Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья про ядерные реакторы. Для использования в других целях, см Scram (значения) .
Кнопка SCRAM на экспериментальном реакторе-размножителе I в Айдахо, США. Иногда переключатель будет иметь откидную крышку, чтобы предотвратить случайное срабатывание.

Катитесь или SCRAM , является аварийным отключением из ядерного реактора , произведенного путем немедленного прекращения деления реакции. Это также имя, которое дается ручному аварийному выключателю, который инициирует отключение. В коммерческих реакторах этот тип останова часто называют «SCRAM» в реакторах с кипящей водой (BWR), «аварийным отключением реактора » в реакторах с водой под давлением (PWR) и EPIS в реакторе CANDU . [1] Во многих случаях SCRAM является частью стандартной процедуры отключения, которая служит для проверки системы аварийного отключения.

Этимология термина является предметом споров. США Комиссия по ядерному регулированию историк Том Wellock отмечает , что катись является английский язык сленгом для ухода быстро и срочно, и цитирует это как оригинальный и , в основном , вероятно , точной основой для использования аварийной остановки в техническом контексте. [2] Устойчивое альтернативное объяснение утверждает, что схватка - это аббревиатура от «человек с топором с предохранительным стержнем», которое предположительно было придумано Энрико Ферми, когда первый в мире ядерный реактор был построен под зрительскими местами в Стэг-Филд Чикагского университета. У этого реактора был настоящий управляющий стержень, привязанный к веревке, а рядом с ним стоял человек с топором. Это также может означать « механизм активации стержней управления безопасностью » или « механизм привода стержня управления безопасностью ». [3] [4] Оба они, вероятно, являются бэкронимами из оригинального, нетехнического использования.

Русское название, AZ-5 ( АЗ-5 , в кириллице ), является аббревиатурой аварийная защита 5-й категории ( Avariynaya Zashchita 5-й kategorii ), что переводится как "аварийной защиты 5 - й категории" на английском языке. [5]

Механизмы [ править ]

В любом реакторе SCRAM достигается за счет введения больших количеств массы с отрицательной реактивностью в середину делящегося материала, чтобы немедленно прекратить реакцию деления.

В легководных реакторах это достигается за счет вставки регулирующих стержней, поглощающих нейтроны, в активную зону, хотя механизм вставки стержней зависит от типа реактора. В реакторах PWR управляющие стержни удерживаются над активной зоной реактора с помощью электродвигателей как против собственного веса, так и против мощной пружины. SCRAM предназначен для высвобождения управляющих стержней из этих двигателей и позволяет их весу и пружине загонять их в активную зону реактора, быстро останавливая ядерную реакцию за счет поглощения высвободившихся нейтронов. Другая конструкция использует электромагниты для удержания стержней в подвешенном состоянии, при этом любое отключение электрического тока приводит к немедленному и автоматическому вводу стержней управления.

В BWR регулирующие стержни вставляются снизу корпуса реактора. В этом случае гидравлический блок управления с резервуаром для хранения под давлением обеспечивает силу для быстрого введения управляющих стержней при любом прерывании электрического тока. Как в PWR, так и в BWR есть вторичные системы (и часто даже третичные системы), которые вставляют управляющие стержни в случае, если первичное быстрое введение не срабатывает быстро и полностью.

В реакторах CANDU это достигается путем введения нейтронного яда в саму активную зону реактора через EPIS или систему аварийной инъекции отравления.

Кнопка SCRAM в диспетчерской NS Savannah

Жидкие поглотители нейтронов (нейтронные яды) также используются в системах быстрого останова легководных реакторов. После SCRAM, если реактор (или его секции) не ниже предела останова (то есть они могут вернуться в критическое состояние из-за добавления положительной реактивности из-за охлаждения, распада яда или других неконтролируемых условий), операторы могут впрыскивать растворы, содержащие нейтронные яды, непосредственно в теплоноситель реактора. Растворы нейтронного яда - это растворы на водной основе, которые содержат химические вещества, поглощающие нейтроны , такие как обычная бытовая бура , полиборат натрия , борная кислота или нитрат гадолиния., вызывая уменьшение размножения нейтронов и, таким образом, остановку реактора без использования регулирующих стержней. В PWR эти поглощающие нейтроны растворы хранятся в резервуарах под давлением (называемых аккумуляторами), которые присоединены к системе теплоносителя первого контура через клапаны; переменный уровень поглотителя нейтронов постоянно поддерживается в теплоносителе первого контура и увеличивается с помощью аккумуляторов в случае отказа всех управляющих стержней для вставки, что быстро приведет к тому, что реактор окажется ниже предела останова. В BWR растворимые поглотители нейтронов находятся в резервной системе управления жидкостью (SLCS)., который использует резервные нагнетательные насосы с батарейным питанием или, в последних моделях, газообразный азот под высоким давлением для нагнетания раствора поглотителя нейтронов в корпус реактора против любого давления внутри. Поскольку они могут задержать перезапуск реактора, эти системы используются только для остановки реактора, если вставка регулирующего стержня не удалась. Эта проблема особенно важна в BWR, где введение жидкого бора вызовет осаждение твердых соединений бора на оболочке твэла [6], что предотвратит перезапуск реактора до тех пор, пока отложения бора не будут удалены.

В большинстве конструкций реакторов стандартная процедура останова также использует SCRAM для вставки управляющих стержней, поскольку это наиболее надежный метод полного ввода управляющих стержней и предотвращает возможность их случайного извлечения во время или после останова.

Реакция реактора [ править ]

Большинство нейтронов в реакторе - мгновенные нейтроны ; то есть нейтроны, образующиеся непосредственно в результате реакции деления. Эти нейтроны движутся с высокой скоростью , поэтому они, скорее всего, попадут в замедлитель до того, как будут захвачены . В среднем замедление нейтронов замедлителем занимает около 13 мкс, что достаточно для обеспечения устойчивой реакции, что позволяет вставлять поглотители нейтронов для быстрого воздействия на реактор. В результате после того, как реактор был отключен, мощность реактора значительно упадет почти мгновенно. Однако небольшая часть (около 0,65%) нейтронов в типичном энергетическом реакторе возникает в результате радиоактивного распада продукта деления. Этизапаздывающие нейтроны , которые испускаются с более низкими скоростями, ограничивают скорость, с которой ядерный реактор будет отключен. [7]

Из-за недостатков в оригинальной конструкции регулирующих стержней, остановка реактора РБМК может поднять реактивность до опасного уровня перед ее понижением. Это было замечено, когда он вызвал скачок напряжения при запуске энергоблока № 1 Игналинской АЭС в 1983 году. 26 апреля 1986 года произошла чернобыльская катастрофа из-за неисправной системы останова после остановки системы АЗ-5. был инициирован после перегрева активной зоны. Впоследствии реакторы РБМК были модернизированы с учетом неисправности или сняты с эксплуатации.

Спад тепла [ править ]

Дополнительная информация: остаточное тепло

Для реактора, который подвергается SCRAM после поддержания постоянного уровня мощности в течение длительного периода (более 100 часов), около 7% установившейся мощности останется после первоначального останова из-за распада продуктов деления. Для реактора, у которого не было постоянной мощности, точный процент определяется концентрациями и периодом полураспада отдельных продуктов деления в активной зоне во время SCRAM. Мощность, вырабатываемая остаточным теплом, уменьшается по мере распада продуктов деления.

Этимология [ править ]

Норман Хилберри (слева) и Лео Сцилард на Стэг-Филд, месте первой самоподдерживающейся ядерной цепной реакции.

Скрам обычно цитируется как аббревиатура от слова « человек с топором с предохранительным стержнем» ; однако этот термин, вероятно, является бэкронимом . Фактическим человеком с топором в первой цепной реакции был Норман Хилберри . В письме к Раймонду Мюррею (21 января 1981 г.) Хилберри писал:

Когда я появился на балконе в тот день 2 декабря 1942 года , меня провели к перилам балкона, вручили хорошо заточенный пожарный топор и сказали: «Если предохранительные стержни не сработают, перережьте эту манильскую веревку ». Само собой разумеется, что предохранительные стержни сработали, веревка не оборвалась ... Я не думаю, что когда-либо чувствовал себя таким глупым, как тогда. ... Я узнал историю SCRAM [Safety Control Rod Axe Man] только через много лет после этого. Однажды один из моих товарищей, который был в строительной бригаде Зинна, назвал меня мистером Скрэмом. Я спросил его: "Как так?" А потом рассказ.

В записи в официальном блоге Комиссии по ядерному регулированию от 17 мая 2011 года историк NRC Том Уэллок утверждает, что эта история фактически является городской легендой и возникла через много лет после этого события. [2]

Статьи из Окриджской национальной лаборатории (ORNL) указывают на то, что этот термин расшифровывается как «человек с безопасным разрезанием веревки с топором», имея в виду в этом случае ранний нейтронно-защитный механизм использования человека, оснащенного топором, для разрезания веревки, на которой подвешиваются управляющие стержни. ядерный реактор Chicago Pile, в котором стержни под действием силы тяжести упадут в активную зону реактора, остановив реактор. В частности, Уоллес Келер , техник, работавший в Манхэттенском проекте в Чикагской свае 1 , под руководством Стэгг Филд в Чикагском университете , а затем физик-исследователь в ORNL, как сообщается, сказал, что Энрико Фермипридумал термин как этот акроним. Хотя Келер не служил в качестве человека-топора, перерезавшего канат, он отвечал за сброс ведра с водным раствором кадмия в реактор, если период реактора входил в неоптимальный диапазон. [8]

Леона Маршалл Либби , присутствовавшая в тот день на Чикагской свае, напомнила [9], что этот термин был придуман Волни Уилсоном , возглавлявшим команду, которая разработала схему управляющих стержней:

Предохранительные стержни были покрыты кадмиевой фольгой, и этот металл поглотил столько нейтронов, что цепная реакция прекратилась. Волни Уилсон называл эти стержни «схватки». Он сказал, что свая «забилась», стержни «забились» в сваю.

Управляющий стержень и схема SCRAM для Чикагской сваи-1

Другие свидетели в тот день согласились с тем, что Либби приписывала Уилсону «схватку». Том Веллок, историк Комиссии по ядерному регулированию США, написал, что Уоррен Найер, студент, который работал над сборкой котла, также приписал это слово Уилсону: «Это слово возникло в ходе дискуссии доктора Уилсона, который возглавлял отдел контрольно-измерительной аппаратуры и управления. группа, была с несколькими членами его группы », - написал Найер. «Группа решила иметь большую кнопку, чтобы нажимать на тяги управления и предохранительную тягу. Как это обозначить?« Что мы будем делать после того, как нажмем кнопку? », - спросил кто-то. !, - сказал Уилсон. Билл Овербек, другой член той группы, сказал: «Хорошо, я назову это SCRAM». [10]

Самые ранние упоминания о «схватке» среди команды Chicago Pile также были связаны со схемой отключения Уилсона, а не с Hilberry. В отчете Комиссии по атомной энергии США (AEC) США за 1952 год, подготовленном Энрико Ферми, AEC рассекретила информацию о Чикагской куче. Отчет включал раздел, написанный командой Уилсона вскоре после того, как 2 декабря 1942 года на Чикагской свае произошла самоподдерживающаяся цепная реакция. Он включал электрическую схему цепи управления стержнем с четко обозначенной линией «SCRAM» (см. Изображение слева). и страницы 37 и 48). [11]

См. Также [ править ]

  • Синдром Китая  - американский драматический неонуарный триллер 1979 года Джеймса Бриджеса
  • Йодная яма  - временное отключение ядерного реактора из-за накопления короткоживущих ядерных ядов в активной зоне реактора.
  • Kill switch  - предохранительный механизм для быстрого отключения системы
  • Ядерный реактор  - устройство, используемое для инициирования и управления цепной ядерной реакцией.
  • Система безопасности ядерного реактора
  • Сергей Преминин , российский моряк, посмертно удостоенный звания Героя Российской Федерации за выполнение ручного SCRAM на подводной лодке К-219 в 1986 году.
  • Scram (видеоигра)  - 8-битная игра-симулятор ядерного реактора Atari 1981 года.

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Защита реактора и инженерные системы безопасности" . Виртуальный ядерный турист . Проверено 25 февраля 2007 года .
  2. ^ a b Веллок, Том (17 мая 2011 г.). «Разрушить миф о« схватке »с топором» . Комиссия по ядерному регулированию США . Дата обращения 26 мая 2015 .
  3. ^ "Определение SCRAM, бакроним" . Проверено 24 августа 2015 года .
  4. ^ "Определение SCRAM, бакроним" . Проверено 24 августа 2015 года .
  5. ^ "Глава 6. О нажатии АЗ-5" [Глава 6. О нажатии АЗ-5]. За ОТВЕТСТВЕННУЮ ВЛАСТЬ! За ответственную власть!.
  6. ^ Шултис, Дж. Кеннет; Ричард Э. Фау (2002). Основы ядерной науки и техники . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-0834-2.
  7. ^ Duderstadt, Джеймс Дж .; Луи Дж. Гамильтон (1976). Анализ ядерных реакторов . Wiley-Interscience. С.  245 . ISBN 0-471-22363-8.
  8. ↑ Блэкберн, Эдвин (сентябрь 2000 г.). « « Катись! »- вспоминает ветеран« Реактор »рассказ о рождении ключевого слова в ядерном жаргоне» . ORNL Reporter . Национальная лаборатория Окриджа . 19 . Проверено 25 октября 2014 года .
  9. ↑ The Uranium People , Crane, Rusak & Co., 1979.
  10. ^ Том Wellock, «Ввод Ax к Катись Миф» , Комиссияядерному регулированию США Блог, 18 февраля 2016 г. Эта статья содержит текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  11. ^ Э. Ферми, Экспериментальное производство расходящейся цепной реакции, AECD-3269 (Ок-Ридж, Теннесси: Комиссия по атомной энергии США, 4 января 1952 г.), https://www.osti.gov/biblio/4414200

Внешние ссылки [ править ]

  • Глоссарий NRC: Scram
  • Запись " Scram Switch " в файле жаргона