바퀴 ML-1 모바일 전원 시스템의 NPP. 출처: wikipedia.org
미국 경험
소형 원자로를 가까이에 두는 아이디어는 모든면에서 좋습니다. 이러한 장치는 XNUMX년에 한 번 이하의 연료 공급이 필요하며 독성 배출이 없으며 시설에 병렬 열 공급을 구성하는 데 특별한 문제가 없습니다. 콤팩트하고 가장 중요한 이동식 원자력 발전소의 다양성으로 인해 예를 들어 극북 지역의 교대 근무자를 제공하기 위해 민간 목적으로 장비를 사용할 수 있습니다. 운영자 자격에 대한 높은 요구 사항과 사고 결과에 대한 두려움은 소규모 원자력 발전소의 광범위한 보급에 제약이 되었습니다. 체르노빌과 후쿠시마 이후에는 고정식 원자로조차도 대중에게 공포를 불러일으키지만 여기서는 바퀴 달린 차량에 관한 것입니다. 그럼에도 불구하고 진행을 멈출 수는 없으며 조만간 소형 원자력 발전소가 민간 부문과 군용 모두에서 자리를 잡을 것입니다. 또한 지난 세기 중반에 이 분야에서 상당한 경험이 축적되었습니다.
세계 원자력 산업의 주요 주체는 전통적으로 러시아와 미국입니다. 군사적 필요를 위해 소형 원자로를 만드는 미국의 경험부터 시작합시다. 세계에서 가장 광범위한 군사 기지 네트워크를 보유한 펜타곤은 시설의 높은 자율성을 보장할 보편적인 에너지원의 생성을 바랐습니다.
첫 번째는 1-1961년에 개발되고 테스트된 ML-1965 모바일 전원 시스템입니다. 아이디어는 기지에 열과 전기를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 군대를 따라갈 수 있는 소형 원자로를 만드는 것이었습니다. 엔지니어들은 불활성 질소 가스가 연료봉(TVEL - 연료 요소)에서 열 전달을 담당하는 독특한 원자로를 만들려고 했습니다. 지금도 사소한 결정처럼 보이지만 60 년대에는 매우 위험 해 보였습니다.
원자로 코어의 가스 냉각에 대한 아이디어는 새로운 것이 아니며 영국의 Calder Hall 실험 원자력 발전소에서 1956년에 처음 구현되었습니다. 냉각제는 7,8 기압의 이산화탄소로 코어 출구에서 섭씨 345도까지 가열되었습니다. 고전적인 방식의 모든 반응기에서와 마찬가지로 과열 가스는 증기 발생기로 보내져 에너지를 액체 물로 전달한 다음 발전기 터빈으로 전달합니다. 이산화탄소는 원자로에서 어느 정도 좋습니다. 흑연 막대의 온도가 500도에 도달하자마자 CO2 그들과 화학 반응을 시작합니다. 따라서 원자력 발전소의 전력과 효율을 모두 제한할 필요가 있다. 같은 이유로 수소는 700차 냉각수로 사용되지 않았습니다. XNUMX도 이상의 온도에서는 흑연 막대의 표면에 탄화수소가 형성되었습니다.
값비싼 대안은 희가스 헬륨으로, 핫 존의 온도를 1000도 이상으로 가속할 수 있습니다. 그러나 그러한 온도에서 작동할 수 없는 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소와 같은 유해한 불순물로부터 그것을 얻고 정제하는 것은 매우 어렵습니다. 헬륨을 냉각 가스로 사용하는 최초의 원자력 발전소는 1966년 Peach Bottom에서 미국에 나타났습니다.
이동식 ML-1에서 원자로 노심을 냉각하기 위해 질소를 사용하려는 시도는 이해할 수 있습니다. 피할 수 없는 대량 누출의 경우 XNUMX차 냉각수는 문자 그대로 공기에서 얻을 수 있습니다. 이를 위해서는 키트에 가스 액화 및 정화 플랜트를 포함해야 합니다. 현장에서 이것은 이산화탄소, 헬륨, 그리고 훨씬 더 많은 수소를 다루는 것보다 훨씬 쉽습니다.
ML-1 테스트의 아카이브 영상. 출처: youtube.com
그러나 그것은 종이에서만 부드럽습니다. ML-1의 가장 큰 문제는 420기압의 압력에서 폐쇄 시스템을 통해 순환하는 질소였습니다. 동시에 핫존 입구에서 가스의 온도는 약 430-650도 였고 출구에서는 120도까지 예열되었습니다. 엔지니어는 냉각 회로의 어느 정도 적절한 견고성을 보장하지 못했습니다. 가스 터빈 뒤에 설치되어 미사용 과열 증기 에너지의 일부를 가스 냉각 회로로 다시 전달하도록 설계된 에너지 회수 장치는 설계를 심각하게 복잡하게 만들었습니다. 이로 인해 효율성이 몇 퍼센트 증가했지만 설계가 상당히 복잡해졌습니다. 그리고 마지막으로 연료 요소 묶음을 관통하는 수도관 시스템이 마지막 합병증이었습니다. 이 회로의 물은 압력 하에서 공급되었고 38도 이상으로 가열되지 않았으며 원자로 중성자 감속재 역할을했습니다. 전체 구조는 총 중량이 1톤인 130개의 선적 컨테이너에 포장되었습니다. 미국인들은 ML-XNUMX을 트레일러뿐만 아니라 군용 수송기 C-XNUMX에 실을 것으로 예상했습니다.
1962년 처음으로 소형 AEChS가 작동했지만 단 몇 분 동안만 작동했습니다. 다음 발사는 1963년 겨울 말에 이루어졌다. 전체적으로 원자로는 약 100시간 동안 작동했지만 많은 결함과 단점으로 인해 정지되었습니다. 수도관의 용접 이음새가 갈라지고 고압으로 냉각 회로에서 질소가 지속적으로 누출되었으며 최대 전력은 200kW에도 도달하지 못했습니다. 계산된 값은 약 300kW였습니다. ML-1은 대대적인 개정을 거친 후 1964년 봄에 다시 출시되었습니다. 원자로는 매우 불안정하게 작동했고 필요한 전력에 도달할 수 없었고 지속적인 주의가 필요했습니다. 그러나 이런 이유로 프로젝트가 종료되지 않았습니다. 60년대 중반까지 베트남 전쟁은 국방 예산의 대부분을 잡아먹기 시작했고 우선 순위가 아닌 모든 프로젝트를 동결하기로 결정했습니다. 청문회에서 원자력위원회는 작업 완료 및 프로그램 보존을 위해서만 자금을 할당했습니다. 적절한 자금으로 미국인들은 프로젝트를 염두에 두었을 가능성이 있습니다. 개념의 완전한 재구성으로 가능합니다.
소련의 경험
미국인과 달리 국내 최초의 자체 추진 원자로는 훨씬 더 성공적이었습니다. TES-1이라는 이름을 가진 세계 최초의 이동식 원자력 발전소입니다. 복합 단지는 항공 운송의 역할을 위해 전혀 당기지 않았으며 그러한 작업도 없었습니다. TPP-1은 원격 민간 정착지 및 군사 시설에 전력을 공급하기 위해 만들어졌습니다. 복합 단지의 1957개의 추적 플랫폼은 철도로 운송될 것이며 자체적으로 배치 장소에 도달할 것이라고 가정했습니다. 이동식 원자로를 만드는 아이디어는 130년 Obninsk Institute of Physics and Power Engineering의 벽 안에서 탄생했으며 당시 암호화된 이름은 "Laboratory V"였습니다. 총 300개의 전문 구조물이 국방부 연구소에서 시작하여 마차 제조 공장으로 끝나는 프로젝트에 연결되었습니다. 위에서 언급했듯이 소비에트 프로젝트는 무게 특성에 의해 심각하게 제한되지 않았으므로 위험한 혁신이 없었습니다. 원자력 발전소의 심장으로 그들은 당시 테스트된 가압수형 원자로를 선택했는데, 이 원자로는 깊이 정화된 물이 연료 요소를 냉각시키고 출력에서 열교환기를 통해 터빈과 발전기가 있는 회로로 에너지를 전달합니다. 냉각 회로의 수압은 20기압으로 섭씨 280도에서도 액체 상태로 흐름을 유지할 수 있었습니다. 동시에 증기 발생기의 압력은 XNUMX기압을 초과하지 않았고 과열 증기는 XNUMX도 온도의 터빈으로 이동했습니다.
상단 사진은 터보 제너레이터와 제어 모듈이 있는 TES-3 추적 플랫폼의 작업 위치를 보여줍니다.
디자인은 성가신 것으로 판명되었고 무거운 XNUMX 개의 길쭉한 섀시에 배치되었습니다. 탱크 T-10 - 각 측면의 로드 휠 수가 7개에서 10개로 증가했습니다. 원자로가 한 섀시에 있고, 증기 발생기가 두 번째 섀시에 있고, 발전기가 있는 터빈이 세 번째에 있고, 제어 센터가 켜져 있습니다. 네 번째. 자체 추진 원자력 발전소의 총 중량은 310 톤이었습니다. 이 심각도에 대한 중요한 기여는 작업 시작 시 붕산 용액으로 채워진 100-190mm 두께의 납 탱크인 내장된 생물학적 보호 장치에 의해 이루어졌습니다. 배치된 상태에서 단지의 운영은 세 사람의 교대로 통제되었습니다. TPP-3의 안전한 작동을 위해 단순히 25대의 자체 추진 차량을 시설에 장착하고 원자로를 시동하고 네트워크에 연결하는 것은 불가능했습니다. 중요한 요구 사항은 반응기와 증기 발생기가 있는 플랫폼 주변에 흙 성벽 또는 일종의 캐포니어를 건설하는 것이었습니다. 물론 원자로는 네 대의 기계가 모두 파이프라인과 전원 케이블로 연결된 배치된 위치에서만 작동했습니다. 그러나 배치 장소를 변경해야 하고 연료 어셈블리가 아직 냉각되지 않은 경우 어떻게 해야 합니까? 적재 위치에서 증기 발생기가 종료되어 수냉 재킷이 작동하지 않을 수 있습니다. 이를 위해 첫 번째 컨베이어에 공기 냉각기가 제공되어 냉각 반응기에서 남은 열을 발산합니다. 사용후핵연료 집합체의 교체는 XNUMX톤 크레인을 사용하여 현장에서 수행하기로 되어 있었다.
TPP-3의 모델. 출처: comfortdrive.ru
Obninsk에있는 세계 최초의 고정식 원자력 발전소 영토에서 TPP-3의 시운전은 1961 년부터 1965 년까지 지속되었으며 근본적인 불만을 일으키지 않았습니다. 기계는 1500kW의 최대 설계 출력에 자신 있게 도달했으며 하나의 연료 집합체에 대한 작업은 250일이었습니다.
터보제너레이터가 장착된 플랫폼은 80년대 캄차카에서 테스트되었습니다. 나머지 세 대의 TES-3 기계는 Obninsk에 남아 있습니다.
1964년 산업 잡지인 "Atomic Energy"에서는 이동식 원자로의 파일럿 작동에 대한 예비 결과를 다음과 같이 요약했습니다.
“TPP-3 발전소의 건설 및 운영은 가압수형 원자로가 있는 대형 블록 운송 스테이션을 만든 경험이 상당히 성공적이라는 것을 보여주었습니다. TPP-3의 장기간 작동은 이러한 유형의 스테이션의 신뢰성, 우수한 제어 가능성 및 유지 관리 용이성을 확인했습니다. 동시에 TPP-3의 운영은 특히 더 완전한 자동화, 캠페인 기간의 최대 2-3년 증가, 자연 순환으로의 전환 등 추가 개선 기회가 있음을 보여주었습니다 원자로가 식을 때 냉각수 등.”