실험 브리더 원자로 II

좌표: 43°35′42″N 112°39′26″w / 43.595039°N 112.657156°W / 43.595039; -112.657156

실험 브리더 원자로-Ⅱ(EBR-II)는 아이다호주 국립 원자로시험소 아르곤네 국립연구소가 설계, 건설, 운용하는 나트륨 냉각 고속 원자로다.^[1] 1994년에 폐쇄되었다. 원자로의 보관소는 2005년 설립 후 아이다호 국립 연구소로 이관되었다.

1964년 7월에 초기 작전이 시작되었고, 1965년에 총 3,200만 달러(2019년 2억 6천만 달러) 이상의 비용으로 임계치를 달성했다. EBR-II의 설계와 운용에서 원래 강조했던 것은 고체 금속 연료의 현장 재처리가 가능한 완전한 사육자-원자로 발전소를 시연하는 것이었다. 약 67%의 우라늄-235로 농축된 연료 원소는 스테인리스강관에 밀봉되어 약 65%의 농축에 도달했을 때 제거되었다. 중성자 독을 제거하기 위해 튜브를 봉인 해제하고 재처리해 농축을 늘리기 위해 신선한 U-235와 혼합한 뒤 원자로에 다시 넣었다.

원래의 브리더 사이클에 대한 시험은 1969년까지 진행되었고, 그 후 원자로는 통합형 고속 원자로 개념에 대한 개념을 시험하기 위해 사용되었다. 이 역할에서 EBR-II 코어의 고에너지 중성자 환경은 미래의 대형 액체 금속 원자로를 위한 연료와 재료 시험에 사용되었다. 이러한 실험의 일환으로 1986년 EBR-II는 완전한 냉각 펌프 고장을 시뮬레이션하는 실험적인 정지를 겪었다. 셧다운 이후 붕괴열기에 나트륨 냉각재 자연대류를 통해 연료를 자체 냉각하는 능력을 입증했다. 그것은 1994년 9월에 해체되기 전까지 IFR 지원 역할과 많은 다른 실험에서 사용되었다.

1969년 9월에 도달한 풀 전력 운전에서 EBR-II는 기존의 3루프 증기 터빈 시스템과 3차 강제 공기 냉각 타워를 통해 약 62.5메가와트의 열과 20메가와트의 전기를 생산했다. 평생 동안 그것은 20억 킬로와트시 이상의 전기를 발생시켜 대다수의 전기를 공급했고 또한 Argonne National Laboratory-West의 시설에도 열을 공급했다.

디자인

연료는 직경 5mm, 길이 33cm(13인치)의 우라늄 막대로 구성된다. 신선할 경우 67% 우라늄-235로 농축되어 제거 후 농도가 약 65%까지 낮아진다. 그 막대들에는 10%의 지르코늄도 들어 있었다. 각 연료 요소는 소량의 나트륨 금속과 함께 얇은 벽의 스테인리스강 튜브 안에 배치된다. 튜브는 상단부에 용접되어 73cm(29인치) 길이의 유닛을 형성한다. 나트륨의 목적은 열전달물질의 기능을 하는 것이다. 점점 더 많은 우라늄이 핵분열을 겪으면서 핵분열이 생기고 나트륨이 공극으로 들어간다. 그것은 중요한 핵분열 생성물인 세슘-137을 추출하고, 따라서 강한 방사능이 된다. 우라늄 위의 공극은 주로 크립톤-85의 핵분열 가스를 모은다. 길이가 234cm(92인치)인 육각형 스테인리스 재킷 안의 핀 클러스터는 벌집처럼 조립된다. 각 유닛에는 약 4.5kg(10lbs)의 우라늄이 있다. 다 합쳐서 핵에는 약 308kg(680lbs)의 우라늄 연료가 들어 있는데, 이 부분을 드라이버라고 한다.

EBR-II 코어는 우라늄과 플루토늄의 산화물, 카바이드 또는 질화물 등 다양한 금속 및 세라믹 연료와 우라늄-플루토늄-지르코늄 연료와 같은 금속 연료 합금을 연료로 하여 조사 및 운영 신뢰성 시험을 위한 65개의 실험 하위 어셈블리를 수용할 수 있다. 다른 횡단구성요소 위치는 구조 재료 실험을 포함할 수 있다.

수동 안전

EBR-II의 풀 형태의 원자로 설계는 수동적 안전성을 제공한다. 즉, 원자로 노심, 연료 취급 장비 및 기타 원자로의 많은 계통은 녹은 나트륨에 잠겨 있다. EBR-II는 연료로부터 냉각재까지 열을 쉽게 전달하고 비교적 낮은 온도에서 작동하는 오일을 공급함으로써 온도를 증가시키는 비정상적인 상황에서 냉각재, 연료 및 구조물의 팽창을 최대한 활용한다. 비정상적인 상황에서 연료와 구조물의 확장은 인간 운전자의 개입 없이 시스템을 정지시키는 원인이 된다. 1986년 4월, EBR-II에 대해 두 번의 특별 시험을 실시하였는데, 이 시험에서는 원자로가 최대 출력(62.5메가와트, 열)인 상태에서 주 1차 냉각 펌프가 정지되었다. 정상적인 정지계통이 간섭하지 못하게 함으로써 약 300초 이내에 원자로 출력이 거의 0에 가깝게 떨어졌다. 연료나 원자로의 손상은 없었다. 같은 날 이 시범은 또 다른 중요한 시험이 이어졌다. 원자로가 다시 최대 출력으로 가동되면서 2차 냉각계통의 유량이 정지됐다. 이 실험은 원자로 열이 갈 곳이 없었기 때문에 온도를 증가시켰다. 1차(원자로) 냉각 시스템이 뜨거워지면서 연료와 나트륨 냉각제, 구조물이 팽창하면서 원자로가 정지됐다. 이번 시험에서는 1차 냉각장치의 열제거 능력이 상실되더라도 열팽창 등 고유 기능을 이용해 정지하는 것으로 나타났다.^[2]

EBR-II는 이제 죽었어 또한 EBR-II 정지 활동에는 EBR-II 옆에 위치한 연료 조절 시설에서 전기수술식 연료 처리 과정을 사용하여 방전된 사용후 연료의 처리가 포함된다.

EBR-II에 대한 청소 프로세스에는 나트륨 냉각재 제거 및 처리, EBR-II 나트륨 시스템의 청소, 기타 화학적 위험의 제거 및 통과, 비활성화된 구성 요소와 구조물을 안전한 상태로 두는 것이 포함된다.

관련시설

EBR-II의 목적은 금속 연료의 현장 재처리로 나트륨 냉각 고속 원자로 발전소의 작동을 시연하는 것이었다. 현장 재처리라는 이 목적을 달성하기 위해 EBR-II는 다음과 같이 구성된 광범위한 시설 복합체의 일부였다.

• 연료 조절 시설: EBR-II 및 기타 원자로의 사용후 연료를 재처리하고 전기 재처리기를 사용하여 사용후 연료의 전기적 치료
• 연료 제조설비: 금속연료소자 제조설비
• 고온연료 검사시설 : 고방사성 물질을 원격으로 취급·검사하는 「핫셀」단지
• 나트륨 처리 시설: 반응성 나트륨을 저준위 폐기물로 처리하는 시설

일체형 고속 원자로

EBR-II는 EBR-II의 의도된 후속 장치인 IFR(Integrated Fast Rotor, IFR)의 프로토타입 역할을 해왔다. IFR 프로그램은 1983년에 시작되었지만, 의도된 프로그램 완료 3년 전인 1994년에 미 의회에 의해 자금이 회수되었다. IFR 개발에 관여했던 제너럴 일렉트릭의 원자력 사업부는 IFR: S-PRISM 원자로의 상용 버전을 위한 설계를 제시했다.^{[dubious – discuss]}

갤러리

• 

  EBR-II

• 

  전자레피너

• 

  음극 처리기

• 

  1986년 EBR-II 제어실

• 

  EBR-II의 스키마

• 

  사용후연료 처리과정 스키마

참고 항목

• EBR-I

참조

인용구

참고 문헌 목록

• Till, Charles; Chang, Yoon Il (2011). Plentiful energy : the story of the integral fast reactor, the complex history of a simple reactor technology, with emphasis on its scientific basis for non-specialists. ISBN 1466384603.

외부 링크

• EBR-II는 "Argonne National Laboratory에 의해 디자인된 반응기" 웹사이트에 있다.
• 실험 브리더 원자로-II(21MB) 레너드 J. 코흐
• Westfall, Catherine (Feb 2004). "Vision and reality: The EBR-II story" (PDF). Nuclear News: 25–32.
• 수동적으로 안전한 원자로는 냉방을 위해 자연에 의존한다.