ve 21.6 x 21.6 x 25.5 metre (71 ft × 71 ft × 84 ft) boyutlarına sahiptir. Reaktörün dairesel, bir iç ve dış silindirik duvardan yapılmış kabını ve kabın çevrelediği boşluğu kapatmadan, iç ve dış duvarlar arasındaki boşluğu kapatan üst ve alt metal plakaları barındırır. Reaktör kabı, iç çapı ve yüksekliği 14.52 x 9.75 metre (47.6 ft × 32.0 ft) ve duvar kalınlığı 16 mm (0.63 inç) olan, içi boş duvarlı ve nitrojen gazı ile basınçlandırılmış dairesel bir çelik silindirdir. Eksenel ısıl genleşme yüklerini absorbe etmek için iç ve dış duvarlar arasındaki boşluklarda üstte ve altta olmak üzere iki adet körüklü kompansatör ile donatılmıştır . Kap, moderatör görevi gören grafit çekirdek blok yığınını çevreler. Grafit yığını, grafit için inert bir atmosfer sağlamak, olası yangınları önlemek ve grafitten soğutucu kanallarına aşırı ısı transferi için bir helyum-azot karışımı içinde tutulur .

Moderatör blokları , kanallara dik düzlemde boyutları 25 x 25 santimetre (9.8 inç × 9.8 inç) olan ve 20 santimetre (7.9 inç) ile 60 santimetre (24 inç) arasında birkaç uzunlamasına boyuta sahip nükleer grafitten yapılmıştır. ) yığındaki konuma bağlı olarak. Yakıt ve kontrol kanalları için blokların uzunlamasına ekseni boyunca 11,4 cm (4,5 inç) çapında delikler vardır. Bloklar, reaktör kabı tarafından 14 x 8 metre (46 ft x 26 ft) çap ve yüksekliğe sahip silindirik bir çekirdeğe çevrili olarak istiflenir. Grafitin izin verilen maksimum sıcaklığı 730 °C'ye (1,350 °F) kadardır.

Reaktör, 11,8 metre çapında ve 7 yüksekliğinde bir aktif çekirdek bölgesine sahiptir. Bir RBMK-1000 reaktöründe 1700 ton grafit blok bulunmaktadır. Kaptaki basınçlı nitrojen, grafit yığınını soğutmak için kullanılan helyum-azot karışımının kaçmasını engeller.

Reaktör kabının dış tarafında entegre bir silindirik dairesel su deposu, 3 cm (1,2 inç) kalınlığında duvarlara sahip kaynaklı bir yapı, 16,6 m (54 ft 6 inç) iç çap ve 19 m (62 ft) dış çap bulunur. 4 inç), dahili olarak 16 dikey bölmeye bölünmüştür. Su, bölmelere alttan verilir ve üstten çıkarılır; su, acil durum reaktör soğutması için kullanılabilir. Tank, su sıcaklığını algılamak için termokupllar ve reaktör gücünü izlemek için iyon odaları içerir . Tankın dış tarafı ile çukurun iç tarafı arasında dairesel bir kum tabakası ile birlikte tank ve reaktör çukurunun nispeten kalın betonu, yan biyolojik kalkanlar olarak hizmet eder.

RBMK-1500 de Reaktör salonu Ignalina Nükleer Santrali , Litvanya - Üst biyolojik kalkan (UBS) reaktör salonun tabanının altında birkaç metre yatıyor. Reaktörün yakıt kanallarında kanal kapağı yoktur; kontrol çubuğu tahrikleri renkli kapakların altındadır.

Yakıt kanalı kapaklı RBMK reaktörü

Reaktörün üstü, "Şema E", Pyatachok veya patlamadan sonra (Çernobil Reaktör 4'ün) Elena olarak da adlandırılan üst biyolojik kalkan (UBS) ile kaplıdır . UBS, 3 m × 17 m (9.8 ft × 55.8 ft) boyutunda ve 2000 ton ağırlığında silindirik bir disktir. Yakıt ve kontrol kanalı tertibatları için dikme boruları tarafından delinir . Üst ve alt kısım 4 cm (1,57 inç) kalınlığında çelik levhalarla kaplanmış, helyum geçirmez olacak şekilde kaynaklanmış ve ayrıca yapısal desteklerle birleştirilmiştir. Plakalar ve borular arasındaki boşluk , önemli miktarda bağlı su içeren bir kaya olan serpantinit ile doldurulur . Serpantinit biyolojik kalkanın radyasyon kalkanını sağlar ve özel beton karışımı olarak uygulanmıştır. Disk, güçlendirilmiş silindirik su deposunun üst tarafında bulunan 16 silindir üzerinde desteklenir. UBS'nin yapısı, yakıt ve kontrol kanallarını, merkezi salonda reaktörün üstündeki zemini ve buhar-su borularını destekler.

Reaktör çekirdeğinin alt kısmının altında, UBS'ye benzer, ancak boyutu yalnızca 2 m × 14,5 m (6,6 ft × 47,6 ft) olan alt biyolojik kalkan (LBS) bulunur. Basınç kanallarının alt uçları için borular tarafından delinir ve grafit yığınının ve soğutucu giriş borularının ağırlığını taşır. LBS'nin merkezinin altında dik açıyla kesişen ve LBS'ye kaynaklanmış iki ağır levhadan oluşan bir çelik yapı, LBS'yi destekler ve mekanik yükü binaya aktarır.

UBS'nin üzerinde, üst kanal boruları ve enstrümantasyon ve kontrol (I&C) veya kontrol ve izleme kablolarının bulunduğu bir boşluk vardır ve bunun üzerinde üst kalkan kapağı veya kanal kapakları bulunur; üst yüzeyleri reaktör salonunun tabanının bir parçasını oluşturur. Biyolojik kalkanın bir parçası olarak ve reaktör boşluğunun ısı yalıtımı için hizmet eder. Kanalların üst kısımlarında bulunan ayrı ayrı çıkarılabilir çelik grafit tapaları örten bloklardan oluşurlar. Reaktördeki yakıt kanallarının her bir kapağını veya tapasını örten üst kalkan kapağında 350 kg paslanmaz çelik kaplı serpantinit beton bloklar kullanılırken, aynı zamanda reaktör salonunun tabanının bir parçasını oluşturarak ızgara desenli bir daireye benzeyen bir şey oluşturur. . Reaktörün üzerindeki zemin bu nedenle RBMK fabrika çalışanları tarafından pyatachok olarak bilinir . Fiş başına bir kapak (kapak/blok) ve kanal başına bir fiş vardır. Kapaklar, üst boruların ve I&C kablolarının üzerinde bulunan bir plaka üzerine oturur. Fişler bu plakadan çıkıntı yapar.

Yakıt kanalları

Yakıt kanalları , grafit moderatör bloklarının merkezindeki kanallar boyunca yönlendirilen, 4 mm (0,16 inç) kalınlığında duvarlara sahip, iç çapta 8 cm (3,1 inç) kaynaklı zirkalo basınç tüplerinden oluşur . Boruların üst ve alt kısımları paslanmaz çelikten imal edilmiştir ve zirkonyum-çelik alaşımlı kaplinlerle merkezi zirkaloy segmenti ile birleştirilmiştir. Basınç tüpü, iki alternatif 20 mm (0,79 inç) yüksek bölünmüş grafit halka tipiyle grafit yığın kanallarında tutulur; biri tüple doğrudan temas halindedir ve grafit yığınına 1,5 mm (0,059 inç) açıklığa sahiptir, diğeri ise grafit yığınına doğrudan temas eder ve boruya 1,3 mm (0,051 inç) açıklığa sahiptir; bu düzenek, nötron kaynaklı şişme , blokların termal genleşmesi ve diğer faktörlerin neden olduğu mekanik yüklerin basınç tüpüne transferini azaltırken, grafit bloklardan ısı transferini kolaylaştırır. Basınç tüpleri, reaktör kabının üst ve alt plakalarına kaynaklanır.

Fisyon işleminden elde edilen ısı enerjisinin çoğu yakıt çubuklarında üretilirken, fisyondan oluşan hızlı nötronları yumuşattıkları için yaklaşık %5.5'i grafit bloklarda biriktirilir . Grafitin aşırı ısınmasını önlemek için bu enerji uzaklaştırılmalıdır. Grafitte biriken enerjinin yaklaşık %80-85'i, grafit halkalar yoluyla iletim kullanılarak yakıt çubuğu soğutma sıvısı kanalları tarafından uzaklaştırılır. Grafit ısısının geri kalanı, gaz devresi boyunca cebri gaz sirkülasyonu ile kontrol çubuğu kanallarından uzaklaştırılır.

Birinci nesil RBMK reaktör çekirdeklerinde 1693 yakıt kanalı ve 170 kontrol çubuğu kanalı bulunmaktadır. İkinci nesil reaktör çekirdekleri (Kursk ve Chernobyl 3/4 gibi) 1661 yakıt kanalına ve 211 kontrol çubuğu kanalına sahiptir.

Yakıt grubu, bir conta tapası ile bir braket üzerinde yakıt kanalında asılıdır. Conta tapası, uzaktan kumandalı çevrimiçi yakıt ikmali makinesi tarafından çıkarılmasını ve takılmasını kolaylaştırmak için basit bir tasarıma sahiptir .

Yakıt kanalları, yakıt yerine sabit nötron emiciler içerebilir veya tamamen soğutma suyu ile doldurulabilir. Ayrıca, yarı iletkenler için doping amacıyla bir yakıt tertibatı yerine silikonla doldurulmuş tüpler içerebilirler . Bu kanallar, bloke edilecek ve silikon için atomik sembolle değiştirilecek olan karşılık gelen servo okuyucuları tarafından tanımlanabilir.

Basınç kanalı ve grafit blok arasındaki küçük boşluk, grafit çekirdeği hasara açık hale getirir. Bir basınç kanalı, örneğin çok yüksek bir iç basınç nedeniyle deforme olursa, deformasyon grafit bloklar üzerinde önemli basınç yüklerine neden olabilir ve hasara yol açabilir.

Yakıt

RBMK reaktör yakıt çubuğu tutucusu 1 – mesafeli armatür; 2 – yakıt çubukları kabuğu; 3 – yakıt tabletleri.

RBMK reaktör yakıt çubuğu tutucu Uranyum yakıt peletleri, yakıt tüpleri, mesafeli armatür, grafit tuğlalar.

Yakıt peletleri uranyum dioksit tozundan yapılır, uygun bir bağlayıcı ile sinterlenerek 11,5 mm (0,45 inç) çapında ve 15 mm (0,59 inç) uzunluğunda peletlere dönüştürülür. Malzeme, yeni ve kısmen kullanılmış yakıt düzeneği arasındaki reaktivite farklılıklarını azaltmak için yanabilir nükleer zehir olarak ilave öropyum oksit içerebilir . Termal genleşme sorunlarını ve kaplama ile etkileşimi azaltmak için peletler yarı küresel girintilere sahiptir. Pelet ekseni boyunca 2 mm'lik (0.079 inç) bir delik, peletin merkezindeki sıcaklığı düşürmeye hizmet eder ve gaz halindeki fisyon ürünlerinin çıkarılmasını kolaylaştırır. Zenginleştirme seviyesi % 2 (düzeneklerinin sonuna pelet% 0.4) 'dir. Yakıt peletinin izin verilen maksimum sıcaklığı 2.100 °C'dir (3.810 °F).

Yakıt çubukları, dış çapta 13,6 mm (0,54 inç) ve 0,825 mm (0,0325 inç) kalınlığında zirkaloy (%1 niyobyum ) tüplerdir. Çubuklar 0,5 MPa'da helyum ile doldurulur ve hava geçirmez şekilde kapatılır. Tutma halkaları, peletleri tüpün ortasına yerleştirmeye yardımcı olur ve peletten tüpe ısı transferini kolaylaştırır. Peletler bir yay tarafından eksenel olarak yerinde tutulur . Her çubuk 3,5 kg (7,7 lb) yakıt peleti içerir. Yakıt çubukları 3.64 m (11 ft 11 inç) uzunluğundadır ve bunun 3.4 m'si (11 ft 2 inç) aktif uzunluktur. Bir yakıt çubuğunun izin verilen maksimum sıcaklığı 600 °C'dir (1,112 °F).

Yakıt tertibatları, 18 yakıt çubuğu ve 1 taşıyıcı çubuk içeren iki takımdan ("alt donanımlar") oluşur. Yakıt çubukları, 1,3 cm'lik (0,5 inç) bir dış çapa sahip olan merkezi taşıyıcı çubuk boyunca düzenlenmiştir. Bir yakıt tertibatının tüm çubukları, 360 mm (14,2 inç) mesafeyle ayrılmış 10 paslanmaz çelik ara parçası ile yerinde tutulur. İki alt grup, düzeneğin merkezinde bir silindir ile birleştirilir; reaktörün çalışması sırasında, yakıtsız bu ölü boşluk, reaktörün merkezi düzlemindeki nötron akışını düşürür. Yakıt düzeneğindeki toplam uranyum kütlesi 114,7 kg'dır (253 lb). Yakıt tüketimi 20 MW·d/kg'dır. Yakıt tertibatının toplam uzunluğu, aktif bölgenin 6.862 m'si (22 ft 6.2 inç) ile 10.025 m'dir (32 ft 10,7 inç).

Normal yakıt düzeneklerine ek olarak, merkezi taşıyıcıda nötron akı dedektörleri içeren enstrümanlı olanlar da vardır. Bu durumda çubuk, 2.5 mm (0.098 inç) et kalınlığına sahip bir boru ile değiştirilir; ve 15 mm (0,6 inç) dış çap.

Dikdörtgen PWR/BWR yakıt tertibatlarının veya altıgen VVER yakıt tertibatlarının aksine, RBMK yakıt tertibatı yuvarlak basınç kanallarına uyacak şekilde silindiriktir.

Yakıt ikmali makinesi, bir portal vincine monte edilmiş ve uzaktan kontrol edilmiştir. Yakıt düzenekleri, reaktör kapatılmadan değiştirilebilir; bu, silah sınıfı plütonyum üretimi ve sivil bir bağlamda, daha iyi reaktör çalışma süresi için önemli bir faktördür . Bir yakıt tertibatının değiştirilmesi gerektiğinde, makine yakıt kanalının üzerine yerleştirilir: daha sonra ikincisiyle eşleşir, içindeki basıncı eşitler, çubuğu çeker ve yeni bir tane yerleştirir. Harcanan çubuk daha sonra bir soğutma havuzuna yerleştirilir. Nominal güç seviyesinde reaktörlü yakıt ikmali makinesinin kapasitesi, günde beş maksimum kapasite ile günde iki yakıt grubudur.

Sabit koşullarda toplam yakıt miktarı 192 tondur. RBMK çekirdeği, en azından kısmen kanallar ve dolayısıyla yakıt tertibatları arasındaki 25 cm boşluk nedeniyle nispeten düşük bir güç yoğunluğuna sahiptir.

Kontrol çubukları

Çekirdek yerleşiminin şematik plan görünümü, Çernobil RBMK 4 No'lu reaktör (parantez içindeki her çubuk tipinin miktarı):
  başlangıç ​​nötron kaynakları (12)
  kontrol çubukları (167)
  reaktörün altından kısa kontrol çubukları (32)
  otomatik kontrol çubukları (12)
 yakıt çubuklu basınç tüpleri (1661)
Görüntüdeki sayılar, reaktör patlamadan 78 saniye önce 01:22:30am'da ilgili kontrol çubuklarının konumunu (santimetre olarak sokma derinliği) gösterir.

Reaktör kontrol çubuklarının çoğu yukarıdan yerleştirilir; 24 kısaltılmış çubuk alttan yerleştirilir ve çekirdeğin eksenel güç dağıtım kontrolünü artırmak için kullanılır. 12 otomatik çubuk haricinde, kontrol çubuklarının ucunda 4,5 m (14 ft 9 inç) uzunluğunda bir grafit bölümü vardır ve bunlar arasında su dolu bir boşluk oluşturan 1,25 m (4 ft 1 inç) uzunluğunda bir teleskop bulunur. grafit ve soğurucu) ve bir bor karbür nötron soğurucu bölümü. "Yer değiştirici" olarak bilinen grafit bölümünün rolü, bor karbürden çok daha zayıf olmasına rağmen, grafit aksi takdirde bir nötron soğurucu olarak hareket edecek suyun yerini aldığından, sokulan ve geri çekilen çubukların nötron akı zayıflama seviyeleri arasındaki farkı arttırmaktır. ; grafitle doldurulmuş bir kontrol çubuğu kanalı, suyla doldurulduğundan daha az nötron soğurur, bu nedenle sokulan ve geri çekilen kontrol çubuğu arasındaki fark artar. Kontrol çubuğu tamamen geri çekildiğinde, grafit yer değiştirici, her bir ucunda 1,25 m su ile çekirdek yüksekliğinin ortasına yerleştirilir. Çubuk aşağı hareket ettikçe çekirdeğin 1.25 m'lik alt kısmındaki suyun yer değiştirmesi, kontrol çubuğunun grafit kısmı bu bölümden geçerken çekirdeğin tabanında yerel bir reaktivite artışına neden olur. Bu "olumlu saldırı" etkisi 1983 yılında Ignalina Nükleer Santrali'nde keşfedildi . Kontrol çubuğu kanalları bağımsız bir su devresi tarafından soğutulur ve 40–70 °C'de (104–158 °F) tutulur. Çubuk ve kanalı arasındaki dar boşluk, çubukların hareketi sırasında çubukların etrafındaki su akışını engeller ve yavaş yerleştirme sürelerinin (reaktör kontrol ve koruma sistemi çubukları için nominal olarak 18-21 saniye) birincil nedeni olan bir sıvı damperi görevi görür. veya yaklaşık 0.4 m/s). Çernobil felaketinden sonra, diğer RBMK reaktörlerindeki kontrol çubuğu servoları, daha hızlı çubuk hareketlerine izin vermek için değiştirildi ve kontrol çubuğu kanallarının bir iç ceket ile Zirkaloy tüpü arasında ince bir su tabakası ile soğutulmasıyla daha da hızlı hareket sağlandı. çubukların kendilerinin gaz içinde hareket etmesine izin verirken kanal.

Kontrol çubuklarının manuel ve acil koruma grupları arasında bölünmesi keyfiydi; çubuklar, teknik veya organizasyonel problemler olmadan reaktörün çalışması sırasında bir sistemden diğerine yeniden atanabilir.

Taze yakıtla yüklendiğinde çekirdeğe ek statik bor bazlı emiciler eklenir. İlk maça yüklemesi sırasında yaklaşık 240 emici eklenir. Bu emiciler, artan yanma ile kademeli olarak uzaklaştırılır. Reaktörün boşluk katsayısı çekirdek içeriğine bağlıdır; tüm ilk emiciler ile negatiften, hepsi kaldırıldığında pozitife kadar değişir.

Normal reaktivite marjı 43-48 kontrol çubuğudur.

gaz devresi

Reaktör bir faaliyet helyum - azot atmosferi (% 70-90 O 10-30 N% ₂ hacim ile). Gaz devresi bir kompresör , aerosol ve iyot filtreleri, karbon dioksit , karbon monoksit ve amonyak için adsorbe edici , gaz halindeki radyoaktif ürünlerin deşarj edilmeden önce bozunmasına izin veren bir tutma tankı, katı bozunma ürünlerini gidermek için bir aerosol filtresi ve bir vantilatör yığını, Kursk ve Çernobil 3/4 gibi ikinci nesil RBMK'lerde reaktörler arasındaki boşluğun üzerinde veya Kursk ve Çernobil 1/2 gibi birinci nesil RBMK'lerde reaktörlerden biraz uzakta bulunan ikonik baca. Gaz, çekirdek yığına alttan düşük bir akış hızıyla enjekte edilir ve her bir kanalın dikey borusundan ayrı bir boru aracılığıyla çıkar. Çıkış gazının nemi ve sıcaklığı izlenir; bunların artması, soğutucu sızıntısının bir göstergesidir. Tek bir gaz devresi, iki RBMK-1000 reaktörüne veya tek bir RBMK-1500'e hizmet eder; RBMK reaktörleri her zaman çiftler halinde inşa edildi. Gaz devresi, Chernobyl 3/4, Kursk 3/4 ve Smolensk 1-4 gibi ikinci nesil RBMK'lerde iki reaktör arasında yer almaktadır.

Soğutma ve buhar devreleri

Bir RBMK enerji santralinin soğutma sistemi ve turbo jeneratörlerinin şematik görünümü.

Buhar ayırıcılarını (kırmızı), Pompaları (sarı) ve boru ağını gösteren RBMK sirkülasyon sistemi.

Reaktör, her biri dört ana sirkülasyon pompasına (üç çalışan, bir yedek) sahip iki bağımsız soğutma devresine sahiptir. Soğutma suyu, alt su hatları vasıtasıyla reaktöre, besleme suyunun kaynadığı çekirdekten her biri 38-41 basınç kanalı besleyen 22 grup dağıtım başlığına bölünmüş ortak bir basınç başlığına (her soğutma devresi için bir tane) beslenir. Buhar ve su karışımı, reaktör tepesinden buhar ayırıcılara kadar her bir basınç kanalı için bir tane olmak üzere üst buhar hatları tarafından yönlendirilir, reaktör tepesinin üzerindeki yan bölmelerde bulunan kalın yatay tambur çiftleri; her biri 2,8 m (9 ft 2 inç) çapa, 31 m (101 ft 8 inç) uzunluğa, 10 cm (3,9 inç) duvar kalınlığına ve 240  t (260 kısa ton ) ağırlığa sahiptir . Buhar kalitesi yaklaşık %15 olan buhar , separatör başına iki buhar toplayıcı tarafından separatörlerin tepesinden alınır, birleştirilir ve türbin salonunda iki turbojeneratöre , ardından kondansatörlere yönlendirilir , tekrar 165 °C'ye (329 °F) ısıtılır ) ve pompalanan kondensat pompaları için hava giderici gaz fazının ve korozyona neden olan gazlar kalıntıları çıkarılır. Ortaya çıkan besleme suyu , besleme suyu pompaları ile buhar separatörlerine yönlendirilir ve çıkışlarında bunlardan su ile karıştırılır. Besleme suyu, buhar separatörlerinin alt kısmından (her separatörden) 12 iniş borusu ile ana sirkülasyon pompalarının emme kollektörlerine ve tekrar reaktöre yönlendirilir. Besleme suyundan yabancı maddeleri çıkarmak için döngüye dahil edilmiş bir iyon değişim sistemi vardır .

Türbin, bir yüksek basınçlı rotor (silindir) ve dört düşük basınçlı rotordan oluşur. Beş adet düşük basınçlı ayırıcı-ön ısıtıcı, türbinin bir sonraki aşamasına beslenmeden önce buharı taze buharla ısıtmak için kullanılır. Yoğuşturulmamış buhar bir kondansatöre beslenir, ayırıcılardan gelen yoğuşma ile karıştırılır, birinci aşama yoğuşma pompası tarafından bir kimyasal (iyon değiştirici) arıtıcıya, daha sonra ikinci aşama bir yoğuşma pompası ile çözünmüş ve sürüklenen gazların bulunduğu dört hava gidericiye beslenir. Kaldırıldı; hava gidericiler ayrıca besleme suyu için depolama tankları olarak da hizmet eder. Hava gidericilerden su, filtrelerden geçirilerek buhar ayırıcı tamburların alt kısımlarına pompalanır.

Ana sirkülasyon pompaları 5,500-12,000 m kapasitesine sahip ³ / h ve 6 kV tarafından desteklenmektedir elektrik motorları . Normal soğutucu akış 8000 m ³ pompa başına / saat; Bu 6000-7000 m kontrol vanaları ile aşağı bastırma ³ reaktör gücü 500 MWt altında olduğunda / h. Her pompanın bir akış kontrol valfi ve çıkışta bir geri akış önleyici çek valf ve hem giriş hem de çıkışta kapatma valfleri vardır . Çekirdekteki basınç kanallarının her biri, reaktör çekirdeğindeki sıcaklık dağılımının optimize edilebilmesi için kendi akış kontrol valfine sahiptir . Her kanalda top tipi debimetre bulunmaktadır .

Reaktör boyunca, nominal soğutucu madde akımı 46,000-48,000 m ³ / sa. Tam güçte buhar akışı 5.440–5.600 t (6.000–6.170 kısa ton)/saat'tir.

Reaktörün girişindeki soğutma suyunun nominal sıcaklığı yaklaşık 265–270 °C (509–518 °F) ve çıkış sıcaklığı 284 °C (543 °F), tambur ayırıcı ve reaktördeki basınçta 6,9 megapaskal (69 bar; 1.000 psi). Basınç ve giriş sıcaklığı, reaktörde kaynamanın başladığı yüksekliği belirler; soğutma sıvısı sıcaklığı sistem basıncında kaynama noktasının yeterince altında değilse, kaynama reaktörün üst kısımları yerine en alt kısmında başlar. Reaktör çekirdeğinde, örneğin Çernobil kazası sırasında olduğu gibi birkaç emici ile, reaktörün pozitif boşluk katsayısı , reaktörü besleme suyu sıcaklığına çok duyarlı hale getirir. Kaynar su kabarcıkları, artan güce yol açar ve bu da kabarcık oluşumunu artırır. 1986'dan sonra, yakıt düzeneğine, uranyum yakıtının daha yüksek zenginleştirme gereksinimleri pahasına kalıcı olarak negatif bir boşluk katsayısı sağlayan emiciler eklendi.

Soğutucu sıcaklığı kaynama noktasına çok yakınsa , pompalarda kavitasyon meydana gelebilir ve bunların çalışması düzensizleşebilir, hatta tamamen durabilir. Besleme suyu sıcaklığı, buhar üretimine bağlıdır; buhar fazı kısmı türbinlere ve kondansatörlere yönlendirilir ve doğrudan buhar ayırıcıdan (284 °C) dönen sudan önemli ölçüde daha soğuk (155–165 °C (311–329 °F)) geri döner. Bu nedenle, düşük reaktör gücünde giriş sıcaklığı tehlikeli derecede yüksek olabilir. Filmin kaynamasını ve buna bağlı olarak ısı transfer hızındaki düşüşü önlemek için su doyma sıcaklığının altında tutulur .

Buhar ayırıcılarda yüksek veya düşük su seviyesi olması durumunda reaktör tetiklenir (iki seçilebilir düşük seviye eşiği ile); yüksek buhar basıncı; düşük besleme suyu akışı; her iki tarafta iki ana soğutma sıvısı pompasının kaybı. Bu geziler manuel olarak devre dışı bırakılabilir.

Buhar ayırıcılardaki su seviyesi, reaktör basınç tüplerindeki buhar yüzdesi, suyun reaktör çekirdeğinde kaynamaya başladığı seviye, reaktördeki nötron akışı ve güç dağılımı ve çekirdekten besleme suyunun akışı dikkatli bir şekilde kontrol edilmelidir. Buhar ayırıcıdaki su seviyesi esas olarak besleme suyu kaynağı tarafından kontrol edilir ve hava alma tankları bir su deposu görevi görür.

Reaktörün ve soğutucunun izin verilen maksimum ısınma hızı 10 °C (18 °F)/saattir; maksimum soğuma hızı 30 °C (54 °F)/saattir.

ECCS

Reaktör, özel su rezerv tankı, hidrolik akümülatörler ve pompalardan oluşan bir acil durum çekirdek soğutma sistemi (ECCS) ile donatılmıştır. ECCS boruları, normal reaktör soğutma sistemi ile entegredir. Toplam güç kaybı durumunda, ECCS pompalarının, dizel jeneratörlerin devreye girmesinden önceki süre için turbo jeneratör rotorunun dönme momentumu ile çalıştırılması gerekir . Çernobil felaketi bu sistemin bir beceriksiz test sırasında meydana geldi. ECCS, soğutucu sistem başlıklarına bağlı üç sisteme sahiptir. Hasar durumunda, ilk ECCS alt sistemi, soğutma sıvısı devresinin hasarlı yarısına 100 saniyeye kadar soğutma sağlar (diğer yarısı ana sirkülasyon pompaları tarafından soğutulur) ve diğer iki alt sistem daha sonra uzun süreli soğutmayı gerçekleştirir. reaktör.

Kısa vadeli ECCS alt sistemi, 10 megapaskal (1,500 psi) basınç altında nitrojenle örtülü su içeren ve hızlı etkili valflerle reaktöre bağlanan altı akümülatör tankından oluşan iki gruptan oluşur. Her grup, reaktörün hasarlı yarısına maksimum soğutucu akışının %50'sini sağlayabilir. Üçüncü grup, hava gidericilerden su çeken bir dizi elektrikli pompadır. Kısa süreli pompalar, ana turbo jeneratörlerin devrilmesiyle çalıştırılabilir.

ECCS, hasarlı devrenin uzun süreli soğutulması için basınç bastırma havuzlarından su çeken üç çift elektrikli pompadan oluşur; su, emiş hatlarındaki eşanjörler vasıtasıyla tesis servis suyu ile soğutulur. Her çift maksimum soğutma sıvısı akışının yarısını sağlayabilir. Sağlam devrenin uzun süreli soğutulması için ECCS, her biri maksimum akışın yarısını sağlayabilen kondensat depolama tanklarından su çeken üç ayrı pompadan oluşur. ECCS pompaları, dizel jeneratörler tarafından desteklenen temel dahili 6 kV hatlardan güç alır. Kesintisiz güç gerektiren bazı vanalar da pillerle desteklenmektedir.

Reaktör kontrol/denetim sistemleri

Kursk Nükleer Santrali'nde birinci nesil RBMK'nin kontrol odası

İkinci nesil bir RBMK olan Çernobil Ünite 3'ün kontrol odası. Her kanal veya çekirdek harita için büyük bir dairesel mimik ekran solda

Reaktördeki güç yoğunluğunun dağılımı , çekirdeğin içinde ve dışında bulunan iyonizasyon odaları ile ölçülür . Fiziksel güç yoğunluğu dağıtım kontrol sistemi (PPDDCS), çekirdeğin içinde sensörlere sahiptir; reaktör kontrol ve koruma sistemi (RCPS), çekirdekteki ve yan biyolojik kalkan tankındaki sensörleri kullanır. Tanktaki harici sensörler, reaktör orta düzleminin etrafına yerleştirilmiştir, bu nedenle eksenel güç dağılımını veya çekirdeğin orta kısmındaki güç hakkında bilgi göstermez. Kendinden güç sağlayan dedektörler kullanan 100'ün üzerinde radyal ve 12 eksenel güç dağıtım monitörü vardır. Reaktör başlatmanın izlenmesi için reaktivite ölçerler ve çıkarılabilir başlatma odaları kullanılır. Toplam reaktör gücü, yanal iyonizasyon odalarının akımlarının toplamı olarak kaydedilir. Kanallarda dolaşan gazın nemi ve sıcaklığı, basınçlı tüp bütünlük izleme sistemi ile izlenir.

PPDDCS ve RCPS'nin birbirini tamamlaması beklenir. RCPS sistemi 211 hareketli kontrol çubuğundan oluşur. Bununla birlikte, her iki sistemin de, en belirgin şekilde düşük reaktör güç seviyelerinde eksiklikleri vardır. PPDDCS, reaktör güç yoğunluğu dağılımını nominal seviyelerin %10 ila %120'si arasında tutmak ve toplam reaktör gücünü nominal seviyelerin %5 ila %120'si arasında kontrol etmek için tasarlanmıştır. LAC-LAP (yerel otomatik kontrol ve yerel otomatik koruma) RPCS alt sistemleri, reaktör içindeki iyonizasyon odalarına dayanır ve %10'un üzerindeki güç seviyelerinde aktiftir. Bu seviyelerin altında, otomatik sistemler devre dışı bırakılır ve çekirdek içi sensörlere erişilemez. Otomatik sistemler olmadan ve sadece yanal iyonizasyon odalarına güvenerek reaktörün kontrolü çok zor hale gelir; operatörler, reaktörü güvenilir bir şekilde kontrol etmek için yeterli veriye sahip değildir ve sezgilerine güvenmek zorundadır. Zehirsiz bir çekirdeğe sahip bir reaktörün başlatılması sırasında, bu bilgi eksikliği, reaktör tahmin edilebilir şekilde davrandığı için yönetilebilir, ancak homojen olmayan bir şekilde zehirlenmiş bir çekirdek, potansiyel olarak felaket sonuçlarıyla birlikte büyük homojen olmayan güç dağılımına neden olabilir.

Reaktör acil durum koruma sistemi (EPS), işletme parametreleri aşıldığında reaktörü kapatmak için tasarlanmıştır. Tasarım, yakıt elemanı sıcaklığı 265 °C'nin altına düştüğünde çekirdekte buhar çökmesini, soğuk reaktör durumunda yakıt kanallarında soğutucu buharlaşmasını ve bazı acil durum koruma çubuklarının yapışmasını açıklıyordu. Bununla birlikte, kontrol çubuklarının yavaş yerleştirme hızı, yer değiştirici çekirdeğin alt kısmı boyunca hareket ederken lokalize pozitif reaktiviteye neden olan tasarımları ile birlikte, EPS'nin başlatılmasının kendisinin bir reaktörün kaçmasına neden olabileceği veya ağırlaştırabileceği bir dizi olası durum yarattı. .

Reaktivite marjının hesaplanması için SKALA veya SCALA bilgisayar sistemi, yaklaşık 4.000 kaynaktan veri topluyordu. Amacı, operatöre reaktörün kararlı durum kontrolünde yardımcı olmaktı. Tüm ölçümler arasında geçiş yapmak ve sonuçları hesaplamak için on ila on beş dakika gerekliydi. SKALA reaktörü kontrol edemedi, bunun yerine sadece operatörlere tavsiyelerde bulundu ve 1960'ların bilgisayar teknolojisini kullandı.

Operatörler , erişilebilir terminallere patch kablolar takarak bazı güvenlik sistemlerini devre dışı bırakabilir, bazı alarm sinyallerini sıfırlayabilir veya bastırabilir ve otomatik scram'ı atlayabilir . Bu uygulamaya bazı koşullar altında izin verildi.

Reaktör, bir yakıt çubuğu kaçak dedektörü ile donatılmıştır. Kısa ömürlü fisyon ürünlerinin enerjilerine duyarlı bir sintilasyon sayacı dedektörü, özel bir dolly üzerine monte edilir ve buhar-su akışında artan radyoaktivite tespit edildiğinde bir uyarı vererek yakıt kanallarının çıkışları üzerinde hareket ettirilir.

RBMK kontrol odalarında, reaktörün üstten görünümünü temsil eden iki büyük panel veya mimik ekran vardır. Bir ekran, çoğunlukla veya tamamen (birinci nesil RBMK'lerde) renkli kadranlardan veya çubuk konum göstergelerinden oluşur: bu kadranlar, reaktör içindeki kontrol çubuklarının konumunu temsil eder ve kadranların muhafazasının rengi, kontrol çubuklarınınkiyle eşleşir, renkleri işlevlerine karşılık gelen, örneğin otomatik kontrol çubukları için kırmızı. Diğer ekran bir çekirdek haritası veya çekirdek kanal kartogramıdır ve daireseldir, karolardan yapılmıştır ve reaktördeki her kanalı temsil eder. Her karo, kanal numarası ve akkor ampulü olan tek bir aydınlatma korumasından yapılmıştır ve her bir ampul, spesifikasyon dışı (normalden yüksek veya düşük) kanal parametrelerini temsil etmek için yanar. Operatörler, etkilenen kanal(lar)ın sayısını yazmalı ve ardından tam olarak hangi parametrelerin spesifikasyon dışı olduğunu bulmak için enstrümanları incelemelidir. Çekirdek harita, SKALA bilgisayarından alınan bilgileri temsil ediyordu. Her birimin ayrı bir odada bulunan kendi bilgisayarı vardı. Kontrol odasında ayrıca grafik veya trend kaydediciler bulunur. Bazı RBMK kontrol odaları , mimik ekranların ve çoğu çizelge kaydedicinin yerini alan ve kanal numaralarını girme ihtiyacını ortadan kaldıran video duvarları ile yükseltilmiştir ve bunun yerine operatörler, ekranda gösterilen parametrelerini ortaya çıkarmak için (artık temsili) bir döşemenin üzerine bir imleç yerleştirmiştir. video duvarının alt tarafı. Kontrol odası, hava alma odasının tabanının altında bulunur ve her iki oda da reaktör ve türbin binaları arasındaki boşluktadır.

Sınırlama

RBMK tasarımı öncelikle güçlü, inşası hızlı ve bakımı kolay olacak şekilde yapılmıştır. Her reaktör için tam fiziksel muhafaza yapıları, her bir tesisin maliyetini ve inşaat süresini iki katından fazla artıracaktı ve tasarım, Sovyet nükleer bilim bakanlığı tarafından belirlenmiş parametreler dahilinde çalıştırıldığında doğal olarak güvenli olarak onaylandığından, Sovyet yetkilileri, İşçilerin doktrini, herhangi bir kazayı imkansız hale getirecektir. Ek olarak, RBMK reaktörleri , hem yakıt ikmali hem de plütonyum üretimi için ( nükleer silahlar için ) yakıt çubuklarının kapanmadan (basınçlı ağır su CANDU reaktöründe olduğu gibi) tam güçte değiştirilmesine izin verecek şekilde tasarlanmıştır . Bu, çekirdeğin üzerinde büyük vinçler gerektiriyordu. RBMK reaktör çekirdeği çok uzun olduğundan (yaklaşık 7 m (23 ft 0 inç)), ağır bir muhafaza yapısı inşa etmenin maliyeti ve zorluğu, reaktör çekirdeğinin üzerine borular için ilave acil muhafaza yapıları inşa edilmesini engelledi. Gelen Çernobil kazası , basınç, seviyelerine kapalı iken, reaktör üst darbe yüksek yeterli yükseldi işlemde, yakıt kanalı açılması ve hava ısıtılmış grafit çekirdek temas ettiğinde büyük bir yangın başlangıç. Çernobil kazasından sonra, bazı RBMK reaktörleri, salınan herhangi bir radyoaktif partikülü yakalamak için yakıt kanallarını su ceketleri ile çevreleyen kısmi bir muhafaza yapısı (tam muhafaza binası yerine ) ile donatıldı.

Reaktörün alt kısmı su geçirmez bir bölme içine alınmıştır. Reaktör tabanı ile zemin arasında bir boşluk var. Reaktör boşluğu aşırı basınç koruma sistemi, zemine gömülü olan ve patlama diskleriyle kaplı Buhar Dağıtıcı Başlıklarına giden ve reaktörün altındaki Buhar Dağıtım Koridoruna +6 seviyesinde açılan buhar tahliye tertibatlarından oluşur . Koridorun zemini, +3 ve +0 seviyelerinde bulunan Basınç Bastırma Havuzlarının ("kabarcık" havuzları) tabanlarına giden çok sayıda dikey borunun girişlerini içerir. En fazla bir veya iki basınç kanalının yırtılması şeklinde tahmin edilen bir kaza durumunda, buharın su içerisinde köpürmesi ve burada yoğunlaşması, sızdırmaz bölmedeki aşırı basıncın azaltılması gerekiyordu. Havuzlara giden boruların akış kapasitesi, koruma kapasitesini iki basınç kanalının aynı anda yırtılmasına sınırladı; daha yüksek sayıda arıza, kapak plakasını kaldırmak için yeterli basınç birikmesine neden olur ("Elena" lakaplı patlamadan sonra "Yapı E", Rus ELENA reaktörü ile karıştırılmamalıdır ), yakıt kanallarının geri kalanını koparır, kontrol çubuğu yerleştirme sistemi ve potansiyel olarak kontrol çubuklarını çekirdekten geri çekme. Muhafaza, indiricilerin, pompaların ve besleme suyunun dağıtım ve girişindeki arızaların üstesinden gelmek için tasarlanmıştır. Pompaların etrafındaki sızdırmaz bölmeler 0,45 MPa'lık aşırı basınca dayanabilir. Dağıtım başlıkları ve giriş muhafazaları 0,08 MPa işleyebilir ve çek valflerle sızdırmaz bölmeye havalandırılır . Reaktör boşluğu 0,18 MPa'lık aşırı basıncı kaldırabilir ve çek valfler aracılığıyla sızdırmaz bölmeye havalandırılır. Basınç bastırma sistemi, bir reaktör kanalının, bir pompa basınç başlığının veya bir dağıtım başlığının arızasını kaldırabilir. Yükseltici boru galerisinde ve buhar tambur bölmesinde reaktör salonundan biraz daha düşük basıncın muhafaza edilmesi dışında, buhar borularındaki ve ayırıcılardaki sızıntılar ele alınmaz. Bu alanlar ayrıca aşırı basınca dayanacak şekilde tasarlanmamıştır. Buhar dağıtım koridoru yüzey kondansatörleri içerir . Yangın sulama sistemleri , her ikisi de kaza ve normal çalışma sırasında faaliyet tesisi servis su ile soğutulan ısı eşanjöründe basınçlı söndürme havuzlarından beslenir ve havuzları üzerinde havayı soğutmak edilir. Jet soğutucular, bölmelerin en üst kısımlarında yer alır; görevleri havayı soğutmak ve buharı ve radyoaktif aerosol parçacıklarını uzaklaştırmaktır.

Sızdırmaz bölme Hidrojen çıkarma 800 m çıkarılmasıyla gerçekleştirilir ³ atmosfere hava, onun filtrasyon ve akıntı / h. Soğutucu sızıntısı durumunda hava tahliyesi otomatik olarak durdurulur ve manuel olarak yeniden devreye alınması gerekir. Normal çalışma sırasında soğutma sıvısı sızıntıları nedeniyle hidrojen bulunur (saatte 2 t'a (2,2 kısa ton) kadar olduğu varsayılır).

Diğer sistemler

Burada anlatılan nükleer sistemler için örnek olarak Çernobil Nükleer Santrali kullanılmıştır.

Elektriksel sistemler

Santral 330 kV ve 750 kV elektrik şebekesine bağlıdır . Blok, tek bir jeneratör trafosu ile 750 kV şebekeye bağlı iki elektrik jeneratörüne sahiptir . Jeneratörler, ortak transformatörlerine seri olarak iki anahtarla bağlanır. Aralarında ünite transformatörleri, santralin kendi sistemlerine güç sağlamak için bağlanır; bu nedenle her jeneratör, tesise güç sağlamak için birim transformatöre veya şebekeye güç beslemek için birim transformatöre ve jeneratör transformatörüne bağlanabilir. 330 kV hattı normalde kullanılmaz ve bir istasyon transformatörü ile santralin elektrik sistemlerine bağlanan harici bir güç kaynağı görevi görür. Santral kendi jeneratörlerinden beslenebilir veya jeneratör trafosu aracılığıyla 750 kV şebekeden veya istasyon trafosu aracılığıyla 330 kV şebekeden veya iki yedek bara ile diğer santral bloğundan güç alabilir . Toplam harici güç kaybı durumunda, temel sistemler dizel jeneratörler tarafından çalıştırılabilir . Her birim transformatörü iki 6 kV ana güç panosuna, A ve B'ye (örneğin 7 ve 8 numaralı jeneratörler için 7A, 7B, 8A, 8B) bağlanır, temel gerekli olmayan sürücülere güç sağlar ve 4 kV ana güç ve ana güç için transformatörlere bağlanır. 4 kV yedek bara. 7A, 7B ve 8B kartları ayrıca her biri kendi dizel jeneratörüne sahip olan üç temel güç hattına (yani soğutma sıvısı pompaları için) bağlıdır. Aynı anda harici güç kaybıyla birlikte bir soğutucu devre arızası olması durumunda, temel güç, yaklaşık 45-50 saniye boyunca dönen turbo jeneratörler tarafından sağlanabilir, bu süre zarfında dizel jeneratörler başlatılmalıdır. Jeneratörler, saha dışı güç kaybında 15 saniye içinde otomatik olarak başlatılır.

turbo jeneratörler

Elektrik enerjisi, bir çift 500 MW hidrojen soğutmalı turbo jeneratör tarafından üretilir . Bunlar, reaktör binasının bitişiğindeki 600 m (1.968 ft 6 inç) uzunluğundaki makine salonunda yer almaktadır. Türbinler , saygıdeğer beş silindir, K-500-65 / 3000, tarafından temin edilmektedir Harkov türbini tesisi; Elektrik jeneratörü TVV-500 bulunmaktadır. Türbin ve jeneratör rotorları aynı şaft üzerine monte edilmiştir; rotorların toplam ağırlığı yaklaşık 200 t (220 kısa ton) ve nominal dönüş hızları 3000  rpm'dir . Turbogenerator 39 m (127 ft 11) uzun olduğu ve toplam ağırlığı 1200 ton (1300 kısa ton). Her türbin için soğutucu akışı 82.880 t (91.360 kısa ton)/saat'tir. Jeneratör 20 kV 50 Hz AC güç üretir. Jeneratörün statoru su ile, rotoru ise hidrojen ile soğutulur . Jeneratörler için hidrojen, yerinde elektroliz ile üretilir . Türbinlerin tasarımı ve güvenilirliği, onlara 1979 için Ukrayna Devlet Ödülü'nü kazandırdı.

Kharkiv türbin tesisi (şimdi Turboatom ) daha sonra değerli metal kullanımını azaltmak amacıyla türbinin yeni bir versiyonu olan K-500-65/3000-2'yi geliştirdi. Çernobil tesisi her iki tür türbinle de donatıldı; Blok 4'te daha yenileri vardı.

Tasarım çeşitleri

RBMK-1500

RBMK-1000 ve RBMK-1500 reaktörleri arasındaki tek fark, RBMK-1500'ün daha az su ile soğutulması, ayrıca yakıt çubuklarından geçen tamamen laminer bir akış yerine sarmal bir laminer olması ve daha az uranyum kullanmasıdır. Sarmal akış, yakıt grubundaki türbülatörler tarafından oluşturulur ve ısı giderimini artırır. RBMK'nin pozitif boşluk katsayısı nedeniyle, azaltılmış soğutma suyu hacmi daha yüksek bir güç çıkışına neden olur. Adından da anlaşılacağı gibi 1500 MW elektrik güç çıkışı için tasarlanmıştır. Bu tip ve güç çıkışındaki reaktörler sadece Ignalina Nükleer Santrali'ndeki reaktörlerdir .

RBMK-2000 ve RBMK-3600

RBMK-2000 ve RBMK-3600, sırasıyla 2000 ve 3600 MW elektrik gücü üretecek şekilde tasarlanmıştır. RBMK-2000, RBMK-1000 ve RBMK-1500 ile reaktör çekirdeğinin aynı boyutlarını korurken, yakıt düzeneği başına artan bir kanal çapına ve yakıt çubuğu sayısına sahip olacaktı. RBMK-3600, muhtemelen RBMK-1500'e benzer şekilde, ısı giderimini artırmak için RBMK-2000 tasarımına türbülatörler eklerdi.

RBMKP-2400

RBMKP-2400, silindirik yerine dikdörtgendir ve bir fabrikada yerinde montaj için bölümler halinde yapılması amaçlanan, dikey buhar ayırıcılara sahip, teorik olarak sonsuz uzunlamasına genişletilebilir bir tasarımdır . 2400 MWe güç çıkışına ve buhar çıkış sıcaklığı için daha yaygın olan Zirkaloy kaplama yerine paslanmaz çelik kaplamalı yakıt çubuklarına sahip özel yakıt kanallarında doğrudan reaktör çekirdeğinde buhar aşırı ısınması nedeniyle daha yüksek termal verimliliğe sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. 450°C. Bu güç çıkışına sahip hiçbir reaktör inşa edilmedi, en güçlüsü 2018 itibariyle 1750 MWe EPR'dir . Bu tasarımın geliştirilmesi Çernobil felaketinin ardından iptal edildi. Bir RBMKP-4800, artan sayıda buharlaşma ve aşırı ısınma kanalına sahip olacak ve böylece güç çıkışını artıracaktı. Kostroma Nükleer Santrali için iki RBMK-2400 planlandı  [ ru ] .

Tasarım kusurları ve güvenlik sorunları

1950'lerin Sovyet teknolojisine dayanan erken bir Nesil II reaktörü olan RBMK tasarımı, artıklık yerine üretim hızı için optimize edildi. Tasarım spesifikasyonlarının dışında çalıştırıldığında tehlikeli derecede dengesiz olduğu kanıtlanan çeşitli tasarım özellikleri ile tasarlanmış ve üretilmiştir. Doğal uranyum yakıtlı bir grafit çekirdek kullanma kararı , daha yoğun bakım gerektiren ve başlangıç ​​için büyük hacimli pahalı ağır su gerektiren ağır su reaktörlerinin maliyetinin yalnızca dörtte biri oranında büyük güç üretimine izin verdi . Bununla birlikte, 1986 Çernobil felaketine kadar kendilerini tam olarak ortaya çıkarmayacak olan beklenmedik olumsuz sonuçları da oldu.

Yüksek pozitif boşluk katsayısı

Hafif su (sıradan H ₂ O) hem bir nötron moderatörü hem de bir nötron soğurucudur . Bu, nötronları çevredeki moleküllerle dengede olan hızlara yavaşlatmakla ("ısıllaştırmak" ve onları termal nötronlar olarak bilinen düşük enerjili nötronlara dönüştürmekle kalmaz, aynı zamanda uranyum-235 çekirdekleri ile etkileşime girme olasılığı çok daha yüksektir). başlangıçta fisyon tarafından üretilen hızlı nötronlar), ancak bazılarını da emer.

RBMK serisi reaktörlerde, hafif su bir soğutucu olarak işlev görürken, ılımlılık esas olarak grafit tarafından gerçekleştirilir . Grafit zaten nötronları yumuşattığı için, hafif suyun onları yavaşlatmada daha az etkisi vardır, ancak yine de onları emebilir. Bu, reaktörün reaktivitesinin (uygun nötron emici çubuklarla ayarlanabilir), hafif su tarafından emilen nötronları hesaba katması gerektiği anlamına gelir.

Suyun buhara buharlaşması durumunda, suyun kapladığı yer, sıvı sudan çok daha düşük bir yoğunluğa sahip olan su buharı tarafından işgal edilecektir (tam sayı, basınca ve sıcaklığa bağlıdır; standart koşullarda, buhar yaklaşık 1 ⁄ 1350 , sıvı su kadar yoğun). Bu düşük yoğunluk (kütle ve dolayısıyla nötronları emebilen atom çekirdekleri) nedeniyle, hafif suyun nötron soğurma kapasitesi, kaynadığında pratik olarak ortadan kalkar. Bu, daha fazla nötronun daha fazla U-235 çekirdeğini parçalamasına izin verir ve böylece reaktör gücünü arttırır, bu da daha fazla su kaynayan daha yüksek sıcaklıklara yol açarak termal bir geri besleme döngüsü oluşturur .

RBMK reaktörlerinde, soğutucu sudaki buhar üretimi pratikte bir boşluk yaratacaktır: nötronları absorbe etmeyen bir kabarcık. Grafit hala nötronları yumuşattığı için hafif su ile ılımlılıktaki azalma önemsizdir. Bununla birlikte, absorpsiyon kaybı, nötron üretiminin dengesini önemli ölçüde değiştirir ve giderek daha fazla nötron üretildiği ve yoğunluklarının katlanarak arttığı bir kaçak durumuna neden olur. Böyle bir duruma "pozitif boşluk katsayısı " denir ve RBMK reaktör serisi, şimdiye kadar tasarlanmış herhangi bir ticari reaktörün en yüksek pozitif boşluk katsayısına sahiptir.

Yüksek bir boşluk katsayısı, bir reaktörü doğası gereği güvensiz yapmaz, çünkü fisyon nötronlarından bazıları saniyeler veya hatta dakikalar gecikmeli olarak yayılır (yardımcı çekirdeklerden fisyon sonrası nötron emisyonu) ve bu nedenle fisyonun azaltılması için adımlar atılabilir. oranı çok yüksek olmadan önce. Ancak bu durum, özellikle düşük güçte reaktörün kontrol edilmesini oldukça zorlaştırmaktadır. Bu nedenle, kontrol sistemleri çok güvenilir olmalı ve kontrol odası personeli, sistemin özellikleri ve sınırları konusunda titiz bir şekilde eğitilmelidir. Bu gereksinimlerin hiçbiri Çernobil'de mevcut değildi: reaktörün gerçek tasarımı Kurchatov Enstitüsü'nün onay damgasını taşıdığından ve bir devlet sırrı olarak kabul edildiğinden, reaktörün kusurlarının tesisi işleten gerçek personel arasında bile tartışılması yasaktı. Daha sonraki bazı RBMK tasarımları, elektromanyetik kıskaçlar üzerinde kontrol çubukları içerdi, böylece reaksiyon hızını kontrol etti ve gerekirse reaksiyonu tamamen durdurdu. Ancak Çernobil'deki RBMK reaktöründe manuel kavrama kontrol çubukları vardı.

Sonra Çernobil felaketinin , operasyonda tüm RBMK reaktörler 4,7 onların boşluk katsayıları düşürücü, önemli değişiklikler yapıldı  p 0,7 kaynaşmasına karşı. Bu yeni numara, düşük soğutma sıvısı erimesi olasılığını azaltır .

Çernobil kazasından bu yana iyileştirmeler

Kurchatov Atom Enerjisi Enstitüsü Birinci Müdür Yardımcısı Valery Legasov , ölümünden sonra yayınlanan anılarında, Enstitü bilim adamlarının uzun zamandır RBMK'nın önemli tasarım kusurları olduğunu bildiklerini ortaya koydu. Legasov'un 1988'deki intiharı, görünüşe göre yetkililerin kusurlarla yüzleşmedeki başarısızlığından dolayı acı bir hayal kırıklığına uğramasının bir sonucu olarak, Sovyet nükleer endüstrisinde şok dalgalarına neden oldu ve RBMK tasarımıyla ilgili sorunlar hızla kabul edildi.

Legasov'un ölümünün ardından, kalan tüm RBMK reaktörleri, güvenlik için bir dizi güncelleme ile donatıldı . Bu güncellemelerin en büyüğü, RBMK kontrol çubuğu tasarımını düzeltti. Kontrol çubuklarında, çubuklar çekilirken soğutucu suyun boşaltılan alana girmesini önleyen 4,5 metrelik (14 ft 9 inç) grafit yer değiştiriciler bulunur. Orijinal tasarımda, çekirdeğin yüksekliğinden daha kısa olan bu yer değiştiriciler, çubuklar tamamen çıkarıldığında altta 1,25 metre (4,1 ft) su sütunu (ve üstte 1,25 metre [4.1 ft]) bırakmıştır. Yerleştirme sırasında, grafit ilk önce bu düşük suyu yerinden oynatır ve yerel olarak reaktiviteyi arttırır. Ayrıca, çubuklar en üst konumlarındayken, emici uçlar çekirdeğin dışındaydı ve reaktivitede önemli bir azalma elde etmeden önce nispeten büyük bir yer değiştirmeyi gerektiriyordu. Bu tasarım kusurları muhtemelen Çernobil kazasının ilk patlamasının son tetikleyicisiydi ve operatörler çubukları yeniden yerleştirerek oldukça dengesiz reaktörü kapatmaya çalıştığında çekirdeğin alt kısmının acil kritik hale gelmesine neden oldu.

Güncellemeler:

• Kontrol çubuğu modifikasyonlarını ve ilave emicilerin eklenmesini telafi etmek için yakıt zenginleştirmesinde %2'den %2,4'e bir artış.
• Manuel kontrol çubuğu sayısı 30'dan 45'e yükseltildi.
• 80 ek emici, RBMK tasarımının en tehlikeli olduğu düşük güçte çalışmayı engeller.
• SCRAM (hızlı kapanma) sırası 18 saniyeden 12 saniyeye düşürüldü.
• Acil durum güvenlik sistemlerine yetkisiz erişime karşı önlemler.

Ek olarak, RBMK-1500 reaktörlerinin RELAP5-3D modelleri, çekirdeğin nötronik tepkisinin önemli olduğu belirli geçişlerin analizi için entegre termal-hidrolik-nötronik hesaplamalarında kullanılmak üzere geliştirilmiştir.

Deforme olmuş grafit moderatör blokları

Mayıs 2012'den Aralık 2013'e kadar, deforme olmuş grafit moderatör bloklarıyla ilgili onarımlar yapılırken Leningrad -1 çevrimdışıydı. 18 aylık proje, bakım makinelerinin ve izleme sistemlerinin araştırılmasını ve geliştirilmesini içeriyordu. Kalan operasyonel RBMK'lere de benzer çalışmalar uygulanacaktır. RBMK'daki grafit moderatör blokları, diğer mevcut büyük grafit kontrollü reaktör olan Advanced gaz soğutmalı reaktörün aksine, yerinde onarılabilir ve değiştirilebilir .

Ömür boyu uzatma yenileme çalışmaları sırasında bazı grafit kolonlarda uzunlamasına kesme, grafit yığınını ilk tasarım geometrisine geri döndürebilir.

Daha fazla gelişme

RBMK'nın Sovyet sonrası yeniden tasarımı, MKER'dir (Rusça: МКЭР , Многопетлевой Канальный Энергетический Реактор [Mnogopetlevoy Kanalniy Energeticheskiy Reaktor] , bu da iyileştirilmiş bir güvenlik tüpü ve bina reaktörü anlamına gelir . MKER-1000'in fiziksel prototipi, Kursk Nükleer Santrali'nin 5. ünitesidir . Kursk 5'in inşaatı 2012'de iptal edildi. Leningrad nükleer santrali için bir MKER-800, MKER-1000 ve MKER-1500 planlandı.

Kapanışlar

İnşa edilen 17 RBMK'den (biri Kursk Nükleer Santrali'nde hala yapım aşamasındaydı), Çernobil santralindeki hayatta kalan üç reaktörün tümü şimdi kapatıldı (dördüncüsü kazada yok edildi ve ikincisi bir hidrojen patlamasından sonra devre dışı bırakıldı) 1991). Çernobil'deki kaza sırasında Çernobil 5 ve 6 yapım aşamasındaydı, ancak sahadaki yüksek kirlilik seviyesi nedeniyle uzun vadeli geleceğini sınırlayan daha fazla inşaat durduruldu. Her iki reaktör Ignalina içinde Litvanya da kapatıldı. Rusya, bu tasarıma sahip reaktörleri halen çalıştıran tek ülkedir: Leningrad (2 RBMK-1000), Smolensk (3 RBMK-1000) ve Kursk (4 RBMK-1000). Şu anda Rusya'da yapım aşamasında olan başka RBMK Reaktörü bulunmamaktadır. Rusya'daki son RBMK Reaktörünün 2034'te Smolensk-3'te kapatılması bekleniyor .

RBMK reaktörlerinin listesi

Renk anahtarı:

– Operasyonel reaktör (şu anda çevrimdışı olan reaktörler dahil)

– Reaktör hizmet dışı bırakıldı

– Reaktör yok edildi

– Terk edilmiş veya iptal edilmiş reaktör

Bir grafit-yönetilir Magnox reaktör var Kuzey Kore de Yongbyon Nükleer Bilimsel Araştırma Merkezi . Akılda tutmak önemlidir gaz Magnox soğutulmuş ise AGR ve (Mesela çakıl yataklı reaktörler ejderha reaktör de Winfrith moderatör olarak kullanımı grafit gazların kullanılmasını) ( karbondioksit Magnox ve AGR için, ise helyum olarak Dragon) ısı transfer akışkanları boşluk katsayısına sahip olmamalarına neden olur.

Ayrıca bakınız

• Nikolay Dollezhal , RBMK'nın baş tasarımcısı

Referanslar

Kaynaklar ve dış bağlantılar

• RBMK-1500 reaktöre teknik veriler de Ignalina nükleer santral - bir Kullanım dışı bırakılmış RBMK reaktörü
• Çernobil – Kanadalı Bir Perspektif – Genel olarak nükleer reaktörleri ve özel olarak RBMK tasarımını açıklayan ve bunlar ile CANDU reaktörleri arasındaki güvenlik farklılıklarına odaklanan bir broşür . Kanada Atom Enerjisi Limited tarafından yayınlanmıştır.