Nükleer kritiklik güvenliği - Nuclear criticality safety

Nükleer kritiklik güvenliği bir alanı nükleer mühendislik önlenmesine adanmış nükleer ve radyasyon kazaları kasıtsız, kendi kendine devam eden nükleer zincir reaksiyonu.[1]

Nükleer kritiklik güvenlik, bir nükleer silahın sonuçlarını hafifletmekle ilgilidir. kritik kaza. Bir nükleer kritiklik kazası, aşağıdakileri içeren operasyonlardan meydana gelir: bölünebilir malzemenin aniden ve potansiyel olarak ölümcül bir şekilde salınmasına neden olur. radyasyon.

Nükleer kritiklik güvenliği uygulayıcıları, bölgedeki normal ve inandırıcı anormal koşulları analiz ederek nükleer kritiklik kazalarını önlemeye çalışır. bölünebilir malzeme bölünebilir malzemelerin işlenmesi için operasyonlar ve güvenli düzenlemeler tasarlama. Yaygın bir uygulama, nükleer kritiklik kazası meydana gelmeden önce proses koşullarında iki veya daha fazla bağımsız, eşzamanlı ve olası olmayan değişikliklerin meydana gelmesi gereken operasyona çifte acil durum analizi uygulamaktır. Örneğin, koşullardaki ilk değişiklik tam veya kısmi taşma olabilir ve ikinci değişiklik, bölünebilir malzemenin yeniden düzenlenmesi olabilir.

Proses parametreleri (örneğin bölünebilir malzeme kütlesi, ekipman) üzerindeki kontroller (gereksinimler) bu analizin sonucudur. Pasif (fiziksel), aktif (mekanik) veya idari (insan) bu kontroller, doğası gereği güvenli veya hataya dayanıklı tesis tasarımları veya bu tür tasarımlar uygulanabilir değilse, idari kontroller nükleer kritik kazasına yol açabilecek önemli süreç değişiklikleri potansiyelini en aza indirgemek için işletim prosedürleri, iş talimatları ve diğer araçlar gibi.

Prensipler

Bu plütonyum külçesinin içi boş halka şekli, nötron sızıntısına neden olur ve böylece kritik olma olasılığını azaltır.

Basit bir analiz olarak, fisyondan nötron üretim hızı, nötronların kaçak nedeniyle sistemden soğurulma veya kaybolma hızıyla tam olarak dengelenirse, bir sistem tam olarak kritik olacaktır. Güvenli bir şekilde alt kritik sistemler, potansiyel birleşik emme ve sızıntı oranının her zaman potansiyel nötron üretim oranını aşması sağlanarak tasarlanabilir.

Sistemin kritikliğini etkileyen parametreler, anımsatıcı kullanılarak hatırlanabilir. MAGICMERV. Bu parametrelerin bazıları birbirinden bağımsız değildir, örneğin değişen kütle diğerleri arasında hacim değişikliğine neden olur.

Mgöt: Toplam bölünebilir çekirdek sayısı arttıkça fisyon olasılığı artar. İlişki doğrusal değil. Bölünebilir bir cisim belirli bir boyut ve şekle sahipse, ancak değişen yoğunluk ve kütleye sahipse, altında kritikliğin oluşamayacağı bir eşik vardır. Bu eşik, Kritik kitle.

Birbsorpsiyon: Absorpsiyon, nötronları sistemden uzaklaştırır. Kritiklik olasılığını kontrol etmek veya azaltmak için büyük miktarlarda emiciler kullanılır. İyi emiciler bordur, kadmiyum, gadolinyum, gümüş ve indiyum.

Geometri / şekil: Bölünebilir sistemin şekli, nötronların ondan ne kadar kolay kaçabileceğini (sızabileceğini) etkiler, bu durumda neden olmaları mümkün değildir. fisyon olayları bölünebilir malzemede. Bu nedenle bölünebilir malzemenin şekli, fisyon olaylarının gerçekleşme olasılığını etkiler. İnce bir levha gibi geniş yüzey alanına sahip bir şekil, sızıntıyı kolaylaştırır ve küp veya küre gibi küçük, kompakt bir şekle sahip aynı miktarda bölünebilir malzemeden daha güvenlidir.

benbirimlerin etkileşimi: Nötronlar bir üniteden sızan diğerine girebilir. Kendi başlarına alt kritik olan iki birim, kritik bir sistem oluşturmak için birbirleriyle etkileşime girebilir. Birimleri ve aralarındaki herhangi bir malzemeyi ayıran mesafe, etkiyi etkiler.

Codaklanma / Yoğunluk: Saçılma, yakalama veya fisyon reaksiyonlarına yol açan nötron reaksiyonlarının yoğun materyallerde meydana gelmesi daha olasıdır; tersine, nötronların düşük yoğunluklu malzemelerden kaçma (sızma) olasılığı daha yüksektir.

Moderasyon: Fisyondan kaynaklanan nötronlar tipik olarak hızlıdır (yüksek enerji). Bu hızlı nötronlar, daha yavaş (daha az enerjik) olanlar kadar kolay fisyona neden olmazlar. Nötronlar yavaşlar (yönetilen ) atom çekirdeği ile çarpışarak. En etkili moderatör çekirdekler hidrojendir, döteryum, berilyum ve karbon. Bu nedenle, yağ, polietilen, su, ahşap, parafin ve insan vücudu gibi hidrojenli malzemeler iyi moderatörlerdir. Denetlemenin çarpışmalardan geldiğini unutmayın; bu nedenle çoğu moderatör aynı zamanda iyi yansıtıcıdır.

Ezenginleştirme: Bir nötronun bölünebilir bir çekirdekle reaksiyona girme olasılığı, bir sistemdeki bölünebilir ve bölünemez çekirdeklerin göreceli sayılarından etkilenir. Bir sistemdeki göreceli bölünebilir çekirdek sayısını artırma sürecine denir zenginleştirme. Tipik olarak, düşük zenginleştirme, daha az kritiklik olasılığı anlamına gelir ve yüksek zenginleştirme, daha büyük bir olasılık anlamına gelir.

Retki: Nötronlar diğer atomik parçacıklarla (esas olarak çekirdeklerle) çarpıştığında ve absorbe edilmediğinde, dağılırlar (yani yön değiştirirler). Yön değişikliği yeterince büyükse, bölünebilir bir cisimden yeni kaçmış olan nötronlar, bölünme olasılığını artırarak ona geri dönebilir. Buna "yansıtma" denir. İyi reflektörler arasında hidrojen, berilyum karbon, kurşun, uranyum, su, polietilen, beton, Tungsten karbür ve çelik.

VOlume: Herhangi bir şekle sahip bölünebilir bir malzeme gövdesi için, vücudun boyutunu artırmak, nötronların yüzeye ulaşıp kaçmadan önce kat etmeleri gereken ortalama mesafeyi artırır. Bu nedenle, vücudun boyutunu büyütmek, fisyon olasılığını artırır ve sızıntı olasılığını azaltır. Bu nedenle, herhangi bir şekil (ve yansıma koşulları - aşağıya bakınız) için, nötron üretim hızı ile birleşik emilim ve sızıntı oranı arasında tam bir denge sağlayan bir boyut olacaktır. Bu kritik boyuttur.

Diğer parametreler şunları içerir:

Sıcaklık: Bu özel parametre, sıcaklık değişiminin minimum olduğu veya sıcaklıktaki artışın sistemin kritikliğini olumsuz bir şekilde etkilemediği tipik bir çalışma ortamında olduğu gibi kritik güvenlik uygulayıcısı için daha az yaygındır, genellikle, oda sıcaklığı, analiz edilen sistemin gerçek sıcaklığının sınırıdır. Ancak bu yalnızca bir varsayımdır, kritik güvenlik uygulayıcısının yüksek sıcaklık reaktörleri veya düşük sıcaklıklı kriyojenik deneyler gibi bunun nerede geçerli olmadığını anlaması önemlidir.

Heterojenlik: Bölünebilir tozların çözelti halinde harmanlanması, tozların veya hurdaların öğütülmesi veya bölünebilir malzemelerin küçük ölçekli yapısını etkileyen diğer işlemler önemlidir. Normalde heterojenlik kontrolü olarak adlandırılırken, genellikle endişe homojenliği korumaktır çünkü homojen durum genellikle daha az reaktiftir. Özellikle, daha düşük zenginleştirmede bir sistem, homojen bir konfigürasyona kıyasla heterojen bir konfigürasyonda daha reaktif olabilir.[2]

Fizikokimyasal Form: Fiziksel durumun (yani katı, sıvı veya gaz) ve formun (örn. Çözelti, toz, yeşil veya sinterlenmiş topaklar veya metal) ve / veya kimyasal bileşimin (örn. Uranyum heksaflorür, uranil florür, plütonyum nitrat) kontrolünden oluşur veya belirli bir bölünebilir malzemenin karışık oksidi). Fizikokimyasal form, yoğunluk, ılımlılık ve nötron absorpsiyonu gibi diğer parametreleri dolaylı olarak etkileyebilir.

Hesaplamalar ve analizler

Herhangi bir sistemin aşağıdakileri içerdiğini belirlemek için bölünebilir malzeme güvenlidir, nötron dengesi hesaplanmalıdır. Çok basit olan tüm durumlarda, bu genellikle sistem geometrisini ve malzeme özelliklerini modellemek için bilgisayar programlarının kullanılmasını gerektirir.

Analist, genellikle muhafazakar veya kötümser varsayımlarla sistemin ve materyallerin geometrisini tanımlar. Herhangi bir nötron emicinin yoğunluğu ve boyutu en aza indirilirken bölünebilir malzeme miktarı en üst düzeye çıkarılır. Bazı moderatörler aynı zamanda emici olduklarından, analist bunları karamsar olacak şekilde modellerken dikkatli olmalıdır. Bilgisayar kodları, analistlerin sınır koşulları olan üç boyutlu bir sistemi tanımlamasına izin verir. Bu sınır koşulları, beton duvarlar veya bir göletin yüzeyi gibi gerçek sınırları temsil edebilir veya periyodik bir sınır koşulu kullanılarak yapay bir sonsuz sistemi temsil etmek için kullanılabilir. Bunlar, birçok tekrarlanan birimden oluşan büyük bir sistemi temsil ederken kullanışlıdır.

Kritiklik güvenlik analizleri için kullanılan bilgisayar kodları arasında COG (ABD),[3] MONK (İngiltere),[4] SCALE / KENO (ABD),[5] MCNP (BİZE),[6] ve CRISTAL (Fransa).[7]

Yakma kredisi

Geleneksel kritiklik analizleri, bölünebilir malzeme, genellikle maksimum olan en reaktif durumunda zenginleştirme ışınlama olmadan. İçin harcanan nükleer yakıt depolama ve nakliye, yakma kredisi, yakıtın daha sıkı bir şekilde paketlenmesini sağlamak, alanı azaltmak ve daha fazla yakıtın güvenli bir şekilde taşınmasına izin vermek için kullanılabilir. Yakma kredisini uygulamak için, yakıt, tüm ışınlanmış yakıtı temsil eden izotopik bir kompozisyon üreten kötümser koşullar kullanılarak ışınlanmış olarak modellenir. Yakıt ışınlaması üretir aktinitler hem nötron emicilerden oluşur hem de bölünebilir izotopların yanı sıra fisyon ürünleri hangi nötronları emer.

Yakıt depolama havuzlarında yanma Kredi, taze ve ışınlanmış yakıtların depolanması için ayrı bölgeler tasarlanmıştır. Işınlanmış yakıt deposunda yakıtı depolamak için, bir yükleme eğrisini karşılaması gerekir.[kaynak belirtilmeli ] bu, başlangıçtaki zenginleştirme ve ışınlamaya bağlıdır.

Referanslar

  1. ^ Knief, Ronald A. (1985). Nükleer Kritiklik Güvenliği: Teori ve Uygulama (Yumuşak kapak). Amerikan Nükleer Topluluğu. s. 236. ISBN  0-89448-028-6. Alındı 15 Mayıs 2011.
  2. ^ Clayton, E. D .; Prichard, Andrew W .; Durst, Bonita E .; Erickson, David; Puigh, Raymond J. (19 Şubat 2010). Nükleer Kritiklik Anomalileri, Revizyon 6 (Teknik rapor). Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı. s. 24,41. doi:10.2172/972533. OSTI  972533.
  3. ^ COG (ABD)
  4. ^ MONK (İngiltere)
  5. ^ "ÖLÇEK / KENO (ABD)". www.ornl.gov. Alındı 15 Mayıs 2019.
  6. ^ MCNP (ABD)
  7. ^ KRİSTAL (Fransa) Arşivlendi 20 Temmuz 2011 Wayback Makinesi

Ayrıca bakınız