RAPID-L

RAPID-L

RAPID-L, RAPID-LAT (L: Doon base, A: Automatic，T:열전)은 달과 화성의 식민지를 위한 강국으로 구상된 마이크로 원자로 개념이다.액체 리튬-6 설계를 이용한 RAPID 시리즈(Refueling by All Pins Integrated Design) 고속 브리더 원자로를 기반으로 한다.이 연구는 1999-2001 회계연도에 일본 원자력 연구소(JAERI)의 자금 지원을 받았다.이번 연구는 일본 중앙전력산업연구소(CRIEPI) 코마에 연구소가 맡았다.[1]

역사

1999년 미국 에너지부(DOE)는 원자력 연구 이니셔티브(NERI) 프로젝트(2001년부터[2] 국제 원자력 연구 이니셔티브 I-NERI와 혼동하지 않기 위해)를 시작했다.그것의 목표는 혁신적인 공공 연구를 요청하는 것이었다.주제는 초안전·초소형 원자로를 만드는 것이었다.SP-100에서 영감을 받아 1990년부터 JAERI가 자체 개발한 고온가스냉각형 원자로(HTGR) 고온공학시험용 원자로인 알칼리금속 열전변환기(AMTEC), 1993년부터 1995년까지의 CRIPI의 RAPID & RAPID-A 프로젝트 등이 RAPID-L 연구를 의뢰했다.

원래의 연구는 달 기지나 화성 기지에서 사용하기 위해 가정된 초안심 초소형 고속 원자로 RAPID-L을AT 찾았다.화성이나 달 기지를 가정하는 이유는 두 천체의 중력의 1/3과 1/6이 지구 중력의 1/6이 밀접하기 때문이었다.[3]이 연구는 3개년 계획을 따랐다.

  • 1999: 기본 개념; 재료 연구
  • 2000: 혁신 기술 및 그 실현 가능성 실험; FCA(Fast Critical Assembly) 테스트
  • 2001: IMT-2000 3GPP - LIM 테스트; 발전소 역학 분석

설계 고려사항

  • 자연순환은 원자로에 필요한 능력이었다.냉각제 리튬-6은 온도 요구사항에 따라 선택되었으며 비등점(1615 K=1342 °C)이 나트륨(882 °C)이나 칼륨(757 °C)보다 높다.또 다른 이유는 중성자 흡수기 역할뿐만 아니라 반응에 의한 헬륨 가스 발생(n, α)이다.이를 위해서는 헬륨을 제거하고 추출할 수 있는 능력이 필요했다.[3]
  • 가동중 점검(ISI)을 완화하기 위한 원자로 구조물의 축소와 단순화가 목표였다.RAPID 설계 개념의 적용이 이 모든 것을 해결할 것으로 결정되었다.RAPID 개념은 또한 20년 이상 동안 연료가 공급되지 않은 가동 시간을 제공할 것이다.[3]
  • 당시 우주왕복선과 H-2의 발사는 지름 3.7m, 길이 10m 이하, 질량 10t 이하로 한도를 정한 것을 고려했다.달과 화성의 중력 또한 고려되었다.이러한 요건을 충족하기 위해서는 연장된 용해로 구조가 필요하다고 판단되었다.지진 요건이 지구상에 비해 완화됨에 따라 구조물의 손상에 대한 우려가 줄어들었다.원자로에는 자유파전면 설계가 채택되었다.나아가, 수송을 두 번의 발사로 나눈다고 가정했다.[3]
  • 달의 무게는 기껏해야 670kg이 될 것이고 단순한 두루미가 감당할 수 있을 것으로 추측되었다.2x6m 구덩이를 굴착하기 위한 중장비가 동원될 것으로 예상됐다.[3]

일반 설명

RAPID와 RAPID-L 디자인은 일본 CRIEPI에 의해 개발되었다.RAPID-L 설계는 사람의 실수로 인한 사고를 방지하기 위한 액상금속 고속증식기(LMFBR) 개념이다.유지보수가 자유로워 본질적으로 안전한 장수 코어를 만드는 것이 목표였다.이는 원자로가 달에 사용될 예정이었기 때문에 필요한 요건이었다.[1] [3] [4]

이를 위해 몇 가지 혁신적인 아이디어가 채택되었다.

  • 라디에이터 패널이 있는 열 시스템
  • 빠르고 단순화된 연료교체 실현을 위한 통합연료 조립체(IFA)
  • 급유 없는 10년 작전
  • 제어봉 등이 없는 혁신적인 반응도 제어 시스템

RAPID-L은 우라늄 니트라이드 연료(각각 40%, 50% 농축)와 액체 리튬-6 냉각수를 이용한 열전 전력 변환 시스템으로, 화력 5MW, 전력 200kW이다.리튬 입구와 출구의 정격 온도는 1,030 °C와 1,100 °C이다.리튬-6은 중성자 흡수기 역할도 한다.이런 종류의 첫 원자로다.기존 고속로에서는 리튬-6가 중성자 흡수재로 사용되지 않아 일본원자력연구원(JAERI)의 고속임계집합(FCA)에서 측정이 이뤄졌다.FCA 코어는 RAPID-L의 핵심 스펙트럼을 시뮬레이션하기 위해 고농축 우라늄과 스테인리스강 샘플로 구성되었다.표본들은 95% 리튬-6으로 농축되었고 각 위치에서의 반응도 측정을 위해 코어 축과 평행한 코어 축에 삽입되었다.핵심 부위에서 측정된 반응성은 계산과 일치한다는 것이 밝혀졌다.코어 설계에 대한 치우침 인자는 실험 결과와 계산된 결과 간의 비교를 통해 얻었다.[3] [5] [6]

RAPID(Refueling by All Pins Integrated Design) 고속로 개념의 변형으로서 빠르고 간단한 방법으로 재급유가 가능하다.이 기능에 필수적인 것은 원자로 노심이 기존의 연료 횡단구성요소 대신 통합연료 조립체(IFA)로 구성된다는 것이다.이 소형 코어는 IFA에 의해 결합된 2700개의 연료 요소(핀)를 가지고 있으며, 코어 지지 그리드와 여러 개의 스페이서 그리드로 구성되며, 연료 카트리지에 조립된다.이 카트리지는 유닛으로 교체할 수 있다.원자로는 최대 10년(명목 전력 80%) 동안 연료교체 없이 운전할 수 있다.원자로에는 제어봉이 없다.완전 자동 운전을 달성하기 위해 원자로는 리튬 팽창 모듈(LEM), 리튬 주입 모듈(LIM) 및 리튬 방출 모듈(LRM) 등 다양한 반응도 제어 시스템에 의존한다. LEM은 고유 반응도 피드백, LIM은 고유 극한 정지, LRM은 자동화된 원자로 기동이다.이러한 수동 시스템은 연료 고갈의 영향을 완화시켜 긴 연료 수명을 허용한다.완전 자동 운전을 달성하기 위해 노심 내에 필요한 LEM과 LIM의 수를 결정하기 위해 편향 계수를 이용하였다.[3] [6] [7]

원자로는 기본적으로 루프형 구성과 직경 2m, 깊이 6.5m, 무게 약 7.6t의 원자로 컨테이너를 가지고 있다.이 RAPID 개념은 연료 카트리지에 통합되어 있기 때문에 diagrid나 코어 지지 구조가 없다.단순한 원자로 컨테이너는 가장 중요한 ISI(In-Service Inspection)를 더 쉽게 만들 것이다.ISI는 각 급유에 대해 수행될 수 있다.원자로는 지반이 필요한 차폐물을 제공할 수 있도록 등급 이하로 설치하도록 설계되었다.별도의 전자기 펌프와 연료 카트리지는 연결 튜브에 의해 연결된다.원자로 하위시스템은 기존의 연료취급계통을 없애기 위한 RAPID 급유 개념으로 특징지어진다.이를 통해 유사한 액체 금속 냉각 고속 원자로 시스템에 비해 60%의 원자로 블록 질량을 상당히 절약할 수 있다.[3] [6]

원자로제어

연소 보상은 LEM에 의해 자동으로 이루어지며, 연료 카트리지의 수명이 끝날 때 공칭 출력의 80%를 달성한다.LEM은 Li의6 볼륨 확장에 의해 작동되는 온도계 같은 장치다.이 "액체 제어봉"은 설계 수명 동안 원자로 출력을 거의 일정하게 유지할 수 있다.1차냉각재 유량을 조정하여 부분부하 운전이 가능하다.원자로 출력은 LEM 반응도 피드백으로 인해 1차 냉각재 유량에 비례한다.LRM은 냉동 밀봉으로 나누어진 봉투로 구성되어 있다.능동 코어 내에 있는 하부 챔버에는 95%가 농축된 Li6 저장소가 있는 반면 상부 챔버에는 원자로 시동 전 진공 상태가 된다.1차 냉각재 온도가 대기온도에 도달하면 원자로 시동이 자동으로 수행될 수 있다.냉각제 난방은 1차 펌프 순환에서 열을 방출하여 달성할 수 있다.그 후 LRM의 동결 밀봉은 고온 대기 온도(약 780°C)에서 녹게 되며, Li는6 낮은 레벨(활성 코어 레벨)에서 높은 레벨로 천천히 방출되어 양의 반응도 증가를 달성한다.스타트업을 완료하는 데 7시간이 소요된다.LIM은 보호되지 않은 과도현상에서도 충분한 부반응도 피드백을 보장한다.LRM은 1차 냉각재의 고온 대기 온도를 감지하여 자동 원자로 시동을 가능하게 한다.이 모든 시스템은 Li를6 사용하며 매우 신뢰성이 높은 물리적 특성(LEM의 경우 Li의6 볼륨 확장, LIM과 LRM의 경우 동결 실 용해)에 의해 작동된다. Quick LEM의 구성은 24 LEM이 필요한 느린 LEM의 구성보다 작은 크기의 3+(1) LEM이 필요하다.RAPID-L은 설계 개념에 LEM 28개, LIM 16개, LRM 16개를 탑재했다.16개의 LRM 중 2개는 매장량 또는 더미다.그것은 매우 중복된 시스템이다.이러한 장치 중 일부의 고장은 냉각재에 약간의 온도 편차를 야기할 수 있다.대부분의 LEM이 고장날 경우 LEM에 의한 연소보상이 불가능할 수 있으며, 원자로가 정지된다.[1][3] [6]

원자로 설치 및 발사

원자로는 H-2 발사체가 달에 가기 전에 저지구궤도(LEO)로 발사할 수 있다.이어 지름 2m, 깊이 6m의 원통형 구멍에 설치된다.4개의 열전 에너지 변환 세그먼트와 8개의 라디에이터 패널이 원자로 주위에 배치되어 있다.[1]

도시바 논란

도시바는 RAPID-L의 연구개발에 관여하는 것으로 자주 언급되어 왔지만, 이는 일본 문서나 현대 과학이나 언론 뉴스에서도 확인할 수 없었다.미쓰비시 연구소 ，주식회사는 유일하게 상장된 법인이었다.[1] [4] [6] [8] [9] 이런 오해는 도시바 4S가 2007년 미국 원자력규제위원회(Nuclear Regulation Committee)와 사전검토를 받을 때 나타난 것으로 보인다.이것은 처음에 블로그에 의해 퍼졌을지 모르지만, 결국 몇몇 심각한 출판물과 신문에 퍼졌다.[10] [11]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e 운전자 없는 초안전 고속로 개념 RAPID-L 전력산업 중앙연구소, 2002
  2. ^ 국제 원자력 연구 이니셔티브: 2011년 보고서 국제 원자력 연구 이니셔티브, 2012년
  3. ^ a b c d e f g h i j 초안전 소형 원자로 RAPID-L 개념설계 및 R·D. JAERI의 원자력 연구 추진 프로그램, H11-002 캄베 미츠루, 쓰노다 히로카즈, 미시마 가이치로, 가와사키 아키라, 이와무라 다카미치, 국제원자력정보시스템 INIS Vol. 2003년 3월 1일자 37호
  4. ^ a b 제어봉이 없는 RAPID-L 고도로 자동화된 고속로 개념, 2; LEM과 LIM 히로카즈 쓰노다, 일본 원자력청 오사무, 2002년 7월 1일.
  5. ^ 제어봉이 없는 RAPID-L 고도로 자동화된 고속로 개념(1) 원자로 개념과 발전소 역학 분석, 2002년 7월 1일 미국 원자력학회 회의, Mitsuur Kambe.
  6. ^ a b c d e Li-6 반응도 제어 시스템 LEM과 LIM 오카지마 시게아키, 야마네 스스무 이지마 츠요시, 고속로 개념설계 연구쓰노다 히로카즈, 사토 오사무, 캄베 미쓰루, 일본 원자력 연구소, 2002년 10월 7일~10일
  7. ^ 제어봉 없는 RAPID-L 고도로 자동화된 고속로 개념 (2) LEM과 LIM 히로카즈 쓰노다, 오사무 사토, 2002년 7월 1일 미국 원자력학회 회의, LEM에서 사용되는 리튬-6의 중요 실험
  8. ^ 미니 원자로는 2001년 8월 22일 피터 해드필드, 마이클 피츠패트릭, 뉴 사이언티스트의 아파트 블록에 전력을 공급할 수 있다.
  9. ^ 미니 원전 제안 BBC, 2001년 8월 22일
  10. ^ 소형 원자로 2006년 9월 4일, 에너지 도서관, 2006년 9월 4일, 웨이백 머신 이안 호어 레이시에 보관된 2014-05-14
  11. ^ 일본의 CRIEPI가 JAERI를 위해 고안한 Rapid-L 원자로는 2007년 12월 22일 많은 블로그 관심을 받고 있다.

외부 링크

  • [1] 중앙전력산업연구소
  • [2] 정보과학기술연구기구(RiST)