Define Your Mission

Section 1: Mission Definition

हर रिएक्टर डिज़ाइन एक मिशन से शुरू होता है। मिशन ही बाद के हर निर्णय को प्रभावित करता है।

पावर आउटपुट रिएक्टर का आकार, ईंधन की मात्रा और कूलेंट फ्लो की आवश्यकताओं को निर्धारित करता है। एक 100 MWe छोटा मॉड्यूलर रिएक्टर (SMR) की इंजीनियरिंग बाधाएँ 1,200 MWe प्रेशराइज्ड वाटर रिएक्टर से बहुत अलग होती हैं।

स्थान साइटिंग मानदंड, कूलेंट स्रोत, ग्रिड एकीकरण, आपातकालीन योजना और भूकंपीय डिज़ाइन आधार को प्रभावित करता है। अंतर्देशीय नदी स्थल नदी के पानी का उपयोग शीतलन के लिए करते हैं और बाढ़ के जोखिम को संबोधित करना पड़ता है। तटीय स्थल समुद्री जल का उपयोग करते हैं लेकिन सुनामी और तूफानी लहरों को संबोधित करना पड़ता है। दूरस्थ द्वीप या ऑफ-ग्रिड स्थल राष्ट्रीय ग्रिड से बिल्कुल भी जुड़े नहीं हो सकते।

ग्रिड एकीकरण बनाम अलग माइक्रोग्रिड यह बदलता है कि लोड-फॉलोइंग आवश्यकताओं को कैसे संभाला जाता है और यदि ग्रिड विफल हो जाए तो क्या होता है (स्टेशन ब्लैकआउट जोखिम)।

डिज़ाइन जीवन सामग्री थकान सीमाओं, निरीक्षण अंतरालों, लाइसेंस नवीनीकरण आवश्यकताओं और डीकमीशनिंग लागत भंडार को प्रभावित करता है। NRC वर्तमान में संयंत्रों को 40 वर्षों के लिए लाइसेंस देता है, जिसमें 20-वर्षीय नवीनीकरण विस्तार संभव है। कुछ डिज़ाइन 80-वर्षीय जीवन को लक्षित कर रहे हैं।

सामान्य मिशन प्रोफाइल:

- 300 MWe SMR, दूरस्थ द्वीप, अलग ग्रिड, 60-वर्षीय जीवन

- 1,100 MWe PWR, अंतर्देशीय नदी स्थल, राष्ट्रीय ग्रिड, 60-वर्षीय जीवन

- 1,600 MWe EPR, तटीय स्थल, राष्ट्रीय ग्रिड, 60-वर्षीय जीवन

- 2 × 77 MWe NuScale SMR ऐरे, अंतर्देशीय स्थल, क्षेत्रीय ग्रिड, 40-वर्षीय जीवन

आपका मिशन विवरण

अपने रिएक्टर का मिशन परिभाषित करें। यह हर डिज़ाइन निर्णय की नींव बनेगा।

रिएक्टर प्रकार ट्रेड-ऑफ विश्लेषण

Section 2: रिएक्टर प्रकार चयन

आज पाँच प्रमुख वाणिज्यिक रिएक्टर प्रकारों पर गंभीरता से विचार किया जा रहा है। प्रत्येक का भौतिकी आधार, ईंधन चक्र, सुरक्षा प्रोफाइल और परिपक्वता स्तर अलग-अलग है। आपको एक चुनना होगा और उसका बचाव करना होगा।

प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टर (PWR)

विश्व स्तर पर सबसे आम रिएक्टर प्रकार (लगभग 70% संचालित संयंत्र)। हल्का पानी (H₂O) शीतलक और मॉडरेटर दोनों के रूप में काम करता है। प्राथमिक लूप ~155 बार / 325°C पर चलता है: उच्च दबाव पानी को तरल रखता है। एक स्टीम जनरेटर प्राथमिक लूप से द्वितीयक लूप में गर्मी स्थानांतरित करता है, जो टरबाइन को चलाता है। रेडियोधर्मी पानी प्राथमिक लूप में ही रहता है।

Pros: दशकों का संचालन अनुभव, मजबूत नकारात्मक void coefficient (पानी की कमी से reactivity घटती है), सिद्ध सुरक्षा रिकॉर्ड, बड़ा औद्योगिक आपूर्ति श्रृंखला।

Cons: उच्च संचालन दबाव (मोटी दीवार वाले दबाव वेसल्स और भारी-ड्यूटी पंपों की आवश्यकता), दो-लूप जटिलता, loss-of-coolant accident (LOCA) के लिए सक्रिय ECCS प्रतिक्रिया आवश्यक।

Boiling Water Reactor (BWR)

रिएक्टर वेसल के अंदर पानी उबलता है। भाप सीधे टरबाइन में जाती है। PWR से सरल: स्टीम जनरेटर की आवश्यकता नहीं।

Pros: PWR की तुलना में कम संचालन दबाव, सरल एक-लूप डिज़ाइन, डायरेक्ट साइकल अधिक कुशल।

Cons: रेडियोधर्मी भाप टरबाइन तक जाती है (टरबाइन बिल्डिंग विकिरण क्षेत्र है), कई इंजेक्शन सिस्टम वाला जटिल ECCS, कुछ पावर स्तरों पर थोड़ा सकारात्मक void coefficient सावधानीपूर्वक डिज़ाइन की आवश्यकता।

CANDU (कनाडा ड्यूटीरियम यूरेनियम)

भारी जल (D₂O) को मॉडरेटर और कूलेंट के रूप में उपयोग करता है। प्राकृतिक यूरेनियम ईंधन का उपयोग कर सकता है (संवर्धन की आवश्यकता नहीं)। अद्वितीय विशेषता: ऑनलाइन रिफ्यूलिंग: ईंधन चैनलों को शटडाउन किए बिना बदला जा सकता है।

Pros: संवर्धन की आवश्यकता नहीं (ईंधन लागत में लाभ), ऑनलाइन रिफ्यूलिंग से बहुत उच्च क्षमता कारक, भारी जल मॉडरेटर लचीले ईंधन चक्र की अनुमति देता है।

Cons: भारी जल का उत्पादन महंगा (~$1000/kg), कुछ कॉन्फ़िगरेशन में कुछ स्थितियों में थोड़ा सकारात्मक वॉयड गुणांक होता है जिसके लिए सावधानीपूर्वक सुरक्षा डिज़ाइन की आवश्यकता होती है, बड़ा भौतिक फुटप्रिंट।

Molten Salt Reactor (MSR)

ईंधन को पिघले हुए फ्लोराइड या क्लोराइड नमक में घोला जाता है। पिघलने के लिए कोई ठोस ईंधन नहीं: यदि शीतलन विफल हो जाता है, तो नमक जम जाता है या निष्क्रिय फ्रीज प्लग में निकल जाता है। थोरियम ईंधन चक्र का उपयोग कर सकता है।

Pros: वॉक-अवे सुरक्षित (निष्क्रिय ड्रेन मेल्टडाउन को भौतिक रूप से असंभव बनाता है), वायुमंडलीय दबाव पर संचालित (LOCA जोखिम नहीं), ऑनलाइन रिफ्यूलिंग, थोरियम ईंधन चक्र बहुत कम लंबे समय तक रहने वाला अपशिष्ट उत्पन्न करता है।

नुकसान: सामग्री संबंधी चुनौतियाँ (संरचनात्मक सामग्रियों को दशकों तक गर्म, संक्षारक और रेडियोधर्मी नमक का सामना करना पड़ता है), पूर्व-व्यावसायिक तकनीक: कोई भी MSR व्यावसायिक रूप से संचालित नहीं हुआ है, फ्लोराइड नमक में ट्रिटियम उत्पादन एक नियामक चुनौती है।

छोटा मॉड्यूलर रिएक्टर (SMR): NuScale/Rolls-Royce प्रकार

फैक्ट्री-निर्मित PWR या इंटीग्रल PWR मॉड्यूल, आमतौर पर प्रत्येक 50-300 MWe। निष्क्रिय सुरक्षा प्राकृतिक संचार पर निर्भर करती है, पंप की आवश्यकता नहीं। स्केलेबिलिटी के लिए कई मॉड्यूल को जोड़ा जा सकता है।

लाभ: फैक्ट्री गुणवत्ता नियंत्रण, निष्क्रिय सुरक्षा प्रणालियाँ (कोई पंप नहीं, शीतलन के लिए AC बिजली की आवश्यकता नहीं), स्केलेबल क्षमता, कम निर्माण समय।

नुकसान: बड़े संयंत्रों की तुलना में प्रति-kWe पूंजीगत लागत अधिक, अधिकांश डिज़ाइन पूर्व-व्यावसायिक हैं या अभी संचालन में प्रवेश कर रहे हैं (NuScale VOYGR को 2022 में प्रमाणित किया गया लेकिन 2023 में परियोजनाएँ रद्द), आपूर्ति श्रृंखला अभी बड़े पैमाने पर विकसित नहीं हुई है।

किसी भी रिएक्टर प्रकार के लिए प्रमुख सुरक्षा भौतिकी प्रश्न:

कूलेंट का तापमान बढ़ने या कूलेंट के नष्ट हो जाने पर क्या होता है? एक रिएक्टर जिसमें negative तापमान गुणांक और negative void गुणांक होता है, स्वचालित रूप से अपनी शक्ति कम कर देगा: एक स्व-सुधारात्मक, अंतर्निहित सुरक्षित प्रतिक्रिया। एक रिएक्टर जिसमें positive void गुणांक होता है (जैसे-जैसे कूलेंट नष्ट होता है, शक्ति बढ़ती है) को सुरक्षित रूप से बंद करने के लिए सक्रिय प्रणालियों की आवश्यकता होती है। यही कारण था कि चेर्नोबिल का RBMK इतना खतरनाक था।

अपना रिएक्टर प्रकार चुनें

ऊपर दिए गए रिएक्टर प्रकार तुलना आरेख की समीक्षा करने के बाद निर्णय लें।

ईंधन डिज़ाइन पैरामीटर

अनुभाग 3: ईंधन डिज़ाइन

ईंधन डिज़ाइन तय करता है कि आपको कितनी ऊर्जा मिलेगी, ईंधन कितने समय तक चलेगा, और दुर्घटना में क्या होगा। हर पैरामीटर दूसरे पैरामीटर के साथ इंटरैक्ट करता है।

ईंधन प्रकार:

- UO₂ (यूरेनियम डाइऑक्साइड): वैश्विक मानक। सिरेमिक छर्रे, उच्च गलनांक (~2850°C), रासायनिक रूप से स्थिर, अच्छी तरह से विशेषता। मामूली नुकसान: कम तापीय चालकता — छर्रे के केंद्र में गर्मी जमा होती है।

- MOX (मिश्रित ऑक्साइड): UO₂ और PuO₂ का मिश्रण। हथियारों या पुनर्संसाधित खर्च ईंधन से प्लूटोनियम को जलाता है। UO₂ की तुलना में थोड़ा कम गलनांक, लाइसेंस प्राप्त MOX निर्माण सुविधा की आवश्यकता।

- TRISO (त्रि-संरचनात्मक समदैशिक): ईंधन (UO₂ या UCO) के सूक्ष्म गोले जिन पर कई सिरेमिक परतें चढ़ाई गई हैं। प्रत्येक कण अपना छोटा रोकथाम बर्तन है। उच्च-तापमान गैस रिएक्टरों और कुछ उन्नत डिज़ाइनों में प्रयुक्त। अत्यंत मजबूत: बहुत उच्च तापमान पर भी रिसाव के बिना परीक्षण किया गया।

संवर्धन:

- प्राकृतिक यूरेनियम (0.7% U-235): CANDU में प्रयुक्त। कोई संवर्धन लागत नहीं, लेकिन भारी पानी मॉडरेटर की आवश्यकता।

- LEU 3-5% (low enriched uranium): PWR और BWR ईंधन के लिए मानक। U-235 तक 3-5% तक समृद्ध।

- HALEU 5-20% (high-assay low enriched uranium): कई SMR और उन्नत रिएक्टर डिज़ाइनों में प्रयुक्त। उच्च संवर्धन छोटे, अधिक सघन कोर और लंबे ईंधन चक्र की अनुमति देता है। उच्च संवर्धन के कारण अतिरिक्त सुरक्षा उपायों की आवश्यकता होती है।

- HEU >20%: वाणिज्यिक विद्युत रिएक्टरों में प्रतिबंधित।

क्लैडिंग सामग्री:

- Zircaloy-4: विश्वव्यापी मानक क्लैडिंग। कम न्यूट्रॉन अवशोषण, ~400°C तक अच्छे यांत्रिक गुण। महत्वपूर्ण कमजोरी: ~1200°C से ऊपर भाप के साथ प्रतिक्रिया कर हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करता है (Zr + 2H₂O → ZrO₂ + 2H₂)। फुकुशिमा में हाइड्रोजन का यही स्रोत था।

- M5 (Zr-Nb alloy): उच्च बर्नअप ईंधन के लिए Zircaloy-4 से बेहतर संक्षारण प्रतिरोध।

- SiC/SiC composite: उन्नत दुर्घटना-सहिष्णु ईंधन (ATF) क्लैडिंग। बहुत अधिक तापमान सहनशीलता, भाप में हाइड्रोजन उत्पन्न नहीं करता। सक्रिय विकास में लेकिन अभी व्यापक वाणिज्यिक उपयोग में नहीं।

बर्नअप लक्ष्य:

मानक LWR ईंधन को हटाने से पहले ~45-50 GWd/tHM (गिगावाट-दिन प्रति मीट्रिक टन भारी धातु) प्राप्त होता है। उच्च-प्रदर्शन ईंधन 65-70 GWd/tHM तक पहुँच सकता है। कुछ उन्नत डिज़ाइन विस्तारित चक्रों के लिए 100+ GWd/tHM का लक्ष्य रखते हैं। उच्च बर्नअप का अर्थ है कम ईंधन आउटेज, लेकिन बेहतर क्लैडिंग प्रदर्शन और अधिक संवर्धन की आवश्यकता होती है।

बर्नेबल अवशोषक:

ताज़ा ईंधन अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होता है: यदि आप पूरा कोर लोड करें तो बहुत अधिक प्रतिक्रियाशील। बर्नेबल अवशोषक (ईंधन छर्रों में गैडोलिनियम ऑक्साइड मिलाया जाता है, या IFBA: इंटीग्रल फ्यूल बर्नेबल अवशोषक, एक पतली ZrB₂ कोटिंग) जीवन के शुरुआती चरण में अतिरिक्त न्यूट्रॉन अवशोषित करते हैं और ईंधन के क्षय के साथ जल जाते हैं, जिससे चक्र के दौरान पावर वितरण समतल रहता है।

कोर लोडिंग पैटर्न:

- इन-आउट लोडिंग: ताजा ईंधन कोर के केंद्र में लोड किया जाता है और जैसे-जैसे यह खर्च होता है, बाहर की ओर ले जाया जाता है। सरल लेकिन केंद्र में उच्च पावर पीक बनाता है।

- लो-लीकेज लोडिंग: ताजा ईंधन कोर के बाहर रखा जाता है, जबकि खर्च हुआ ईंधन केंद्र में। न्यूट्रॉन लीकेज कम करता है (बेहतर ईंधन अर्थव्यवस्था) और रिएक्टर प्रेशर वेसल पर फ्लुएंस घटाता है। आधुनिक PWRs के लिए मानक प्रथा।

अपना ईंधन डिज़ाइन निर्दिष्ट करें

विचार करें कि आपके ईंधन विकल्प आपके रिएक्टर प्रकार और मिशन के साथ कैसे इंटरैक्ट करते हैं। एक CANDU डिज़ाइनर को संवर्धन की आवश्यकता नहीं होती। एक SMR डिज़ाइनर कॉम्पैक्ट कोर के लिए HALEU चुन सकता है। एक PWR डिज़ाइनर को क्लैडिंग और हाइड्रोजन उत्पादन जोखिम का समाधान करना चाहिए।

शीतलक और मॉडरेटर डिज़ाइन

खंड 4: शीतलक एवं मॉडरेटर संगतता

आपका शीतलक, मॉडरेटर, ईंधन और क्लैडिंग रासायनिक एवं भौतिक रूप से संगत होने चाहिए। कोई भी असंगति सुरक्षा समस्या या असंभव डिज़ाइन पैदा कर सकती है।

हल्का जल (H₂O): PWR, BWR, SMR:

प्रति इकाई आयतन में सर्वोत्तम मॉडरेटर। उत्कृष्ट शीतलक भी। उच्च दाब पर संचालित (PWR: ~155 bar, BWR: ~70 bar)। मुख्य खतरा: उच्च तापमान पर यह भाप में बदल जाता है (मॉडरेशन और शीतलन दोनों का एक साथ नुकसान: LOCA परिदृश्य)। रसायन नियंत्रण महत्वपूर्ण है: pH, घुलित ऑक्सीजन, जिंक इंजेक्शन संरचनात्मक सामग्रियों के संक्षारण दर को प्रभावित करते हैं। Zircaloy क्लैडिंग ~400°C सामान्य संचालन तक संगत।

भारी जल (D₂O): CANDU:

H₂O की तुलना में बहुत कम न्यूट्रॉन अवशोषण वाला उत्कृष्ट मॉडरेटर: यही कारण है कि CANDU प्राकृतिक यूरेनियम पर चल सकता है। दाब नलियों में ~100 bar पर संचालित। भारी जल उत्पादन (Girdler-Sulfide या अन्य समस्थानिक पृथक्करण प्रक्रिया द्वारा) में ~$1000/kg खर्च आता है। D + n → T से ट्रिटियम उत्पादन एक परिचालन चुनौती है: ट्रिटियम बीटा उत्सर्जक है और इसका प्रबंधन आवश्यक है। रसायन: हल्के जल के समान लेकिन विभिन्न ऑक्सीजन समस्थानिक विचारों के साथ।

ग्रेफाइट: RBMK, HTGR:

RBMK ने जल शीतलक के साथ मॉडरेटर के रूप में ग्रेफाइट का उपयोग किया: एक खतरनाक संयोजन क्योंकि धनात्मक शून्य गुणांक। HTGR (उच्च तापमान गैस रिएक्टर) हीलियम शीतलक के साथ मॉडरेटर के रूप में ग्रेफाइट का उपयोग करता है: एक सुरक्षित संयोजन क्योंकि ग्रेफाइट गैस शीतलक के साथ धनात्मक शून्य गुणांक में योगदान नहीं देता। ग्रेफाइट हवा में बहुत उच्च तापमान पर पहुँचने पर आग का खतरा भी हो सकता है: यह 1957 की विंडस्केल आग का एक कारण था।

मोल्टन सॉल्ट: MSR:

नमक ईंधन वाहक और शीतलक दोनों का काम करता है। अलग मॉडरेटर की आवश्यकता नहीं (सिवाय थर्मल MSR में जहाँ ग्रेफाइट शामिल हो सकता है)। वायुमंडलीय दबाव पर संचालित: उच्च-दबाव LOCA का खतरा नहीं। मुख्य चुनौतियाँ: फ्लोराइड लवण संरचनात्मक धातुओं के लिए अत्यधिक संक्षारक होते हैं, क्लोराइड लवण न्यूट्रॉन फ्लक्स के तहत सक्रिय हो सकते हैं। सामग्री को दशकों तक संपर्क सहन करना चाहिए। फ्रीज प्लग: एक छोटे पंखे द्वारा ठंडा किया गया नमक का जमा हुआ प्लग: बिजली जाने पर पिघल जाता है, जिससे ईंधन एक उप-क्रांतिक ज्यामिति में निकल जाता है। यह एक निष्क्रिय सुरक्षा विशेषता है।

सोडियम: फास्ट रिएक्टर (SFR):

तरल सोडियम फास्ट रिएक्टरों के लिए एक उत्कृष्ट शीतलक है। बहुत उच्च तापीय चालकता, वायुमंडलीय दबाव पर संचालित, प्राकृतिक संचारण प्रभावी। गंभीर खतरा: सोडियम हवा के संपर्क में आने पर हिंसक रूप से जलता है और पानी के साथ विस्फोटक प्रतिक्रिया करता है। सभी सोडियम प्रणालियों को डबल-वॉल हीट एक्सचेंजर और निष्क्रिय वातावरण की आवश्यकता होती है। मोन्जू (जापान) और सुपरफेनिक्स (फ्रांस) में सोडियम आग एक प्रमुख घटना थी।

संगतता मैट्रिक्स (जिन्हें एक साथ काम करना चाहिए):

- शीतलक की रसायन विज्ञान विकिरण के अंतर्गत क्लैडिंग को संक्षारित नहीं करना चाहिए

- मॉडरेटर शीतलक के साथ संगत होना चाहिए (भारी जल और हल्का जल संगत हैं; ग्रेफाइट और जल RBMK धनात्मक शून्य समस्या उत्पन्न करते हैं)

- ईंधन शीतलक में रासायनिक रूप से स्थिर होना चाहिए (UO₂ जल में: ठीक। UF₄ फ्लोराइड लवण में: ठीक। UO₂ सोडियम में: ठीक। परंतु धात्विक यूरेनियम जल में संक्षारित होता है।)

- संचालन तापमान और दाब सामग्री योग्यता सीमाओं के भीतर होना चाहिए

अपने शीतलक और मॉडरेटर को सही ठहराएँ

आपका रिएक्टर प्रकार आपके प्राथमिक शीतलक को निर्धारित करता है। अब अपने पूर्ण सिस्टम की संगतता को सही ठहराएँ: शीतलक, मॉडरेटर, ईंधन और क्लैडिंग — तथा मुख्य रासायनिक या तापीय खतरे की पहचान करें।

तीन स्वतंत्र कूलिंग लूप

Section 5a: ट्रिपल रिडंडेंट कूलिंग सिस्टम

तीन कूलिंग लूप क्यों?

फुकुशिमा में बैकअप कूलिंग थी। वह विफल हो गई क्योंकि सभी बैकअप एक ही कमजोरी साझा करते थे: उन्हें AC पावर की जरूरत थी, और उसी सुनामी ने ग्रिड पावर को नष्ट कर दिया जिसने डीजल जेनरेटर को भी नष्ट कर दिया। एकल विफलताएँ पूर्ण कूलिंग हानि में बदल गईं।

ट्रिपल रिडंडेंसी केवल एक ही सिस्टम की तीन प्रतियाँ नहीं है। सही रिडंडेंसी के लिए तीन आयामों में स्वतंत्रता आवश्यक है:

- भौतिक पृथक्करण: अलग-अलग भवन, अलग-अलग क्वाड्रेंट, अलग-अलग ऊँचाई। एक क्वाड्रेंट में बाढ़ दूसरे को अक्षम नहीं कर सकती।

- विभिन्न पावर स्रोत: विभिन्न विद्युत बसें, विभिन्न बैकअप पावर। एक बस की विफलता दूसरी कूलिंग लूप को निष्क्रिय नहीं कर सकती।

- विभिन्न सक्रियण तर्क: एक लूप उच्च तापमान पर सक्रिय होता है, दूसरा निम्न दबाव पर, तीसरा बिना पावर के। विभिन्न विफलता मोड विभिन्न लूप सक्रिय करते हैं।

आधुनिक PWR के लिए तीन मानक कूलिंग लूप:

लूप 1: नॉर्मल शटडाउन कूलिंग (SCS / Residual Heat Removal, RHR):

सक्रिय प्रणाली। पंप हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से कूलेंट को प्रसारित करके शटडाउन के बाद डेके हीट हटाते हैं। नॉर्मल AC या इमरजेंसी AC द्वारा संचालित। डिप्रेशराइजेशन के बाद निम्न दबाव पर संचालित होता है। सक्रियण सेटपॉइंट: सामान्यतः जब RCS तापमान ~177°C (350°F) से नीचे और दबाव ~28 bar (400 psi) से नीचे हो जाता है। यह नियोजित शटडाउन के दौरान प्राथमिक डेके हीट रिमूवल सिस्टम है।

लूप 2: आपातकालीन कोर कूलिंग सिस्टम (ECCS): हाई-प्रेशर और लो-प्रेशर इंजेक्शन:

सक्रिय प्रणाली। लॉस-ऑफ-कूलेंट दुर्घटनाओं पर प्रतिक्रिया करती है। छोटे ब्रेक के लिए हाई-प्रेशर इंजेक्शन (HPI) सक्रिय होता है: रिएक्टर कूलेंट सिस्टम (RCS) दबाव बनाए रखता है, बोरेटेड पानी इंजेक्ट करता है। एक्यूमुलेटर इंजेक्शन: नाइट्रोजन दबाव (~40 बार) के तहत बोरेटेड पानी की बड़ी टंकियाँ: जब RCS दबाव एक्यूमुलेटर दबाव से नीचे गिरता है तो निष्क्रिय रूप से डिस्चार्ज होता है (इस चरण के लिए कोई पंप या बिजली की आवश्यकता नहीं)। RCS पूरी तरह से डिप्रेशराइज़ होने के बाद लो-प्रेशर इंजेक्शन (LPI) संभालता है। बोरॉन सांद्रता महत्वपूर्ण है: कंट्रोल रॉड्स के बिना कोल्ड शटडाउन प्राप्त करने और बनाए रखने के लिए पर्याप्त।

लूप 3: पैसिव कोर कूलिंग (ग्रेविटी-फेड या नैचुरल सर्कुलेशन):

निष्क्रिय प्रणाली: कोई पंप नहीं, कोई AC पावर नहीं, कोई ऑपरेटर कार्रवाई आवश्यक नहीं। दो दृष्टिकोण:

- AP1000 स्टाइल (वेस्टिंगहाउस): रिएक्टर के ऊपर बड़ी पानी की टंकी (कोर मेकअप टैंक, पैसिव रेजिडुअल हीट रिमूवल हीट एक्सचेंजर)। गुरुत्वाकर्षण से संचालित। दुर्घटना की स्थिति में, प्राथमिक से टैंक पानी तक डेके हीट को नैचुरल सर्कुलेशन हटाता है, जो उबलता है और वेंट होता है: स्टील कंटेनमेंट शेल पर संघनित होता है, जिसे बाहर की हवा से ठंडा किया जाता है। पूरी तरह निष्क्रिय।

- NuScale स्टाइल: रिएक्टर मॉड्यूल पानी के पूल के अंदर बैठा होता है। प्राथमिक सिस्टम के भीतर नैचुरल सर्कुलेशन पूल में गर्मी स्थानांतरित करता है। प्राथमिक या सुरक्षा प्रणालियों में कहीं भी कोई पंप नहीं।

- PRHR HX (पैसिव रेजिडुअल हीट रिमूवल हीट एक्सचेंजर): एक बड़ी पानी भरी टंकी (इन-कंटेनमेंट रिफ्यूलिंग वॉटर स्टोरेज टैंक, IRWST) में डूबा हुआ। PRHR HX के माध्यम से नैचुरल सर्कुलेशन बिना किसी पंप के डेके हीट हटाता है। बिना किसी ऑपरेटर कार्रवाई के 72 घंटे तक संचालित होता है।

स्वतंत्रता सत्यापन: क्या सत्य होना चाहिए:

- लूप 1, 2, और 3 को विभिन्न विद्युत बसों (1A, 1B, 1C या Div I, II, III) से बिजली लेनी चाहिए

- लूप 3 को AC पावर की पूर्ण हानि के साथ कार्य करना चाहिए

- प्रत्येक लूप को एक अलग भौतिक डिवीजन में होना चाहिए (बैरियर या दूरी द्वारा अलग)

- सामान्य कारण विफलताएँ: जैसे फुकुशिमा की सुनामी: का विश्लेषण और रोकथाम किया जाना चाहिए

सामान्य कारण विफलता विश्लेषण:

कौन-सी एकल विफलता तीनों लूपों को अक्षम कर सकती है? आपको इसे पहचानना होगा और दिखाना होगा कि आपकी डिज़ाइन इसे कैसे रोकती है।

- भूकंपीय सामान्य कारण: तीनों लूपों को साइट SSE के लिए डिज़ाइन की गई Seismic Category I संरचनाओं में होना चाहिए

- बाढ़ सामान्य कारण: लूप अलग-अलग ऊँचाइयों पर या बाढ़-संरक्षित डिब्बों में हों

- आग सामान्य कारण: अग्नि अवरोध (3-घंटे रेटेड), अलग केबल रन, रिडंडेंट सेपरेशन

- हीट सिंक की हानि सामान्य कारण: यदि तीनों लूप एक ही अंतिम हीट सिंक (नदी, समुद्र) में गर्मी छोड़ते हैं, तो उस सिंक की हानि का विश्लेषण किया जाना चाहिए

डिज़ाइन लूप 1: सामान्य शटडाउन कूलिंग

अपना पहला कूलिंग लूप डिज़ाइन करें: सामान्य शटडाउन कूलिंग / RHR सिस्टम।

लूप 2 डिज़ाइन करें: ECCS हाई-प्रेशर इंजेक्शन

लूप 2 आपकी इमरजेंसी कोर कूलिंग है: यह दुर्घटनाओं द्वारा सक्रिय होती है, न कि सामान्य संचालन द्वारा।

लूप 3 डिज़ाइन करें: निष्क्रिय कोर कूलिंग

लूप 3 बिना AC पावर और बिना ऑपरेटर कार्रवाई के काम करना चाहिए। यह अंतिम रक्षा पंक्ति है: वह प्रणाली जो फुकुशिमा जैसी स्थिति को रोकती है।

सामान्य कारण विफलता विश्लेषण

आपके पास तीन कूलिंग लूप्स हैं। अब साबित करें कि वे वास्तव में स्वतंत्र हैं।

Three Independent Ways to Stop the Reaction

Section 5b: Triple Redundant Shutdown Systems

चेन रिएक्शन को रोकने के लिए केवल कंट्रोल रॉड्स ही काफी नहीं हैं। एक आधुनिक सुरक्षित रिएक्टर में तीन पूरी तरह स्वतंत्र शटडाउन तंत्र होते हैं, जिनमें से कोई भी एक ठंडी शटडाउन प्राप्त करने और बनाए रखने के लिए पर्याप्त है।

कंट्रोल रॉड्स ही क्यों नहीं?

चेरनोबिल के रिएक्टर को बंद करने में कंट्रोल रॉड्स पर्याप्त तेज़ी से विफल रहे: RBMK में पॉजिटिव स्क्रैम गुणांक था—ग्रेफाइट-टिप वाली रॉड्स डालने से पहले पावर में संक्षिप्त स्पाइक होती थी, फिर शटडाउन। TMI में कंट्रोल रॉड्स सही ढंग से डाली गईं, लेकिन कूलेंट स्तर को लेकर ऑपरेटर की गलतफहमी के कारण कोर अनकवर्ड हो गया। सबक: कोई भी एकल सिस्टम शटडाउन का एकमात्र साधन नहीं होना चाहिए।

शटडाउन सिस्टम 1: कंट्रोल रॉड्स:

प्राथमिक शटडाउन सिस्टम। न्यूट्रॉन-अवशोषक सामग्री (बोरॉन कार्बाइड B₄C, हेफ़नियम, या Ag-In-Cd मिश्रधातु) वाली रॉड्स को कोर में डाला जाता है। रॉड्स गुरुत्वाकर्षण या स्प्रिंग द्वारा डाली जाती हैं (SCRAM): बिजली जाने या सुरक्षा संकेत पर, रॉड्स को ऊपर रखने वाले इलेक्ट्रोमैग्नेट्स डी-एनर्जाइज़ हो जाते हैं और रॉड्स कोर में गिर जाती हैं। SCRAM समय: सामान्यतः रॉड्स 2-4 सेकंड में पूरी तरह डाल दी जाती हैं।

डिज़ाइन आवश्यकताएँ: (1) रॉड वर्थ: सभी रॉड्स मिलकर किसी भी ऑपरेटिंग स्थिति से रिएक्टर को बंद करने में सक्षम हों, साथ ही सबसे अधिक वर्थ वाली रॉड बाहर फँसी हुई हो। इसे 'स्टक रॉड क्राइटेरियन' कहते हैं। (2) SCRAM समय: स्टार्टअप टेस्टिंग के दौरान मापा और सत्यापित किया जाता है। (3) टेस्ट फ्रीक्वेंसी: कंट्रोल रॉड्स को नियमित रूप से एक्सरसाइज़ (आंशिक रूप से बाहर निकालकर और पुनः डालकर) किया जाना चाहिए ताकि उनकी कार्यक्षमता सत्यापित हो।

शटडाउन सिस्टम 2: इमरजेंसी बोरेशन:

रिएक्टर कूलेंट सिस्टम में बोरेटेड पानी इंजेक्ट करें। बोरॉन-10 एक उत्कृष्ट न्यूट्रॉन अवशोषक है। पर्याप्त बोरॉन इंजेक्शन से सभी कंट्रोल रॉड्स बाहर फँसी होने पर भी कोल्ड शटडाउन प्राप्त होता है। दो तरीके: (1) स्टैंडपाइप इंजेक्शन: बोरिक एसिड टैंक को पंपों और आइसोलेशन वाल्वों द्वारा RCS से जोड़ा जाता है। (2) ECCS बोरॉन इंजेक्शन: ECCS एक्यूमुलेटर का पानी पहले से ही बोरेटेड होता है; ECCS इंजेक्शन स्वतः बोरॉन प्रदान करता है। सभी रॉड्स बाहर फँसी स्थिति में कोल्ड शटडाउन के लिए आवश्यक बोरॉन सांद्रता सुरक्षा विश्लेषण में गणना की जाती है और सामान्यतः 2000-2500 ppm (बोरिक एसिड H₃BO₃ के रूप में) होती है।

शटडाउन सिस्टम 3: पैसिव एब्जॉर्बर ड्रेन (भौतिकी-आधारित, बिना बिजली के):

एक विविध, पैसिव शटडाउन तंत्र जो अलग भौतिक सिद्धांत का उपयोग करता है। उदाहरण:

- बोरॉन बॉल इंजेक्शन (CANDU स्टाइल): एब्जॉर्बर सामग्री की गेंदें बिजली जाने पर गुरुत्वाकर्षण द्वारा अलग मॉडरेटर कम्पार्टमेंट्स में गिर जाती हैं।

- ऊँचे टैंक से पैसिव बोरॉन इंजेक्शन: सांद्र बोरिक एसिड का एक ऊँचा टैंक बिजली जाने पर फेल-ओपन वाल्व खुलने पर गुरुत्वाकर्षण द्वारा RCS में बह जाता है। कोई पंप, कोई सिग्नल आवश्यक नहीं।

- मोल्टन सॉल्ट ड्रेन-टू-सबक्रिटिकल ज्योमेट्री: MSR के लिए, कूलिंग पावर जाने पर फ्रीज प्लग पिघल जाता है, जिससे ईंधन एक ऐसे ज्योमेट्री में बह जाता है जो भौतिक रूप से चेन रिएक्शन को बनाए रखने में असमर्थ होता है (ड्रेन टैंक में डिज़ाइन की गई सबक्रिटिकल ज्योमेट्री)।

- स्प्रिंग-इजेक्शन वाले बर्नेबल पॉइज़न रॉड्स: कुछ डिज़ाइनों में, सेकेंडरी शटडाउन रॉड्स होल्डिंग मैकेनिज्म के खोने पर स्प्रिंग द्वारा कोर में ऊपर की ओर इजेक्शन हो सकते हैं।

परीक्षण एवं निगरानी आवश्यकताएँ:

प्रत्येक शटडाउन प्रणाली का नियमित रूप से स्वतंत्र रूप से परीक्षण किया जाना चाहिए, परिणामों को दर्ज किया जाए और NRC को सूचित किया जाए। NRC द्वारा अक्षम पाई गई शटडाउन प्रणालियाँ रिपोर्ट करने योग्य घटनाएँ हैं। परीक्षण से यह सिद्ध होना चाहिए कि प्रत्येक प्रणाली अकेले ही कोल्ड शटडाउन प्राप्त कर सकती है।

अपनी तीन शटडाउन प्रणालियाँ डिज़ाइन करें

अपने रिएक्टर के लिए तीनों शटडाउन प्रणालियाँ डिज़ाइन करें।

तीन स्वतंत्र विद्युत स्रोत

अनुभाग 5c: त्रिगुण अतिरिक्त विद्युत स्रोत

फुकुशिमा का मुख्य सबक: स्टेशन ब्लैकआउट: AC पावर की पूर्ण हानि: कोर क्षति का कारण नहीं बनना चाहिए। NRC की फुकुशिमा के बाद की आवश्यकताएँ (FLEX) अनिवार्य करती हैं कि संयंत्र विस्तारित स्टेशन ब्लैकआउट का सामना विविध और स्वतंत्र पावर स्रोतों का उपयोग करके कर सकें।

पावर स्रोत 1: ऑफसाइट ग्रिड:

सामान्य पावर सप्लाई। दो या अधिक स्वतंत्र ट्रांसमिशन लाइनें स्वतंत्र सबस्टेशनों से (भिन्न ग्रिड सर्किट)। ट्रांसफॉर्मर सुरक्षा: सडन प्रेशर रिले, डिफरेंशियल रिले, लॉकआउट रिले: एक दोषपूर्ण ट्रांसफॉर्मर को अन्य बसों तक फैलने से रोकता है। यदि प्लांट का मुख्य जनरेटर ट्रिप करता है, तो ऑफसाइट पावर कुछ सेकंड में ऑटोमैटिकली ऑक्जिलरी ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से संभाल लेती है।

कमजोरी: ग्रिड को नुकसान पहुँचाने वाली कोई भी घटना (गंभीर मौसम, भूकंपीय घटना, ग्रिड अस्थिरता) ऑफसाइट पावर को काट सकती है। ऑफसाइट पावर सबसे विश्वसनीय सामान्य स्रोत है लेकिन सबसे कम विश्वसनीय आपातकालीन स्रोत है।

पावर स्रोत 2: इमरजेंसी डीजल जनरेटर (EDGs):

प्राथमिक आपातकालीन AC विद्युत स्रोत। NRC न्यूनतम: प्रति यूनिट 2 EDG, प्रत्येक एक सुरक्षा डिवीजन के पूर्ण आपातकालीन लोड को वहन करने में सक्षम। स्टार्ट आवश्यकता: EDG को स्टार्ट सिग्नल मिलने के 10 सेकंड के अंदर रेटेड वोल्टेज और फ्रीक्वेंसी तक पहुँचना चाहिए (NRC आवश्यकता)। ईंधन आपूर्ति: NRC न्यूनतम 7-दिन की पूर्ण लोड पर आपूर्ति। पोस्ट-फुकुशिमा सर्वोत्तम अभ्यास: 14-दिन की आपूर्ति के लिए डिज़ाइन, साथ ही ईंधन डिलीवरी अनुबंध जो पुनःपूर्ति सुनिश्चित करें।

परीक्षण: मासिक लोड टेस्ट (पूर्ण गति पर अनलोडेड स्टार्ट), त्रैमासिक लोड टेस्ट (रेटेड लोड पर), 18-महीने का एंड्योरेंस टेस्ट (पूर्ण लोड पर पूर्ण परीक्षण अवधि तक चलाना)।

एक सामान्य 1100 MWe PWR में 2-4 EDG होते हैं, प्रत्येक ~7,000 से 9,000 kW रेटेड।

विद्युत स्रोत 3: स्टेशन बैटरियाँ (DC पावर, Class 1E):

इंस्ट्रुमेंटेशन, कंट्रोल, आपातकालीन प्रकाश, वाल्व संचालन और संचार के लिए अंतिम बैकअप विद्युत स्रोत। DC बसें बैटरियों से फीड होती हैं, जो सामान्य संचालन के दौरान AC बसों से चार्ज होती हैं। सभी AC के नष्ट होने पर: बैटरियाँ स्वतंत्र रूप से DC पावर प्रदान करती हैं।

साइजिंग: प्रत्येक DC बस को बिना AC रिचार्जिंग के कम से कम 2 घंटे तक अपनी लोड सूची सप्लाई करने के लिए साइज किया जाना चाहिए। आधुनिक डिज़ाइन 4-8 घंटे के लिए साइज किए जाते हैं। लोड सूची में शामिल हैं: कंट्रोल रॉड ड्राइव मॉनिटर, सुरक्षा-संबंधित इंस्ट्रुमेंटेशन, आपातकालीन प्रकाश, आपातकालीन संचार, और महत्वपूर्ण वाल्व एक्ट्यूएटर।

बैटरी प्रतिस्थापन: निर्माता अनुसूची के अनुसार, सामान्यतः 10-20 वर्ष। बैटरी परीक्षण: वार्षिक क्षमता परीक्षण, प्रत्येक 18 महीने में डिस्चार्ज परीक्षण।

FLEX Strategy: Post-Fukushima Portable Equipment:

पोर्टेबल डीजल जनरेटर, पोर्टेबल पंप और होज़ कई स्थानों पर विविध पहुंच मार्गों के साथ पहले से रखे गए हैं (सभी एक ही बाढ़ या आग से पहुंच योग्य नहीं)। सुरक्षा संबंधित बसों और कूलिंग सिस्टम से कनेक्शन पॉइंट पहले से इंस्टॉल और टेस्ट किए गए हैं। FLEX उपकरण बिना AC पावर के ऑपरेटरों द्वारा तैनात किए जा सकते हैं। NRC को FLEX रणनीतियों की आवश्यकता है: स्टेशन ब्लैकआउट, अंतिम हीट सिंक की हानि, और उनके संयोजनों को संबोधित करने के लिए।

Design Your Three Power Sources

Design your complete power architecture.

तीन स्वतंत्र मॉनिटरिंग चैनल

Section 5d: ट्रिपल रिडंडेंट मॉनिटरिंग एवं इंस्ट्रुमेंटेशन

I&C (इंस्ट्रुमेंटेशन एंड कंट्रोल) की विफलताओं ने हर प्रमुख परमाणु दुर्घटना को पैदा किया या बढ़ाया। TMI में, ऑपरेटर एकल संकेतक (एक लाइट जो दिखाती थी कि पायलट-ऑपरेटेड रिलीफ वाल्व को खोलने का आदेश दिया गया था, न कि यह वास्तव में खुला था) से भ्रमित हो गए और ऐसे निर्णय लिए जिससे कोर ड्रेन हो गया। चेर्नोबिल में, घातक परीक्षण के दौरान प्रमुख उपकरण अक्षम या भ्रामक थे।

तीन स्वतंत्र मापन चैनल:

आधुनिक रिएक्टर सुरक्षा उपकरणों को तीन (या चार) स्वतंत्र चैनलों में विभाजित करते हैं: A, B, और C (या I, II, III, IV)। प्रत्येक चैनल अलग-अलग सेंसर का उपयोग करता है, अलग-अलग केबल रन के माध्यम से अलग-अलग कंड्यूट में रूट किया जाता है, और अलग-अलग सुरक्षा बसों से संचालित होता है।

विभिन्न तकनीकों का उपयोग क्यों?

सेंसर में कॉमन कॉज फेलियर: यदि सभी तीन चैनल एक ही सेंसर मॉडल का उपयोग करते हैं, तो उस मॉडल में कोई व्यवस्थित दोष सभी तीनों को एक साथ विफल कर सकता है या एक ही गलत रीडिंग दे सकता है। विभिन्न निर्माताओं या विभिन्न मापन सिद्धांतों का उपयोग करने से यह जोखिम कम होता है।

2-of-3 voting logic:

तीन चैनल, प्रत्येक एक सुरक्षा फ़ंक्शन के लिए हाँ/नहीं सिग्नल देते हैं (उदाहरण: 'उच्च दबाव, SCRAM आरंभ करें')। सुरक्षा कार्रवाई तभी होती है जब कम से कम 2 में से 3 चैनल सहमत हों। 1-of-3 क्यों नहीं? क्योंकि एक दोषपूर्ण चैनल गलत SCRAMs का कारण बन सकता है (बहुत अधिक गलत सकारात्मक: संयंत्र अविश्वसनीय हो जाएगा)। 3-of-3 क्यों नहीं? क्योंकि एक विफल चैनल SCRAM को होने से रोक सकता है (बहुत कम सही सकारात्मक: संयंत्र असुरक्षित हो जाएगा)। 2-of-3 गणितीय रूप से इष्टतम है: एकल गलत ट्रिप और एकल ट्रिप विफलता दोनों के प्रति प्रतिरोधी।

Post-accident monitoring: NUREG-0696 Category 1 variables:

निम्नलिखित चर को दुर्घटना के बाद, सामान्य डिजिटल कंट्रोल सिस्टम (DCS) से स्वतंत्र रूप से मॉनिटर किया जाना चाहिए, विशेष रूप से ऑपरेटरों को ग्राउंड ट्रुथ देने के लिए, भले ही DCS क्षतिग्रस्त या अविश्वसनीय हो:

- रिएक्टर कूलेंट सिस्टम दबाव

- रिएक्टर कूलेंट सिस्टम तापमान (हॉट लेग, कोल्ड लेग)

- रिएक्टर कूलेंट सिस्टम जल स्तर (इन-वेसल लेवल)

- कंटेनमेंट दबाव

- कंटेनमेंट विकिरण स्तर

- एफ्लुएंट विकिरण मॉनिटर (कूलेंट, स्टीम, कंटेनमेंट एटमॉस्फियर)

पर्यावरणीय एवं भूकंपीय योग्यता:

सभी सुरक्षा-संबंधित I&C को उन पर्यावरणीय परिस्थितियों के लिए योग्य होना चाहिए जिनका वे दुर्घटना में अनुभव करेंगे: तापमान 150°C तक, आर्द्रता 100% तक, विकिरण 10⁷ rad (100 kGy) तक संचयी, दुर्घटना की अवधि (महीनों) के लिए। हम इसे 10 CFR 50 Appendix B / IEEE 323 पर्यावरणीय योग्यता कहते हैं। भूकंपीय योग्यता (IEEE 344): साइट SSE के दौरान और उसके बाद कार्य करना चाहिए।

अपनी मॉनिटरिंग आर्किटेक्चर डिज़ाइन करें

अपने इंस्ट्रुमेंटेशन और कंट्रोल सुरक्षा आर्किटेक्चर को डिज़ाइन करें।

Safety That Works Without Power or Operators

Section 6: Passive Safety Features

Passive safety features work through physics alone: no pumps, no power, no operator action. They are always on, always working, and cannot be disabled by a station blackout.

Negative Doppler Coefficient (always present in uranium fuel):

जैसे-जैसे ईंधन का तापमान बढ़ता है, U-238 के अनुनाद अवशोषण शिखर चौड़े हो जाते हैं (डॉप्लर ब्रॉडनिंग)। अधिक न्यूट्रॉन U-238 द्वारा बिना विखंडन कराए कैप्चर कर लिए जाते हैं। इससे ईंधन गर्म होने पर स्वतः विखंडन दर कम हो जाती है: एक स्व-सीमित, सदैव उपस्थित फीडबैक तंत्र। यह सभी रिएक्टर प्रकारों में काम करता है जो यूरेनियम ईंधन का उपयोग करते हैं। यही कारण है कि यूरेनियम रिएक्टर अनियंत्रित रासायनिक विस्फोट की तरह अनियंत्रित नहीं हो सकता: भौतिकी स्वयं विरोध करती है।

नकारात्मक मॉडरेटर तापमान गुणांक (LWRs के लिए):

लाइट-वाटर रिएक्टरों में, जैसे-जैसे शीतलक/मॉडरेटर का तापमान बढ़ता है, पानी का घनत्व घटता है। कम घने पानी कम न्यूट्रॉनों को मॉडरेट करता है, इसलिए विखंडन के लिए आवश्यक तापीय ऊर्जा तक पहुँचने वाले न्यूट्रॉन कम हो जाते हैं। रिएक्टिविटी स्वतः घट जाती है। यही कारण है कि PWR और BWR व्यापक पावर स्तरों पर स्वाभाविक रूप से स्व-नियमनशील होते हैं।

नकारात्मक वॉयड गुणांक (अधिकांश LWRs में पावर पर):

यदि शीतलक में बुलबुले बनते हैं या शीतलक खो जाता है, तो मॉडरेशन घट जाता है। LWRs में इससे रिएक्टिविटी घटती है। यही सुरक्षा विशेषता है जो चेर्नोबिल के RBMK में नहीं थी: इसका बड़ा धनात्मक वॉयड गुणांक था, जिसका अर्थ था कि शीतलक खोने से पावर बढ़ती थी, जिससे अनियंत्रित फीडबैक लूप बनता था।

निष्क्रिय क्षय ऊष्मा निष्कासन: प्राकृतिक परिसंचरण:

गर्म पानी ठंडे पानी की तुलना में कम घनत्व वाला होता है। प्राथमिक लूप में, कोर से गर्म शीतलक स्वाभाविक रूप से ऊपर उठता है। AP1000 जैसे डिज़ाइनों में, यह प्राकृतिक परिसंचरण बिना किसी पंप के PRHR HX के माध्यम से शीतलक को चलाता है। क्षय ऊष्मा केवल भौतिकी के नियमों द्वारा ही हटाई जाती है।

इन-वेसल रिटेंशन (IVR): AP1000 दृष्टिकोण:

यदि गंभीर दुर्घटना कोर क्षति तक पहुँच जाती है, तो पिघला हुआ कोरियम रिएक्टर वेसल के अंदर ही रखा जाना चाहिए। AP1000 डिज़ाइन रिएक्टर कैविटी को पानी से भर देता है (IRWST से गुरुत्वाकर्षण द्वारा)। वेसल के बाहर का पानी वेसल की दीवार से ऊष्मा हटाता है, जिससे स्टील वेसल बरकरार रहता है और पिघला हुआ कोरियम कंटेनमेंट फ्लोर तक नहीं पहुँच पाता। यह एक प्रमुख डिज़ाइन नवाचार था: पहले के LWRs में यह सुविधा नहीं थी।

एक्स-वेसल कोर कैचर: EPR दृष्टिकोण:

IVR का एक विकल्प: यदि कोरियम वेसल से बाहर निकल जाता है, तो यह एक फैलाव वाले कम्पार्टमेंट (कोर कैचर) में गिरता है जिसे पिघली हुई सामग्री को पतली परत में फैलाने और नीचे तथा ऊपर से ठंडा करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। EPR (यूरोपीय प्रेशराइज्ड रिएक्टर) इसी दृष्टिकोण का उपयोग करता है। IVR और कोर कैचर दोनों एक ही परिदृश्य को संबोधित करते हैं: वेसल ब्रिच के बाद गंभीर दुर्घटना की प्रगति।

हाइड्रोजन प्रबंधन: पैसिव ऑटोकैटेलिटिक रिकॉम्बिनर्स (PARs):

ज़िरकलॉय-भाप प्रतिक्रियाएँ हाइड्रोजन उत्पन्न करती हैं। हाइड्रोजन कंटेनमेंट में जमा होता है। हवा में 4-75% हाइड्रोजन सांद्रता पर यह ज्वलनशील होता है; 13-59% पर यह विस्फोटक होता है। फुकुशिमा में हाइड्रोजन विस्फोटों ने यूनिट 1, 3 और 4 की रिएक्टर इमारतों को नष्ट कर दिया। आधुनिक कंटेनमेंट को हाइड्रोजन प्रबंधन की आवश्यकता होती है: PARs (पैसिव ऑटोकैटेलिटिक रिकॉम्बिनर्स) प्लैटिनम या पैलेडियम उत्प्रेरक वाले उपकरण हैं। हाइड्रोजन और ऑक्सीजन उत्प्रेरक सतह पर बिना प्रज्वलन के कमरे के तापमान पर संयोजित होकर जलवाष्प उत्पन्न करते हैं। कोई बिजली, कोई पंखे, कोई ऑपरेटर कार्रवाई की आवश्यकता नहीं। PARs को स्थानीय संचय रोकने के लिए कंटेनमेंट में विभिन्न स्थानों पर लगाया जाता है। आवश्यक संख्या और स्थान सबसे खराब स्थिति वाले हाइड्रोजन स्रोत टर्म के आधार पर गणना किए जाते हैं।

चार भौतिक अवरोध: डिफेंस इन डेप्थ:

ऊपर दिया गया चित्र ईंधन और पर्यावरण के बीच चार भौतिक अवरोध दिखाता है:

1. ईंधन मैट्रिक्स (UO₂ सिरेमिक): सामान्य परिस्थितियों में ~95% विखंडन उत्पादों को रोकता है

2. ईंधन क्लैडिंग (ज़िरकलॉय या SiC): धातु अवरोध, किसी भी निकले विखंडन उत्पादों का पहला कंटेनमेंट

3. रिएक्टर शीतलक दाब सीमा: मोटी-दीवार वाली स्टील वेसल और पाइपिंग

4. कंटेनमेंट संरचना: प्रबलित कंक्रीट, सामान्यतः 1-1.5 मीटर मोटी, LOCA की सबसे खराब स्थिति के दाब और तापमान के लिए डिज़ाइन की गई, तथा विमान टक्कर के लिए भी

अपनी पैसिव सेफ्टी सुविधाएँ डिज़ाइन करें

पैसिव सुविधाएँ आपके डिज़ाइन की भौतिकी और ज्यामिति में ही अंतर्निहित होती हैं: इन्हें बंद नहीं किया जा सकता।

Human Safety Layer

Section 7: Human Oversight Design

प्रत्येक प्रमुख परमाणु दुर्घटना में मानवीय कारक शामिल रहा है: ऐसा इसलिए नहीं कि मनुष्य अविश्वसनीय हैं, बल्कि इसलिए कि मानवीय निरीक्षण प्रणाली खराब तरीके से डिज़ाइन की गई थी। अच्छा डिज़ाइन सही काम करना आसान और गलत काम करना कठिन बना देता है।

हर समय साइट पर तीन न्यूनतम योग्य कर्मचारी (24/7):

- रिएक्टर ऑपरेटर (RO): NRC-लाइसेंस प्राप्त (10 CFR Part 55)। रिएक्टर नियंत्रण संचालित करता है। प्लांट-विशिष्ट सिमुलेटर पर लिखित परीक्षा और ऑपरेटिंग टेस्ट पास करना अनिवार्य। केवल उसी विशिष्ट प्लांट के लिए लाइसेंस: स्थानांतरणीय नहीं।

- सीनियर रिएक्टर ऑपरेटर (SRO): शिफ्ट सुपरवाइजर: NRC-लाइसेंस प्राप्त। RO की निगरानी करता है। स्वतंत्र SCRAM प्राधिकार रखता है: किसी भी अन्य व्यक्ति के निर्देशों (प्रबंधन सहित) की परवाह किए बिना आपातकालीन शटडाउन का आदेश दे सकता है।

- रेडिएशन प्रोटेक्शन (RP) टेक्नीशियन / हेल्थ फिजिक्स ऑफिसर: विकिरण स्तरों की निगरानी करता है, व्यक्तिगत डोसिमेट्री का प्रबंधन करता है, नियंत्रित क्षेत्रों में प्रवेश अधिकृत करता है, और संचयी डोज़ का ट्रैक रखता है।

स्वतंत्र SCRAM प्राधिकार:

शिफ्ट पर्यवेक्षक को किसी भी समय आपातकालीन शटडाउन शुरू करने का कानूनी अधिकार है, जो उनके पेशेवर निर्णय पर आधारित होता है, और इसके लिए प्रबंधन की स्वीकृति की आवश्यकता नहीं होती। यह 10 CFR 50.54(x) के तहत एक नियामक आवश्यकता है। TMI से सीख: ऑपरेटरों को असामान्य कूलेंट हानि की स्थिति को तुरंत पहचानने और आत्मविश्वास से SCRAM करने का प्रशिक्षण और अधिकार होना चाहिए था। इसके बजाय, वे विरोधाभासी संकेतकों से भ्रमित हो गए और मूल समस्या को पहचानने के बजाय लक्षणों को 'ठीक' करने की कोशिश करते रहे।

दो-व्यक्ति अखंडता (TPI):

निर्दिष्ट संचालन: विशेष रूप से ईंधन हैंडलिंग, कुछ परीक्षणों के दौरान कंट्रोल रॉड मैनिपुलेशन, और कुछ महत्वपूर्ण क्षेत्रों तक पहुंच: के लिए दो योग्य व्यक्तियों की उपस्थिति और एक-दूसरे की निगरानी अनिवार्य है। कोई भी व्यक्ति अकेले संचालन पूरा नहीं कर सकता। भौतिक नियंत्रण (दो कुंजियों की एक साथ आवश्यकता वाले की स्विच, इंटरलॉक) प्रक्रिया अनुपालन पर निर्भर रहने के बजाय इसे लागू करते हैं। TPI व्यक्तिगत त्रुटियों और तोड़फोड़ को रोकता है।

शिफ्ट सीमाएं: थकान प्रबंधन:

10 CFR 26 (ड्यूटी के लिए फिटनेस) के अनुसार: अधिकतम शिफ्ट अवधि 12 घंटे है। शिफ्टों के बीच न्यूनतम आराम अवधि 8 घंटे है। प्रति सप्ताह अधिकतम घंटे 54 घंटे (आपातकाल में प्रबंधन की स्वीकृति से 72 घंटे) हैं। ये सीमाएं इसलिए हैं क्योंकि नींद की कमी निर्णय लेने की क्षमता को काफी हद तक प्रभावित करती है: ठीक उसी तरह जैसे शराब करती है: और परमाणु संचालन के लिए निरंतर सतर्कता की आवश्यकता होती है।

प्रशिक्षण आवश्यकताएँ:

- प्लांट-विशिष्ट फुल-स्कोप सिमुलेटर पर NRC-प्रमाणित प्रशिक्षण कार्यक्रम

- प्रारंभिक लाइसेंस: लिखित परीक्षा (पास/फेल, बहुविकल्पीय और निबंधात्मक) + ऑपरेटिंग टेस्ट (NRC-लाइसेंस प्राप्त परीक्षक द्वारा व्यावहारिक मूल्यांकन)

- पुनर्प्रशिक्षण: वार्षिक लिखित परीक्षा, सिमुलेटर पर द्विवार्षिक ऑपरेटिंग परीक्षा

- मूल्यांकित आपातकालीन अभ्यास: तिमाही ऑन-शिफ्ट अभ्यास, राज्य और काउंटी की भागीदारी के साथ वार्षिक पूर्ण-स्तरीय आपातकालीन प्रतिक्रिया अभ्यास

आपातकालीन संचालन प्रक्रियाएँ (EOPs):

लक्षण-आधारित प्रक्रियाएँ, NRC द्वारा अनुमोदित। 'अगर आप Event X देखें, तो Y करें' के बजाय, आधुनिक EOP कहते हैं 'अगर आप ये लक्षण देखें (उच्च दाब + निम्न स्तर + बढ़ता तापमान), तो इस प्रक्रिया में प्रवेश करें।' यह दृष्टिकोण: TMI के बाद विकसित किया गया: अधिक मजबूत है क्योंकि ऑपरेटर उस चीज़ पर प्रतिक्रिया करते हैं जिसे वे देखते हैं, न कि उस कारण पर जिसके बारे में वे सोचते हैं।

कंट्रोल रूम डिज़ाइन: दुर्घटना के बाद की निगरानी DCS से स्वतंत्र:

दुर्घटना के बाद की निगरानी उपकरण कंट्रोल रूम से पढ़े जाने चाहिए, भले ही प्लांट का डिजिटल कंट्रोल सिस्टम (DCS) पूरी तरह से विफल हो जाए। ये समर्पित हार्डवायर्ड डिस्प्ले हैं: एनालॉग मीटर या अलग पावर और सिग्नल पाथ वाले योग्य डिजिटल डिस्प्ले।

अपना ह्यूमन ओवरसाइट सिस्टम डिज़ाइन करें

ह्यूमन ओवरसाइट एक सुरक्षा प्रणाली है। इसे अपने कूलिंग लूप्स की तरह ही कठोरता से डिज़ाइन करें।

साइट चयन और बाहरी खतरा डिज़ाइन

Section 8: Siting & Civil Design

साइट आपके प्लांट के लिए बाहरी खतरों को निर्धारित करती है जिन्हें प्लांट को झेलना होगा। NRC को FSAR (Final Safety Analysis Report) के भाग के रूप में एक व्यापक बाहरी खतरा विश्लेषण की आवश्यकता होती है।

Seismic design: Safe Shutdown Earthquake (SSE):

हर प्लांट साइट का एक Safe Shutdown Earthquake (SSE) होता है: अधिकतम भूकंप जिसे प्लांट सुरक्षित शटडाउन प्राप्त करने और बनाए रखने के लिए झेलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सुरक्षा-संबंधित संरचनाएँ (रिएक्टर भवन, कंट्रोल भवन, ECCS भवन, EDG भवन) Seismic Category I होनी चाहिए: SSE को झेलने और कार्यात्मक बने रहने के लिए डिज़ाइन की गई। SSE को 10⁻⁴ वार्षिक अतिलंघन संभावना के लक्ष्य के साथ एक संभाव्य भूकंपीय खतरा विश्लेषण (PSHA) से निर्धारित किया जाता है: 10,000-वर्षीय वापसी अवधि की घटना। फुकुशिमा का डिज़ाइन आधार भूकंप 6.1 तीव्रता का था; वास्तविक भूकंप 9.0 था। SSE को कभी कम मत आँकें।

Flooding: Probable Maximum Flood (PMF):

PMF वह अधिकतम बाढ़ है जो मौसम विज्ञान और जल विज्ञान विश्लेषण के आधार पर साइट पर हो सकती है। प्लांट ग्रेड ऊंचाई PMF स्तर से ऊपर रखनी चाहिए, या प्लांट में PMF के लिए रेटेड बाढ़ अवरोध (दीवारें, दरवाजे, हैच) होने चाहिए। फुकुशिमा से महत्वपूर्ण सबक: समुद्री दीवार को 5.7 मीटर के लिए डिज़ाइन किया गया था; वास्तविक सुनामी 15 मीटर थी। PMF गणना रूढ़िवादी होनी चाहिए।

बाहरी खतरे: विमान टक्कर, अत्यधिक हवा, बाहरी विस्फोट:

- विमान टक्कर: 9/11 के बाद NRC को बड़े वाणिज्यिक संयंत्रों के लिए विमान टक्कर का मूल्यांकन (जरूरी नहीं कि डिज़ाइन) करना अनिवार्य है। AP1000 और EPR जैसे नए डिज़ाइन में कंटेनमेंट और कंट्रोल रूम डिज़ाइन में विमान टक्कर प्रतिरोध शामिल है।

- अत्यधिक हवा / बवंडर: प्रत्येक साइट क्षेत्र के लिए Regulatory Guide 1.76 के अनुसार डिज़ाइन बेसिस बवंडर। मिसाइल सुरक्षा: बवंडर मिसाइल (यूटिलिटी पोल, कार) सुरक्षा संबंधी संरचनाओं में प्रवेश नहीं कर पाने चाहिए।

- बाहरी विस्फोट: रासायनिक संयंत्रों, LNG टर्मिनलों, पाइपलाइनों या खतरनाक माल वाली रेल लाइनों की निकटता का मूल्यांकन करना चाहिए।

बहिष्करण क्षेत्र सीमा (EAB): 10 CFR 100:

EAB संयंत्र के चारों ओर न्यूनतम त्रिज्या है जिसके भीतर ऑपरेटर को भूमि का नियंत्रण होता है। सबसे खराब स्थिति वाले दुर्घटना के बाद दो घंटों में EAB पर विकिरण खुराक पूरे शरीर (TEDE) के लिए 25 रेम से अधिक नहीं होनी चाहिए। यह सीमा कंटेनमेंट और साइट सीमा सेटबैक के डिज़ाइन को निर्धारित करती है। बड़े स्रोत टर्म वाले बड़े संयंत्र को बड़े EAB की आवश्यकता होती है।

आपातकालीन योजना क्षेत्र (EPZ):

प्रत्येक परमाणु संयंत्र के चारों ओर दो क्षेत्र:

- प्लूम एक्सपोज़र पाथवे EPZ: लगभग 10 मील त्रिज्या। सुरक्षात्मक कार्रवाई: निकासी, आश्रय-स्थल, पोटैशियम आयोडाइड वितरण, यातायात नियंत्रण योजनाएँ।

- इंजेशन पाथवे EPZ: लगभग 50 मील त्रिज्या। सुरक्षात्मक कार्रवाई: खाद्य एवं जल उपभोग प्रतिबंध, फसलों एवं डेयरी उत्पादों की निगरानी।

EPZ का आकार केवल संयंत्र के आकार से निर्धारित नहीं होता: यह सभी वाणिज्यिक रिएक्टरों के लिए NRC नियम द्वारा निश्चित है (बहुत छोटे SMRs के लिए कुछ लचीलापन)। आपातकालीन योजनाएँ राज्य और स्थानीय सरकारों के साथ विकसित और अभ्यास की जानी चाहिए।

अपनी साइट का बचाव करें

अब अपनी साइट और सिविल डिज़ाइन विकल्पों को सही ठहराएं।

NRC Licensing Process

Section 9: Licensing Pathway

संयुक्त राज्य अमेरिका में बिना लाइसेंस के रिएक्टर बनाना अवैध है। NRC की 10 CFR Part 52 के तहत लाइसेंसिंग प्रक्रिया कागज पर ही सुरक्षा समस्याओं को पकड़ने के लिए बनाई गई है: कंक्रीट डालने से पहले। यह सार्वजनिक, हस्तक्षेपकर्ताओं और NRC के तकनीकी स्टाफ को डिज़ाइन को चुनौती देने और सुधारने का माध्यम भी है।

10 CFR Part 52: Combined License (COL):

आधुनिक लाइसेंसिंग का मुख्य मार्ग। COL निर्माण परमिट और संचालन लाइसेंस को एक ही प्रक्रिया में जोड़ता है। आवेदक यह साबित करता है कि डिज़ाइन NRC आवश्यकताओं को पूरा करता है और साइट स्वीकार्य है। NRC निर्माण से पहले COL जारी करता है। निर्माण के दौरान, Inspections, Tests, Analyses, & Acceptance Criteria (ITAAC) सत्यापित करते हैं कि जो बनाया गया है वह लाइसेंस प्राप्त डिज़ाइन से मेल खाता है।

डिज़ाइन प्रमाणन (DC):

एक रिएक्टर डिज़ाइन को NRC द्वारा किसी विशिष्ट साइट से स्वतंत्र रूप से प्रमाणित किया जा सकता है। डिज़ाइन प्रमाणन 15 वर्षों तक वैध रहता है। प्रमाणित होने के बाद, COL प्लांट बनाने वाली यूटिलिटी DC का संदर्भ ले सकती है और मानक डिज़ाइन को दोबारा चुनौती देने की आवश्यकता नहीं होती। AP1000 और ABWR प्रमाणित डिज़ाइन हैं। SMR डिज़ाइनर (NuScale, GEH BWRX-300, Kairos, TerraPower) अपनी तकनीकों के लिए डिज़ाइन प्रमाणन प्राप्त करने का प्रयास कर रहे हैं।

अंतिम सुरक्षा विश्लेषण रिपोर्ट (FSAR): 17 अध्याय:

FSAR प्रत्येक लाइसेंस आवेदन के केंद्र में तकनीकी दस्तावेज़ है। यह प्लांट का वर्णन करता है और साबित करता है कि यह सभी NRC आवश्यकताओं को पूरा करता है। मुख्य अध्याय:

- अध्याय 1: परिचय एवं सामान्य विवरण

- अध्याय 2: स्थल विशेषताएँ (भूकंपीय, बाढ़, मौसम विज्ञान, जनसंख्या)

- अध्याय 4: रिएक्टर (ईंधन डिज़ाइन, कोर भौतिकी, थर्मल-हाइड्रॉलिक्स)

- अध्याय 5: रिएक्टर शीतलक प्रणाली (प्राथमिक लूप, दाब सीमा, ECCS)

- अध्याय 6: इंजीनियरित सुरक्षा विशेषताएँ (कंटेनमेंट, ECCS, हाइड्रोजन नियंत्रण)

- अध्याय 7: इंस्ट्रुमेंटेशन एवं नियंत्रण

- अध्याय 8: विद्युत शक्ति (ऑफसाइट, ऑनसाइट, बैटरियाँ, FLEX)

- अध्याय 9: सहायक प्रणालियाँ

- अध्याय 13: संचालन का संचालन (संगठन, प्रशिक्षण, EOPs)

- अध्याय 15: दुर्घटना विश्लेषण (डिज़ाइन आधार दुर्घटनाएँ: LOCA, मुख्य भाप लाइन ब्रेक, नियंत्रण रॉड इजेक्शन, आदि)

- अध्याय 16: तकनीकी विनिर्देश (परिचालन सीमाएँ और निगरानी आवश्यकताएँ)

संभाव्य जोखिम मूल्यांकन (PRA):

एक मात्रात्मक सुरक्षा विश्लेषण जो कोर क्षति और बड़े प्रारंभिक रिलीज की संभावना की गणना करता है। दो प्रमुख मापदंड:

- कोर क्षति आवृत्ति (CDF): प्रति रिएक्टर-वर्ष कोर क्षति की संभावना। NRC लक्ष्य: < 1×10⁻⁴/रिएक्टर-वर्ष। उन्नत रिएक्टर लक्ष्य: < 1×10⁻⁵/रिएक्टर-वर्ष।

- बड़े प्रारंभिक रिलीज आवृत्ति (LERF): सुरक्षात्मक कार्रवाई से पहले रेडियोधर्मिता के बड़े, प्रारंभिक रिलीज की प्रति रिएक्टर-वर्ष संभावना। NRC लक्ष्य: < 1×10⁻⁵/रिएक्टर-वर्ष।

PRA सबसे महत्वपूर्ण दुर्घटना अनुक्रमों (CDF के प्रमुख योगदानकर्ता) और सबसे महत्वपूर्ण प्रणालियों और घटकों (महत्व माप) की भी पहचान करता है: यह रखरखाव, परीक्षण और डिज़ाइन सुधार संसाधनों को निर्देशित करता है।

ITAAC: निरीक्षण, परीक्षण, विश्लेषण और स्वीकृति मानदंड:

प्रत्येक सुरक्षा-संबंधित प्रणाली और संरचना के लिए, COL निर्दिष्ट करता है ITAAC: क्या निरीक्षण, परीक्षण या विश्लेषण किया जाना है, और स्वीकृति मानदंड क्या है। NRC द्वारा ईंधन लोडिंग की अनुमति देने से पहले, सभी ITAAC पूरे किए जाने और रिपोर्ट किए जाने चाहिए। यदि कोई ITAAC विफल होता है, तो संयंत्र तब तक शुरू नहीं हो सकता जब तक कि उसे ठीक नहीं कर दिया जाए और ITAAC पास नहीं हो जाए।

निर्माण और पूर्व-परिचालन परीक्षण:

COL जारी होने के बाद निर्माण शुरू होता है। NRC निर्माण का निरीक्षण Inspection, Testing, Analysis, & Acceptance Criteria (ITAAC) के तहत करता है। पूर्व-परिचालन परीक्षण यह सत्यापित करता है कि प्रत्येक प्रणाली ईंधन लोड होने से पहले अपने डिज़ाइन विनिर्देशन को पूरा करती है। ईंधन लोड की अनुमति के लिए NRC स्टाफ को यह निर्धारित करना आवश्यक है कि सभी ITAAC पूरे हो चुके हैं।

अपना लाइसेंसिंग पथ चार्ट करें

अपने विशिष्ट रिएक्टर डिज़ाइन के लिए लाइसेंसिंग पाथवे का विस्तार से वर्णन करें।

अपना पूर्ण डिज़ाइन प्रस्तुत करें

Section 10: अंतिम डिज़ाइन समीक्षा

आपने एक न्यूक्लियर पावर प्लांट के हर प्रमुख सिस्टम को डिज़ाइन किया है। अब अपना पूर्ण डिज़ाइन प्रस्तुत करें: ठीक वैसे ही जैसे एक Chief Nuclear Officer NRC Safety Review Committee के सामने प्रस्तुत करता है।

आपके डिज़ाइन में निम्नलिखित प्रदर्शित होना चाहिए:

सभी चार सुरक्षा कार्यों के लिए पूर्ण ट्रिपल रिडंडेंसी:

1. शीतलन: तीन लूप (एक्टिव RHR, एक्टिव ECCS के साथ पैसिव एक्यूमुलेटर, पैसिव PRHR या पूल)

2. शटडाउन: तीन सिस्टम (कंट्रोल रॉड्स, इमरजेंसी बोरेशन, पैसिव एब्जॉर्बर ड्रेन)

3. पावर: तीन स्रोत (ऑफसाइट ग्रिड, इमरजेंसी डीजल, स्टेशन बैटरियां) प्लस FLEX

4. मॉनिटरिंग: तीन स्वतंत्र चैनल (A/B/C) 2-ऑफ-3 वोटिंग के साथ, पोस्ट-एक्सीडेंट मॉनिटरिंग

पैसिव सुरक्षा विशेषताएं:

- नेगेटिव डॉप्लर गुणांक (यूरेनियम ईंधन में हमेशा मौजूद)

- आपके रिएक्टर प्रकार के लिए नकारात्मक मॉडरेटर/वॉइड गुणांक

- निष्क्रिय क्षय ऊष्मा निष्कासन (प्राकृतिक परिसंचरण या पूल)

- गंभीर दुर्घटना प्रबंधन (IVR, कोर कैचर, या MSR ड्रेन-टू-सबक्रिटिकल)

- हाइड्रोजन प्रबंधन (कंटेनमेंट में वितरित PARs)

मानव निरीक्षण:

- साइट पर 24/7 तीन योग्य भूमिकाएँ

- भौतिक प्रवर्तन के साथ दो-व्यक्ति अखंडता

- अनुपालन शिफ्ट सीमाएँ

- प्लांट-विशिष्ट सिमुलेटर प्रशिक्षण

- लक्षण-आधारित EOPs

साइटिंग:

- भूकंपीय डिज़ाइन आधार (SSE, Seismic Category I संरचनाएँ)

- बाढ़ सुरक्षा (PMF या अवरोध)

- EAB डोज सीमा (25 rem TEDE)

- EPZ (10-मील प्लूम, 50-मील अंतर्ग्रहण)

ऐतिहासिक परीक्षण:

आपके डिज़ाइन को यह दिखाना होगा कि यह TMI, Chernobyl, और Fukushima की विशिष्ट विफलता मोड्स को कैसे रोकता है।

- TMI: बेहतर पोस्ट-एक्सीडेंट मॉनिटरिंग (डायरेक्ट RCS लेवल), सिम्प्टम-बेस्ड EOPs, प्रशिक्षित ऑपरेटर्स

- Chernobyl: नेगेटिव वॉयड कोएफिशिएंट (कोई पॉजिटिव स्क्रैम इफेक्ट नहीं), स्वतंत्र SCRAM अथॉरिटी, ऑपरेटर्स द्वारा सेफ्टी सिस्टम्स को डिसेबल करने की अनुमति नहीं

- Fukushima: पैसिव कूलिंग (AC पावर की जरूरत नहीं), एलिवेटेड FLEX इक्विपमेंट, 14-दिन का डीजल ईंधन, साइट PMF से ऊपर

पूर्ण डिज़ाइन समीक्षा

यह आपकी डिज़ाइन डिफेंस है। पूरी तरह उत्तर दें: हर चूक को चुनौती दी जाएगी।

आपका डिज़ाइन TMI, चेर्नोबिल और फुकुशिमा को कैसे रोकता है

Section 11: अतीत को रोकना

तीन प्रमुख परमाणु दुर्घटनाओं ने आधुनिक रिएक्टर सुरक्षा आवश्यकताओं को परिभाषित किया। आपके द्वारा डिज़ाइन की गई हर रिडंडेंसी प्रणाली की इन दुर्घटनाओं में एक विशिष्ट पूर्वज है।

थ्री माइल आइलैंड (TMI), 1979: पेंसिल्वेनिया, USA:

एक स्टक-ओपन पायलट-ऑपरेटेड रिलीफ वाल्व (PORV) ने प्राथमिक कूलेंट को घंटों तक निकलने दिया। इंडिकेटर लाइट ने दिखाया कि वाल्व को बंद करने का आदेश दिया गया था, न कि यह वास्तव में बंद हुआ था। ऑपरेटर, विरोधाभासी संकेतकों से भ्रमित होकर, ECCS इंजेक्शन को कम कर दिया क्योंकि उन्हें लगा कि सिस्टम ओवरफिल हो रहा है। कोर अनकवर हो गया, अत्यधिक गर्म हुआ और आंशिक रूप से पिघल गया।

Lessons: (1) Direct post-accident monitoring: ऑपरेटरों को वाल्व की वास्तविक स्थिति, कूलेंट का वास्तविक स्तर और कोर का वास्तविक तापमान देख पाना चाहिए। (2) Symptom-based EOPs: ऑपरेटर जो देखते हैं उसी के अनुसार प्रतिक्रिया करें, न कि जो वे सोचते हैं कि कारण है। (3) दुर्घटना पहचान और प्रतिक्रिया पर बेहतर ऑपरेटर प्रशिक्षण।

Chernobyl, 1986: Ukrainian SSR, USSR:

एक सुरक्षा परीक्षण कम पावर (अस्थिर क्षेत्र) पर चलाया गया और कई सुरक्षा प्रणालियों को निष्क्रिय या बायपास कर दिया गया। RBMK रिएक्टर में बड़ा पॉजिटिव वॉयड गुणांक था: जैसे ही कूलेंट उबलता, रिएक्टिविटी बढ़ जाती। जब ऑपरेटरों ने शटडाउन करने की कोशिश की, तो ग्रेफाइट-टिप्ड कंट्रोल रॉड्स ने संक्षिप्त पावर स्पाइक (पॉजिटिव स्क्रैम प्रभाव) पैदा किया। लगभग 30,000 MW की पावर एक्सकर्शन ने स्टीम एक्सप्लोजन और ग्रेफाइट आग में रिएक्टर को नष्ट कर दिया।

Lessons: (1) वाणिज्यिक रिएक्टरों में कोई पॉजिटिव वॉयड गुणांक नहीं होना चाहिए। (2) सुरक्षा प्रणालियाँ सामान्य संचालन के दौरान बायपास योग्य नहीं होनी चाहिए। (3) स्वतंत्र SCRAM अधिकार: कोई भी टेस्ट डायरेक्टर शिफ्ट सुपरवाइजर के सुरक्षा निर्णय को ओवरराइड नहीं कर सकता। (4) केवल प्रक्रिया-पालन नहीं बल्कि रिएक्टर भौतिकी पर ऑपरेटर प्रशिक्षण।

Fukushima Daiichi, 2011: Japan:

9.0 तीव्रता के भूकंप ने 15 मीटर की सुनामी को ट्रिगर किया, जिसने फुकुशिमा दाइची में आपातकालीन डीजल जनरेटरों को बाढ़ में डुबो दिया और नष्ट कर दिया। AC पावर न होने और डीजल जनरेटरों के नष्ट हो जाने से, यूनिट 1, 2 और 3 में डेके हीट ने कूलेंट को उबाल दिया। Zircaloy-steam प्रतिक्रिया से उत्पन्न हाइड्रोजन ने रिएक्टर भवनों में विस्फोट किया। 72 घंटों में तीन कोर पिघल गए।

पाठ: (1) निष्क्रिय शीतलन जो बिना बिजली के काम करे। (2) डीजल और बैटरियाँ बाढ़ स्तर से ऊपर या बाढ़ से सुरक्षित स्थान पर रखी जाएँ। (3) FLEX पोर्टेबल उपकरण विविध और सुलभ स्थानों पर रखे जाएँ। (4) PMF डिज़ाइन आधार रूढ़िवादी होना चाहिए। (5) विस्तारित स्टेशन ब्लैकआउट के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए: केवल विश्लेषण नहीं।

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