격납건물

Containment building
가압수형 원자로에서 원자로 건물 NRC 도면
2011년 3월 16일 후쿠시마 제1원전 3호기(오른쪽)와 4호기(왼쪽).원자로 중 3기가 과열되면서 원자로 [1]건물 밖으로 방사성 물질이 방출된 용융이 일어났다.

격납건물은 원자로를 둘러싼 철근, 콘크리트 또는 납 구조물이다.어떤 비상상황에서도 275~550kPa(40~80psi)[citation needed]의 범위에서 최대 압력으로 방사성 증기 또는 가스가 누출되는 것을 억제하도록 설계되어 있다.격납용기는 방사능 방출에 대한 네 번째이자 마지막 장벽(원자로의 심층 방어 전략의 일부)이며, 첫 번째 장벽은 연료 세라믹 자체이며, 두 번째 장벽은 금속 연료 클래드 튜브이며, 세 번째 장벽은 원자로 용기와 냉각수 [2]시스템이다.

미국의 각 원자력발전소는 최종안전성분석보고서(FSAR)에 '설계기준사고'로 명기된 특정 조건을 견딜 수 있도록 설계된다.FSAR는 일반적으로 원자력발전소 근처의 공공도서관에서 일반인이 볼 수 있다.

격납건물 자체는 일반적으로 외부 대기와 밀폐된 원자로를 둘러싸는 밀폐된 철골구조물이다.강철은 독립형 또는 콘크리트 비산물 실드에 부착되어 있습니다.미국에서는 격납 건물과 비산물 차폐의 설계와 두께가 연방 규정(10 CFR 50.55a)에 의해 규제되며,[3] 파열 없이 완전히 적재된 여객기의 충격을 견딜 수 있을 만큼 강해야 한다.

격납용기는 가장 심각한 원자로 사고에서 중요한 역할을 하지만, 단기적으로 증기를 포함하거나 응축하도록 설계되었으며(대형 파손 사고의 경우), 다른 시스템에 의해 장기적인 열 제거가 제공되어야 한다.스리마일 아일랜드 사고에서는 격납용기 압력 경계가 유지되었지만, 냉각 부족으로 인해 사고 발생 후 얼마 지나지 않아 운영자들이 과잉 [4]가압을 방지하기 위해 의도적으로 격납용기에서 방사성 가스를 내보냈다.이것은 추가적인 실패와 함께,[5] 사고 동안 최대 1,300만 퀴리의 방사성 가스가 대기로 방출되는 원인이 되었다.

후쿠시마 제1원전은 1971년 이후 안전하게 가동되었지만 설계 기준을 훨씬 넘는 지진과 쓰나미로 인해 AC 전원, 예비 발전기 및 배터리가 고장나 모든 안전 시스템을 파괴했다.이러한 시스템은 원자로가 정지된 후 연료를 냉각시키기 위해 필요했다.이로 인해 연료봉의 부분적 또는 완전한 용해, 연료 저장조 및 건물 손상, 주변 지역, 공기 및 바다로 방사성 잔해 방출, 사용후 핵연료 저장조 및 원자로 건물로 냉각수를 공급하기 위한 소방차와 콘크리트 펌프의 편리한 사용에 의존하게 되었다.사건 발생 시 원자로 1-3의 격납건물 내 압력이 설계 한계를 초과하여 상승하였고, 방사능 가스를 배출하여 압력을 낮추려는 시도에도 불구하고 격납건물 침해를 초래하였다.격납건물에서 공기와 혼합된 수소가 폭발성 혼합물로 누출되어 1, 3, 4호기에서 폭발이 일어나 원자로를 안정화하려는 시도가 복잡해졌다.

종류들

제한사고에서 증기로부터의 외부 압력이 지배력인 경우, 격납용기는 구형 설계를 지향하는 반면 구조물의 무게가 지배력인 경우 설계는 캔 설계를 지향한다.현대 디자인은 조합적인 경향이 있다.

원자로 격납시스템은 크기, 형태, 사용된 재료 및 억제시스템으로 구분된다.사용되는 격납용기의 종류는 원자로의 종류, 원자로의 발전 및 특정 발전소의 필요에 따라 결정된다.

억제 시스템은 안전 분석에 매우 중요하며 격납 건물의 크기에 큰 영향을 미칩니다.억제란 수증기가 냉각계통에서 방출된 후 응축하는 것을 말한다.붕괴열은 빠르게 사라지지 않기 때문에 장기적인 억제 방법이 있어야 하지만 이는 단순히 격납건물 표면의 주변 공기와 열 교환일 수 있습니다.몇 가지 일반적인 설계가 있지만, 안전 분석을 위해 격납용기는 "대건조", "대기하", 또는 "빙결로"로 분류된다.

가압수형 원자로

가압수형 원자로의 경우 원자로건물 전체가 원자로건물인 증기발생기와 가압기를 둘러싸고 있다.그 주변의 미사일 방어막은 일반적으로 높은 원통형 또는 돔형 건물이다.누출 설계 기준 사고 중 원자로 건물 전략은 냉각제 상실 사고에서 발생하는 증기/공기 혼합물이 팽창할 수 있는 적절한 부피를 제공해야 하기 때문에 PWR 원자로 건물 내 최종 압력(누출 추진력)이 제한되기 때문에 일반적으로 대형(BWR의 최대 7배)이다.ent 빌딩

Siemens, Westinghouse 및 연소 엔지니어링을 포함한 초기 설계는 대부분 철근 콘크리트로 만들어진 캔 모양이었습니다.콘크리트는 인장력에 비해 압축강도가 매우 우수하기 때문에 격납용기의 매우 무거운 윗부분이 갑자기 격납용기 압력이 상승할 경우 인장응력을 방지하는 큰 하향력을 발휘하기 때문에 건축자재에 대한 논리적인 설계이다.원자로 설계가 진화함에 따라 PWR에 대한 거의 구형 원자로 건물 설계도 많이 구축되었다.사용되는 재료에 따라서는 구체가 단순히 큰 압력을 담는 데 가장 적합한 구조이기 때문에 이것은 가장 명백한 논리적인 설계입니다.대부분의 현재 PWR 설계에는 원통형 하부와 반구형 상부가 있는 두 가지 조합이 포함된다.

현대적 설계도 강철 격납 구조를 사용하는 쪽으로 더 많이 전환되었습니다.경우에 따라서는 철근을 콘크리트 내부에 라이닝하기 위해 사용되는데, 이는 격납건물이 높은 압력을 받는다는 가정 하에 두 재료의 강도에 기여한다.그러나 다른 새로운 설계에서는 현재 독일 PWR 설계에서 수십 년 동안 사용되고 있는 강철과 콘크리트 격납 건물, 특히 AP1000과 유럽 가압형 원자로는 둘 다 사용할 계획이다.이것은 외부 콘크리트에 의한 비산물 보호와 내부 강철 구조물에 의한 가압 능력을 제공한다.AP1000은 대형 사고 발생 시(냉각탑의 구조와 동일한 방식으로) 철골 구조물 위로 공기를 이동시키고 원자로 건물 냉각에 도움이 된다는 논리로 철골 구조물을 둘러싼 콘크리트 구조물 바닥에 통풍구를 계획했습니다.

  • Three Mile Island was an early PWR design by Babcock & Wilcox, and shows a 'can' containment design that is common to all of its generations

    스리마일 아일랜드(Three Mile Island)는 밥콕&윌콕스사의 초기 PWR 설계로 전 세대의 공통적인 '캔' 격납용기 설계를 보여준다.

  • A more detailed image for the 'can' type containment from the French Brennilis Nuclear Power Plant

    프랑스 브레닐리스 원자력발전소의 '캔'형 격납용기 상세 이미지

  • The twin PWR reactor containments at the Cook Nuclear Plant in Michigan

    미시간 쿡 원자력 발전소의 쌍둥이 PWR 원자로 격납 시설

  • A German plant exhibiting a nearly completely spherical containment design, which is very common for German PWRs; it is a double-containment with an inner steel shell

    독일 PWR에 매우 일반적인 거의 완전한 구형 격납용기 설계를 나타내는 독일 플랜트. 내부 강철 쉘을 가진 이중 격납용기입니다.

러시아의 VVER-1000 설계는 PWR 자체이기 때문에 배기열 대책에 관해서는 현대의 다른 PWR과 거의 동일합니다.그러나 VVER-440 타입은 설계 압력이 상대적으로 낮은 이른바 버블 응축기 형태로 상당히 취약한 격납용기를 가지고 있습니다.

경수 흑연 원자로

경수 흑연 원자로는 소련에서만 건설되었다. RBMK 설계에서는 2차 격납 건물과 같은 구조를 사용했지만, 원자로 상판은 보호 구조의 일부였다.1986년 체르노빌 사고 때, 이 판은 예상 한계를 넘는 압력을 받아 상승했습니다.

비등수형 원자로

일반적인 BWR Mark I 격납 건물의 단면 스케치

BWR에서는, 격납 전략은 조금 다릅니다.BWR의 격납은 원자로 및 관련 냉각 기기가 위치한 드라이웰과 웨트웰로 구성된다.드라이웰은 PWR 격납용기보다 훨씬 작고 더 큰 역할을 합니다.이론누설설계기준사고 동안 원자로냉각수는 드라이웰에서 증기로 점멸하여 급속하게 가압한다.드라이웰의 환기 파이프 또는 튜브는 웨트웰(토러스 또는 억제 풀이라고도 함)에서 유지되는 수위 아래로 증기를 유도하여 증기를 응축시켜 최종적으로 도달되는 압력을 제한합니다.드라이웰과 웨트웰은 모두 2차 격납건물로 둘러싸여 있으며, 정상 운전 및 급유 시 대기압 또는 부압으로 약간 유지된다.

일반적인 격납용기 설계는 Mark I, Mark II 및 Mark III라는 이름으로 참조된다.마크 I은 물을 포함한 강철 토러스인 웨트웰 위에 반전된 전구를 닮은 드라이웰로 구분되는 가장 오래된 것입니다.Mark II는 최신 BWR-4 및 BWR-5 원자로에 사용되었다.콘크리트 슬래브 위에 잘린 원뿔을 형성하는 드라이웰을 "오버 언더" 구성이라고 합니다.아래는 판금뿐만 아니라 콘크리트로 만든 원통형 억제실입니다.둘 다 가벼운 강철 또는 콘크리트 "2차 격납용기"를 상단 바닥 위에 사용하여 공기를 여과할 수 있도록 약간의 음압으로 유지합니다.상단 레벨은 지상 바닥에서 무거운 연료 캐스킷을 이동시키고 원자로와 원자로 유정에서 하드웨어를 제거/교체하기 위해 두 개의 긴 벽 사이에 매달린 머리 위 크레인이 있는 넓은 개방 공간이다.원자로 유정은 침수될 수 있으며, 일반적으로 연료봉 위에 배치되는 원자로 하드웨어를 저장하기 위해 양쪽에 게이트로 분리된 웅덩이에 의해 가로놓여 있다.급유 플랫폼은 "소똥구멍"을 통해 원자로 노심 영역까지 [6]연료봉 조립체를 정밀하게 올리고 내리기 위한 특수 신축 마스트를 가지고 있다.Mark III는 PWR과 비슷한 콘크리트 돔을 사용하며 다른 층에 사용된 연료봉을 보관하기 위한 별도의 건물이 있다.세 가지 유형 모두 원자로 계통의 과도기 동안 방출되는 증기를 억제하기 위해 억제 풀의 큰 수역을 사용한다.

마크 I 원자로는 후쿠시마 I 원전 사고와 관련된 후쿠시마 I 원자력 발전소의 원자로에 사용되었다.현장은 설계기준 이상의 두 가지 사건, 원자로 배관과 구조물에 손상을 입혔을 수도 있는 강력한 지진, 연료탱크, 발전기, 배선이 파괴되어 예비 발전기가 고장 났으며 배터리 구동 펌프도 결국 고장 났다.냉각 부족과 끓어오르는 물을 복구하는 데 필요한 펌프의 고장으로 인해 연료봉의 부분적 또는 완전히 물에 의해 용해될 가능성이 있었다.이로 인해 상당한 양의 방사성 물질이 공기와 바다로 방출되고 수소 폭발이 일어났다.얇은 2차 격납고는 수소폭발을 견딜 수 있도록 설계되지 않았고 지붕과 벽이 파괴되거나 크레인이나 급유 플랫폼을 포함한 급유장의 모든 장비가 파괴되었다.3호기는 항공사진에서 볼 수 있듯이 300m가 넘는 파편 기둥을 만들어 꼭대기 층의 북쪽 끝부분을 붕괴시키고 서쪽의 콘크리트 기둥에 버클을 다는 등 특히 큰 폭발을 겪었다.수소를 배기 스택으로 배출하기 위해 개조된 경화 환기 시스템이 장착되었지만 전원이 없으면 효과가 없었을 수 있습니다.후쿠시마 사고 이전에도 Mark I 격납 시설은 정전 [7][8]시 파손될 가능성이 높다는 지적을 받아 왔다.

일반적으로 정사각형 건물이 보조 격납 건물에 사용되기 때문에 멀리서 보면 BWR 설계는 PWR 설계와 매우 다르게 보입니다.또한 터빈과 원자로를 통과하는 루프는 1개뿐이고 터빈을 통과하는 증기 또한 방사능이기 때문에 터빈 건물도 상당한 차폐가 필요하다.이는 유사한 구조의 두 건물로 이어지며, 높은 건물은 원자로를 수용하고 긴 건물은 터빈 홀과 지지 구조물을 수용한다.

  • The former German BWR-unit Krümmel; the steel containment is within the reactor building on the right

    구 독일 BWR 유닛 Krümmel. 강철 격납용기는 오른쪽 원자로 건물 내에 있다.

  • A typical two-unit US-BWR at the Brunswick Nuclear Generating Station; the containments (Mark I) are within the cubical shield buildings too

    브런즈윅 원자력 발전소의 전형적인 2유닛 US-BWR. 격납건물(마크 I)도 입방형 실드 건물 내에 있다.

  • Modern plants have tended towards a design that is not completely cylindrical or spherical, like this containment within the blue painted reactor building of the Clinton Nuclear Generating Station

    현대식 발전소는 클린턴 원자력 발전소의 파란색 페인트 원자로 건물 안에 있는 이 격납 건물처럼 완전히 원통형이나 구형이 아닌 설계를 선호해 왔다.

CANDU 플랜트

캐나다 발명 중수소-우라늄 설계에서 이름을 따온 CANDU 발전소는 다른 발전소 설계보다 다양한 원자로 건물 설계와 억제 시스템을 사용한다.노심 설계의 특성으로 인해 동일한 전력 정격의 배기열차 크기는 일반적인 PWR보다 큰 경우가 많지만, 많은 혁신으로 이 요건이 감소되었습니다.

많은 멀티유닛 CANDU 스테이션은 물 분무식 진공 건물을 사용합니다.현장의 모든 개별 CANDU 장치는 격납용기의 일부이기도 한 대형 감압 덕트에 의해 이 진공 건물에 연결됩니다.진공 건물은 가정된 파괴에서 나오는 증기를 빠르게 끌어들여 응축함으로써 원자로 건물 압력이 대기권 아래로 되돌아갈 수 있습니다.이것은 환경으로의 [9]핵분열 생성물 방출 가능성을 최소화한다.

또한 이중 격납용기를 사용하는 유사한 설계도 있어 두 개의 유닛에서 격납용기가 연결되어 있어 대형 사고의 경우 격납용량을 늘릴 수 있다.이것은 이중 단위와 억제 풀이 구현된 인도의 HWR 설계에 의해 개척되었습니다.

그러나 가장 최근의 CANDU 설계에서는 각 [10]유닛에 대해 하나의 기존 건조 격납용기가 필요합니다.

  • The Bruce B Generating Station, showing a large vacuum building (left) serving 4 separate units that have a BWR-like shield building around them individually

    Bruce B 발전소(왼쪽)는 4개의 유닛에 각각 BWR 모양의 실드 빌딩이 있는 진공식 대형 건물(왼쪽)을 보여줍니다.

  • Qinshan phase III consists of two CANDU units where the containment system is autonomous for each unit

    Qinshan 단계 III는 격납 시스템이 각 장치에 대해 자율적인 2개의 CANDU 장치로 구성됩니다.

  • A single unit of the Pickering Nuclear Generating Station, showing a slightly different shape from a typical PWR containment, which is mostly due to the larger footprint required by the CANDU design. The vacuum building can be seen partly obscured on the right.

    피커링 원자력 발전소의 단일 장치로, 일반적인 PWR 격납 건물과는 약간 다른 형태를 보인다. 이는 대부분 CANDU 설계에 의해 요구되는 더 큰 풋프린트 때문이다.오른쪽에서 진공 건물이 부분적으로 가려져 있는 것을 볼 수 있습니다.

설계 및 테스트 요건

격납건물 내 격납구역의 NRC 이미지.

미국에서는 연방규제 강령 파트 50, 부록 A, 일반설계기준(GDC 54-57) 또는 기타 설계기준의 제목 10은 격납건물 벽을 관통하는 라인의 격리에 대한 기본적인 설계기준을 제공한다.증기 라인과 같은 격납 시설을 관통하는 각 대형 파이프에는 부록 A에서 허용하는 대로 구성된 격리 밸브가 있습니다. 일반적으로 두 개의 [11]밸브가 있습니다.작은 라인은 안쪽과 바깥쪽입니다.대형 고압 라인의 경우, 방출 밸브를 위한 공간 및 유지관리 고려사항은 설계자가 라인이 격납건물에서 나오는 곳 근처에 격리 밸브를 설치하게 한다.원자로냉각수를 운반하는 고압배관에서 누출이 발생할 경우 이들 밸브는 원자로건물에서 방사능이 빠져나가는 것을 방지하기 위해 빠르게 닫힌다.격납용기를 관통하는 대기 시스템용 라인의 밸브는 일반적으로 닫혀 있다.격납용기 격리 밸브는 고에너지 라인 파괴 중에 발생하는 격납용기 고압과 같은 다양한 다른 신호(예: 주증기 또는 급수 라인)에도 닫힐 수 있다.격납건물은 증기/결과 압력을 억제하는 역할을 하지만 일반적으로 가압수형 원자로에서 그러한 파괴와 관련된 방사능 결과는 없다.

정상 작동 중에는 밀폐되어 있으며 해상 스타일의 에어록을 통해서만 접근할 수 있습니다.고온의 공기와 노심으로부터의 방사선은 발전소가 최대 출력으로 가동하고 있는 동안 원자로 건물 안에서 지낼 수 있는 시간을 분 단위로 제한한다.NRC 규제에서 "설계 기준 사고"라고 불리는 최악의 경우 원자로 건물에는 용융을 봉쇄하고 억제하도록 설계된다.용융을 방지하기 위해 다중 시스템이 설치되지만 정책상 용융이 발생하는 것으로 가정되어 격납건물 요건이 된다.설계상 원자로용기의 배관이 파손되어 원자로용기 내의 물이 원자로건물 내부 대기로 방출되어 증기로 점멸하는 "LOCA"(냉각재상실사고)가 발생하는 것으로 가정한다.압력에 견딜 수 있도록 설계된 격납 건물 내부의 압력 증가는 격납 건물 스프레이("분무")를 작동시켜 증기를 응축시켜 압력을 낮춥니다.SCRAM(중성자 트립)은 브레이크가 발생한 직후에 시작됩니다.안전 시스템은 격리 밸브를 폐쇄하여 기밀 격납 건물로 비필수 라인을 폐쇄합니다.비상 노심 냉각 시스템은 연료를 냉각시키고 연료가 녹는 것을 방지하기 위해 빠르게 켜집니다.사건의 정확한 순서는 원자로 [12][13]설계에 따라 달라진다.

미국의 격납건물들은 10 CFR Part 50, 부록 J. 격납건물 통합누수율 시험(타입 "A" 시험 또는 CILRT)에 따라 격납건물 및 격납건물 격리조항의 의무시험을 15년 단위로 수행한다.국소누설률시험(타입 B 또는 타입 C 시험, LLRT)은 사고에서 발생할 수 있는 누출을 식별하고 누출경로를 찾아 고정하기 위해 훨씬 더 자주[citation needed] 수행된다.LLRT는 격납용기 격리 밸브, 해치 및 격납용기를 관통하는 기타 부속품에 대해 수행됩니다.원자로는 각 정지 후 원자로를 재가동하기 전에 원자로건물 건전성을 입증하기 위해 운전면허에 의해 요구된다.요건은 만족스러운 국소 또는 통합 테스트 결과(또는 ILRT 수행 [14]시 두 테스트의 조합)로 충족될 수 있습니다.

1988년 Sandia National Laboratories는 제트 전투기를 775km/h(482mph)[15][16]의 속도로 대형 콘크리트 블록에 충돌시키는 실험을 실시했다.그 비행기는 콘크리트에 깊이 64밀리미터의 구멍만 남겼다.블록은 격납건물 비산물 실드처럼 구축되지 않았지만 고정되지 않은 등 지표로 간주됐다.EPRI의 후속 연구인 전력연구소는 민간 여객기가 위험을 [17]초래하지 않는다고 결론지었다.

터키 포인트 원자력 발전소는 1992년 허리케인 앤드류의 직격탄을 맞았다.터키 포인트는 2개의 화석 연료 유닛과 2개의 핵 유닛을 가지고 있다.9천만 달러 이상의 피해가 발생했는데, 주로 물탱크와 현장에 있는 화석 연료 장치 중 하나의 굴뚝에 피해를 입혔지만, 격납 건물들은 [18][19]손상되지 않았다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Martin Fackler (1 June 2011). "Report Finds Japan Underestimated Tsunami Danger". New York Times.
  2. ^ 원자력 발전소 보안 시스템, PDH 코스 E182
  3. ^ "§ 50.150 Aircraft impact assessment".
  4. ^ [미국 원자력규제위원회 스리마일 섬 사고에 관한 팩트시트]http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/fact-sheets/3mile-isle.html]
  5. ^ [스리마일 섬 사고에 관한 대통령 위원회의 보고서]http://www.threemileisland.org/downloads/188.pdf Wayback Machine에서 2011-04-09 아카이브 완료]
  6. ^ 원자력 관련 모든 것:후쿠시마 사용후 핵연료 저장조의 잠재적 누출원
  7. ^ Jia Lynn Yang (March 14, 2011). "Nuclear experts weigh in on GE containment system". Washington Post. Retrieved 18 March 2011.
  8. ^ Nick Carbone (March 16, 2011). "Fukushima Reactor Flaws Were Predicted – 35 Years Ago". Time.
  9. ^ 핵관광객(다음 참조)
  10. ^ CANDU 격납용기의 안전성 2007-09-29 아카이브 완료
  11. ^ "Flowserve Corporation - Edward" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2006-03-18. Retrieved 2005-07-07.
  12. ^ 일련의 사건, ABWR 원자로 설계:
  13. ^ 일련의 이벤트, CANDU 원자로 설계:
  14. ^ 누수
  15. ^ Planet Ark : NRC가 미국 원자력 발전소의 공습 위험을 평가한다.
  16. ^ "Footage of 1988 rocket-sled test", Video Gallery, Sandia National Labs, retrieved January 22, 2013
  17. ^ "Analysis of Nuclear Power Plants Shows Aircraft Crash Would Not Breach Structures Housing Reactor Fuel" (Press release). Nuclear Energy Institute. December 23, 2002. Archived from the original on January 28, 2017. NEI 분석 결과 항공기는 침입하지 않습니다
  18. ^ NRC 터키 포인트 1
  19. ^ NRC 터키 포인트 2

외부 링크