안녕하세요!!
저번 시간에 냉각재펌프까지 알아보았습니다.
원자로내부의 설비들과 원자로의 구조 그리고 증기발생기, 가압기, 냉각재펌프의 순서로 진행했습니다.
이 계통들은 냉각재가 흐르는 주요 설비들입니다.
하지만, 이 설비들만 있다고 운전을 할 수 있는 것은 아닙니다.
물론, 제어봉과 가압기, 펌프들이 안전을 위한 구동을 하지만 아직은 부족합니다.
오늘부터 소개할 이 계통은 1차측의 RCS에 흐르는 냉각재를 효과적으로 제어하기 위한 설비입니다.
이름은 화학 및 체적제어계통으로 Chemical &Volume Control System이라하며 줄여서 보통 CVCS라고 부릅니다. 우리도 CVCS라고 앞으로 부르겠습니다.
이 CVCS계통은 매우 복잡합니다.
왜냐하면 화학적인 정화작용, 붕산수 농도조절, 가압기에 냉각재 충전, 펌프 밀봉수 공급, 냉각수 유출, 공급으로 체적제어 등 매우 많은 역할을 담당합니다.
기본적으로 증기발생기를 지난 저온관에서 냉각재를 유출하여 여과기, 정화 및 탈붕산 이온 교환기, 체적제어탱크, 기체 방사성폐기물처리, 등을 지나 다시 저온관으로 충전시키는 방식으로 순환을 합니다.
이 복잡한 각각의 설비들에 대한 설명은 다음 시간으로 넘기고 오늘은 붕산수에 대한 이야기를 하려고 합니다.
(B-10과 U-235의 thermal neutron의 Capture에서의 차이 비교)
붕산수
붕산수는 원자로 내부에 삽입되는 제어봉과 같은 역할을 합니다.
우라늄보다 중성자 흡수단면적이 큰 물질로 우라늄의 핵분열을 방해하는 물질입니다.
그런데 왜 이 붕산수를 사용할까요?
원자력이론을 잠깐만 언급하자면
중성자가 흡수되어 핵분열을 하고 중성자를 발생시키는 하나의 세대에서 그전의 세대의 숫자와 이후의 세대의 숫자의 비율이 1보다 커지게 되면 초임계라고 합니다.
즉, 출력이 증가한다는 이야기인데 1이 넘어가면 폭발적으로 출력이 증가할 수 있어 이를 항상 임계상태로 유지하려고 노력합니다. 즉, 세대간 숫자의 비율이 똑같도록 유지하려고 합니다.
그러기 위해서는 1만개의 중성자가 핵분열을 일으켰을 때 3~4만개의 중성자가 나오지만 실질적으로 핵분열에 다시 사용되는 중성자는 1만개 정도여야만 합니다.
이를 위해 핵분열을 방해하는 물질을 사용하는 것이죠.
하지만, 항상 임계를 유지해야 하는 원자로에 이 붕산수를 이용해 제어를 하면 시간이 지나면서 핵분열 가능물질이 소모되고 있는데 똑같이 출력이 유지될까요?
당연히도 시간이 지나면서 출력은 줄어들며 미임계 상태로 접어들고 원자로는 꺼지게 됩니다.
이를 길게 유지하기 위해서는 원자로 내부에 핵분열 집합체를 여유롭게 즉, 과하게 넣어주게 됩니다.
임계를 유지하는데 10개의 핵분열봉이 필요하다면 15개정도 여유롭게 넣어준다는 말입니다.
이를 정지여유도라고 합니다.
그런데 이렇게 여유롭게 넣어주면 초임계상태가 되겠죠?
이를 제어해주는 역할을 붕산수가 해주게 됩니다.
붕산수의 농도를 조절해서 말이죠.
그래서 처음에는 붕산수의 농도를 진하게 해서 냉각재에 유입합니다. 따로 유입되는 것이 아니라 냉각재와 혼합됩니다.
그리고 발전을 진행하면서 임계에서 미임계로 가려고 하면 붕산수를 희석해 출력을 높입니다.
제어봉을 인출하는 효과와 동일한 효과입니다.
왜 그럼 제어봉만 쓰거나 붕산수만 쓰는 행위는 하지 않을까요?
기본적으로 안전장치는 여러 가지가 있을수록 좋습니다.
그런데 기본적으로 두가지의 장점은 다릅니다. 서로의 단점을 보완해주죠.
제어봉은 국부적인 출력제어를 유도합니다. 하지만 붕산수는 냉각재 전체에 걸쳐서 고루 분포하기에 출력제어가 균일합니다.
하지만, 붕산수는 급격하게 농도를 제어할 수 없습니다. 그래서 전원을 끄기 위해서 제어봉을 삽입하게 됩니다.
CVCS에서의 여러 역할중에 이 붕산수의 농도를 조절하는 것이 가장 주요한 임무라고 할 수 있습니다.
다음 시간에는 여러 설비들의 세부 기능을 간단하게 살펴보도록 하겠습니다.
오늘부터 진행되는 포스팅에서는 그림설명을 추가하기가 힘들 것 같습니다. 세부적인 설비들이다보니 각각의 설비들에 대한 그림자료는 구하기가 힘드네요. 그래도 말로 이해하기가 힘든부분이 있다면 그림을 그려서라도 첨부하도록 하겠습니다.