Bir Fisyon Reaktörünün Temel Tasarım Yönleri (Devam)
| Ekranlama ve radyasyondan korunma (S9) | ||
| Nükleer reaktör ve ilgili ekipmanların tasarımının önemli yönlerinden biri, daha sonra tartışılacak olan radyasyondan korunma için uygun korumadır. Kalkanlama, nükleer radyasyonun, esas olarak çekirdeğin kendisinden kaynaklanan birincil nötronlar ve gama ışınlarının ve nötronun çekirdeğin dışındaki malzemeyle (örneğin, reflektör, soğutucu kalkan vb.) etkileşimleri tarafından üretilen ikincil gama ışınlarının zayıflatılmasıyla yapılır. Ekranlama malzemesinin seçimi ve malzemesi Radyasyon seviyesini kabul edilebilir değere indirecek uygun kalınlık, tasarımının önemli yönüdür. Dikkat edilmesi gereken bir diğer husus, radyasyon enerjisinin emilmesi, kalkan malzemesinin ısınmasına neden olacağından, kalkan malzemesindeki sıcaklık dağılımıdır. Bu nedenle nötronların ve gama ışınlarının kalkanın kalınlığı boyunca dağılımının bilinmesi çok önemlidir. Bu bilgiyi elde etmek için bir yaklaşım, kalkan malzemesindeki nötronların ve gama ışınlarının etkileşim kesitlerini ve zayıflama katsayılarını analitik bir şekilde belirlemektir. Bununla birlikte, radyasyon kaynağının karmaşık doğası ve reaktör çekirdeği ve kalkanındaki dağılımı ve önemli bir enerji aralığındaki birçok etkileşim nedeniyle bu yaklaşım pratik değildir. Göreceli olarak basit fakat bir dereceye kadar yaklaşık matematiksel ifadelerin istatistiksel nitelikteki deneysel verilerle bir araya getirildiği yarı analitik bir prosedür mümkündür. Reaktör kalkanının tasarımına aşağıdaki aşamalara göre karar verilebilir: İlk olarak, çeşitli yerlerde izin verilen maksimum radyasyon dozu oranları belirlenmelidir. Bu, reaktörün ve ilgili ekipmanın fiziksel yerleşimi hakkında bilgi sahibi olunması anlamına gelir. Reaktör sistemi bilgisi ile zayıflatma işleminin gerçekleştirilebilmesi için reaktör malzemeleri ve kalkan yerleşimi konusunda bir ön seçim yapılabilir. Bunun için sistem verileri mevcutsa karşılaştırma prosedürü kullanılabilir, aksi takdirde basit bir yarı analitik yöntem uygulanır. Bu nedenle tasarım süreci doğası gereği yinelemeli olup, son aşamalara yaklaşıldıkça hesaplamalar giderek daha hassas hale gelir. | ||
| Kontrol sistemi: | ||
| Reaktör kontrol sisteminin temel amacı düzgün ve kararlı bir çalışma sağlamaktır. Kontrol işlemi, reaktörün başlatılmasını, güç çıkışının istenilen seviyeye getirilmesini, bu seviyede tutulmasını ve daha sonra gerektiğinde reaktörün kapatılmasını içerir. Belirli bir yakıtın, şeklin vb. kritik kütlesi aşılmadıkça, bir nükleer reaktör sürekli olarak enerji açığa çıkarmak için kullanılamaz. Bu nedenle, bir güç reaktörünün fazladan yakıt içermesi ve dolayısıyla çalışmaya başladığı anda kayda değer ölçüde aşırı reaktiviteye sahip olması gerekir, bu da nötron akısında hızlı bir artışa yol açabilir. Bu nedenle reaktör kontrolünün önemli bir yönü, güç seviyesi yükseltildiğinde nötron akısının aşırı oranda artmasını önlemek için alınması gereken önlemlerdir. Bir reaktörün güç seviyesi nötron akısı ile orantılı olduğundan, reaktör kontrolünün açık temeli nötron akışını değiştirmektir. üreme or çarpmafaktör veya reaktivite. Bu faktörün birden büyük olması durumunda reaktör süperkritik olur ve güç seviyesi sürekli olarak artar. Faktörün birliğe düşürülmesi üzerine, reaktör tam kritik olacak şekilde, güç çıkışı o anda ulaşılan seviyede (geçici değişiklikler dışında) sabit kalacaktır. Son olarak reaktörün kritik altı hale getirilmesiyle, yani etkin çarpım faktörünün birliğe düşürülmesiyle güç seviyesi azaltılacaktır. Çarpma faktörü, yakıtın, moderatörün, reflektörün veya bir nötron soğurucunun eklenmesi veya çıkarılmasıyla değiştirilebilir. Nükleer reaktörün çalışmasını kontrol etmek için bu yöntemlerin tek tek veya birleştirilmesi kullanılmıştır. Termal reaktörlerde genellikle nötron yakalama kesiti büyük olan malzemelerin (bor, çelik, kadmiyum vb.) eklenmesi veya çekilmesi kontrol prosesinde kullanılmaktadır. Kontrol çubukları çekirdeğin içine veya termal nötron akışının yüksek olduğu çekirdeğe yakın reflektöre yerleştirilebilir. Yüksek erime noktası ve diğer faydalı özellikleri nedeniyle hafniyum elementi su soğutmalı reaktörlerde kullanılır. Bu işlem, düşük güç çıkışlı reaktörlerin kontrolünde faydalıdır. Ancak bu, yüksek nötron akısı ile önemli ölçüde reaktiviteye sahip reaktörler için verimli değildir. Nötron ekonomisinde bir iyileşme, yakıt ve moderatör gibi çekirdek malzemenin hareketinin bir soğurucunun hareketi ile birleştirilmesiyle elde edilebilir. Kaba kontrol çubuğunun alt kısmı reaktör çekirdeğiyle aynı malzemeden yapılabilirken üst kısmı kadmiyum içerir. Böyle bir çubuk, nötron soğurucu yerleştirilecek şekilde indirildiğinde, aynı zamanda çekirdeğin bir kısmı da çıkarılır, böylece reaktivitede daha fazla bir azalma meydana gelir. Hızlı bir nötron reaktöründe, bir nötron soğurucu aracılığıyla kontrol, yüksek enerjili nötronların düşük yakalama kesitlerinden dolayı genellikle tatmin edici değildir. Bununla birlikte reaktivite, yakıt malzemesinin çekirdekten çıkarılması (veya eklenmesi) veya reflektörün bir kısmının hareket ettirilmesiyle değiştirilebilir. Çıkış güçleri çok düşük olan reaktörlerde genellikle manuel kontrol yapılmakta, aksi halde manuel kontrol mümkün olmamaktadır. Örneğin acil durum güvenlik eylemi otomatik hale getirilmelidir. Eğer bir cihaz, nötron akışının tehlikeli derecede hızlı bir oranda yükseldiğini gösteriyorsa veya güç seviyesi, reaktörün tasarlandığı seviyeden önemli ölçüde yüksekse, bu tür durumlarla başa çıkmak için otomatik bir sistem tasarlanmalıdır. Kontrol sistemi operatör döngüsü, otomatik döngü ve yük döngüsü olmak üzere üç döngüden oluşur. 'Operatör döngüsünde', reaktörün herhangi bir enstrümantal kısmından gelen herhangi bir bilgi operatör tarafından alınır ve operatör de uygun eylemi uygular veya kontrol bloğuna bir sinyal iletir. Bu durumda kontrol bloğunun işlevi, genellikle harici bir kaynaktan güç harcanarak reaktör üzerinde istenen kontrol eylemini uygulamaktır. 'Otomatik döngüde', reaktörden aletler tarafından alınan bilgi doğrudan kontrol bloğuna beslenir ve operatör bypass edilir. 'Yük döngüsü', reaktörün nükleer yönlerinin, yani yakıt, moderatör ve reflektörün, dış koşullarla veya nükleer olmayan yönleriyle etkileşimini temsil etmeyi amaçlamaktadır. Dış koşulların genel anlamda reaktör üzerindeki 'yük'ü oluşturduğu kabul edilebilir. Blok diyagramdaki kapalı çevrim (Şek. m3.5), yükün reaktörü etkileyebileceğini ve onun da yükü etkileyebileceğini ima eder. Dış koşullardaki değişimler uygun enstrümanlar üzerinde gösterilir ve operatör ve otomatik döngüler aracılığıyla kontrol bloğuna geri bildirim yapılarak gerekli aksiyonun alınması sağlanır.1,3 | ||
/m3.7.png) | ||
ŞEKİL m3.5 Reaktör kontrol sisteminin blok şeması (Küçük değişiklik gerekli) | ||