Patlayıcı Güvenlik Sistemlerinde Radyoisotope Termoelektrik Jeneratörlerinin Kullanımına Yardımcı Olmak

Giriş: Radioisotope Termoelektrik Jeneratörlerinin Evolving Role of Radioisotope Thermoelektrik Jeneratörs

Radyoisotope termoelektrik Jeneratörleri (RTG) uzun zamandır, gözlemleri aracılığıyla elektriksel bir güç kaynağı olarak kabul edilmiştir, çünkü RTG'ler güneş panelleri ve batarya yaşamı boyunca sürekli olarak kullanılabilecek, aynı cihazlara bağlı olarak, enerji verimliliğine bağlı olarak, enerji verimliliğine olan elektriksel olarak daha cazip bir seçenek haline gelir.

Radyoisotope Termoelektrik Jeneratörlerinin Arkasındaki Bilim

RTGs, Elektrikte On Yılı Nasıl Dönüştürüyor

Bir RTG'nin merkezinde, 87.7 yıl boyunca yarı-yaşama sahip olan ve öncelikle alfa parçacıkları veya beta parçacıkları sallanan ve metal veya seramik işleminde termal enerjiyi salıvermiş durumda olan bir radyoaktif izotoplama uygulamaları, tercih edilen isotope plutonyum-238, ki bu, bir yarı-yaşamı 87.7 yıl boyunca ve yarı iletken bir ısı geçişi ile yapılan bir termoelektrik modülünün bir parçasına yol açıyor.

Key Isotopes ve Özellikleri

Plutonium-238'in ötesinde, diğer izotoplar RTG'lerde incelendi veya kullanıldı. Strontium-90, yarı yaşam süresi 28.8 yıl boyunca, 432 yıl boyunca, eski Sovyet Birliği tarafından güç uzaktan ışık ve hava istasyonlarına kadar yüksek enerji verimliliğine sahip olan potansiyel bir alternatiftir.Ingerekli enerji verimliliği standartları nedeniyle daha yüksek güç verimliliği sağlar.

Verimlilik ve Güç Çıktıları

Geleneksel RTG'ler sadece 3–8% dönüşüm verimliliğine sahiptir, yani çürük ısının çoğu boşa harcanır. Ancak, yakıt kendi ısıtılır ve sistem pasifik olarak çalışır, hatta düşük verimlilik% 10-15 oranındaki uygulamalar için kabul edilebilirdir.Bu gelişmeler, RTG'lerin reaktör güvenlik bağlamdaki etkileri, uzayın ve segmentli termoelektriklerin çoğu ısıtılması gibi - 10-15 oranındaki kritik öneme sahip olacaktır.

RTGs ve Nükleer Reaktör Güvenlik Sistemleri

Yüksek Güvenilir Backup Power için ihtiyaç

Modern nükleer enerji santralleri, uzun süreler boyunca her iki yerde ve yer dışı enerjiler için de tasarlanmış, ısıyı kaldırma ve temel hasarlara yol açmaları dahil olmak üzere, 2011 yılında Fukushima Daiichi kazasını, her iki yerinde de geçici olarak, mevcut olan sonuçları göstermiştir. İstasyon karaoutsiyonları ve yedekleme sistemleri, temel bir yaklaşıma dayanmak için elektrikten uzaklaştırmak için kesintiye neden olur.

Reaktör Güvenlikteki Özel Uygulamalar

Decay Heat Removal Soğutma Pumps

Bir reaktör kapanmasından sonra, yakıt, uzun saatler ve günlerde düşüş gösteren bir hızda radyoaktif çürümeden ısı üretmeye devam ediyor. Acil durum soğutma sistemleri (ECCS) ve retorik ısı kaldırma (RHR) pompalar en az bir serin dolaşım akışı korumak için çalışır.Eğer bu pompalar gücü kaybederse, temel ısı ve erimiş bir RTG'ler modülerdir, sürekli olarak çalışan bir pompayı şarj edebilir - veya geçici bir operasyon için özel bir güvenlik sağlar.

Güvenlik Araçları ve Kontrol Sistemleri

Güvenilir araçlama reaktör parametrelerini izlemek için gereklidir ( sıcaklık, baskı, nötron flux, su seviyesi) her iki normal ve acil operasyon sırasında. Birçok cihaz, sensörler, vericiler ve veri loggerları çalıştırmaya sürekli bir elektrik tedarik gerektirir. Uzun bir karaout senaryoda, batarya bankalarının etkinliğine son verilmesi için özellikle değerli bir veri sağlar.

Pasif Güvenlik Özellikleri ve Kontrol Rod Drives

Bazı gelişmiş reaktör tasarımları, yerçekimi veya doğal dolaşıma güvenen pasif güvenlik özellikleri içerir ve elektrik gücü gerektirmez. ancak, kontrol edici motor mekanizmaları, izolasyon valfleri ve kaynak makineleri genellikle elektriklere ihtiyaç duyar. RTG'ler bu davranışlama sistemleri için özel bir güç kaynağı olarak hizmet edebilir, temel güç ızgarası ve acil dizelleri bağımsız olarak işleve olanak sağlar. Ayrıca küçük modüler reaktörlerde (SMRs) ve mikroreactors uzaktan veya uzak veya kapalı konumlar için tasarlanmıştır. RTGs, tasarım felsefesinin ayrılmaz bir parçası haline gelebilir, gerçekten de elektrik tedarikinin temel güç tedarikinin hedefiyle uyumlu bir şekilde uyumlu bir güvenlik sağlayabilir.

RTG'leri Reaktör Güvenliğine Entegrasyonun Avantajları

Sikatey aracılığıyla eşsizlik

Hareket parçaların yokluğu RTG'lerin en önemli avantajıdır. pompalar, türbinleri, kompresörler, jeneratörler veya tüm tasarım hayatına 7/24 güç üretebilecek motorlardır. Termoelektrik dönüşümü son derece yüksek güvenilirlik ile (yaklaşık 10-4 ila 10-6 olasılık) ile çalışmak için başarısız olur, bir bakım noktasının tüm tasarım ömrü için 7/24 enerji üretecektir.

Yeniden yakıt olmadan Operasyonlar

Plutonium-238 (87.7 yıl) yarı ömrü, bir RTG'nin 30 yıl sonra bile, bir plutonium-238 kaynağı hala ilk ısı çıktısının %80'ini sunar. Bu sefer çerçeve maçları veya çoğu nükleer reaktörün lisanslı operasyonel hayatını aşıyor (tipik olarak 40–60 yıllarını yenilemek için) Bu uzun süre boyunca verimli bir şekilde yüklemesi gerekir.

Dış Altyapıdan Bağımsızlığı

Konvansiyonel acil güç sistemleri dış yakıt malzemelerine (disel, doğal gaz) veya şarj için ağ bağlantılarına bağlıdır. Örneğin, yol ve tedarik zincirleri bozan bir deprem -gerçekten aktif bölgelerde veya potansiyel aşırı olaylarla karşı karşıya kalanlar için ideal kılar. Ayrıca, çevreleyen bölgeye erişmek veya yakmak için elektrik üretmek zorunda kalır ve mühürlenmiş, korumalı bölmelere yerleştirilir.

Minimal Bakım Gereksinimleri

RTG'lerin hareket eden parçaları yoktur ve yanmamış ürünler üretmemesi nedeniyle, sadece bakım genellikle termoelektrik performansının periyodik izlenmesi ve ısı kaynağı konteynerinin fiziksel bütünlüğü önemlidir.Bu, diğer güvenlik-kırık görevleri için güçlü bir şekilde azalır ve insan hatası sırasındaki potansiyelleri azaltır.

RTG Deployment ile meydan okumalar ve endişeler

Radyoaktif malzemelerin işlenmesi ve taşınması

RTG'lerde kullanılan yakıt, var olan en tehlikeli malzemeler arasındadır. Plutonium-238, güçlü bir alfa yaydır ve eğer yakıtlar ihlal edilirse, sonuç kirliliği ciddi sağlık risklerine neden olabilir. Üretim, taşıma ve RTG'leri kurmak son yıllarda, nükleer endüstride son derece titiz bir güvenlik protokolü, özel bir kanallarını gerektirir ve ABD'de plutonium-238 üretmek için altyapı sadece yeni bir lojistiktir.

Kaza Scenarios'larda çevresel eşitsizlikler

Bir RTG ciddi bir kazada zarar görmüş olsaydı – örneğin, bir temel erime binasının çökmesine veya büyük bir uçak etkisine neden olan bir artış, radyoaktif materyali çevreye salıvermesine rağmen, toplam aktivitenin kendisi ve oxidasyon-sonrasıtma-sıratıcı-sonrası için çok daha küçük olmasına rağmen, aşırı koşullar teorik olarak onları tehlikeye atabilir.

Düzenleme ve Güvenlik Hurdles

RTG'ler radyoaktif kaynaklar olarak sınıflandırılıyor ve sivil bir nükleer enerji santralinin kullanımı sıkı, güvenlik, muhasebe, ulaşım ve tasarruf sağlayacaktır. RTG'yi hırsızlık veya sabotajdan korumak için gerekli olan ek güvenlik önlemleri önemli olabilir.

İmalat ve Deployment

Plutonium-238'i azaltmak pahalıdır. ABD Enerji Bakanlığı, üretime yeniden başlayan ve milyonlarca dolara mal olan miktarlar için yüzlerce dolar harcayabilir. Uzay görevleri için uzun süreli maliyet her yıl on milyonlarca dolara mal oldu, ancak karasal uygulamalar için kitlesel üretim birim maliyetinin azaltılması zor olabilir. - belki de 10 kW'lık bir yedek güç için, ısı kaynağı sadece bitki inşaatı maliyetine on milyonlarca dolar katabilir.

Mevcut Araştırma ve Gelecek Yollar

Gelişmiş termoelektrik malzemeleri

Son iki yılda yüksek performanslı termoelektrik malzemelerine yapılan araştırmalar, TiNiSn gibi, yüksek sıcaklıklarda iyi mekanik güç ve termal stabilite sunmak gibi, yüksek çözünürlükte ısı iletkenliği ve segmentli termoelektrik bacaklarını optimize etmek için önemli gelişmeler göstermiştir.

Alternatif Isotope Strategies

plutonium-238, düşük ve pahalı olduğundan, alternatif isotopes araştırılıyor. Americium-241, nükleer yakıt döngüsü sırasında üretilen, daha bol ve daha düşük proliferasyon riskleri ortaya çıkıyor, çünkü doğrudan nükleer silahlara alışkın olamaz. Avrupa Uzay Ajansı, americium-241, yarı-kahkametli enerji nedeniyle daha az arzu edilen bir seçenek olabilir, ancak daha düşük enerji verimliliğiyle, ısı kaynağının sabiti ile yeniden kullanılabilir.

Hibrit Sistemler ve Beyazlarla Bütünleşme

Bir gelişmekte olan konsept, RTG'leri başka enerji depolama veya nesli ile bir araya getirmektir. Örneğin, bir RTG, pompalara veya işletme valflerine başlamak için yüksek kısa vadeli bir güç sağlarken, RTG, bataryanın asla tamamen silinmemiş olmasını sağlarken, bu tür bir hibrit konfigürasyon için süper kapasiteye sahip olabilir.

Düzenleme ve Yol

Ticari nükleer santrallerdeki RTG'lerin uygulanması, radyolojik enerji sistemlerinin kullanımı için gerekli olan güncellemeler gerektirecektir ve bazı ülkeler (Japonya ve Fransa gibi) gelişmiş reaktörlerde kullanımları için özel bir yol bulunmamaktadır. Bir endüstri standardının geliştirilmesi için önemli bir yol var: Uluslararası Atom Enerji Ajansı radyolojik enerji sistemleri için güvenlik standartları yayınladı ve bazı ülkeler (Japonya ve Fransa gibi) gelişmiş reaktörlerde kullanılan değer şartları içeren bir belge.

Sonuç: Bir Promising but Challenging Path Forward

Radyoisotope termoelektrik jeneratörlerinin nükleer reaktör güvenlik sistemlerine entegrasyonu, oldukça zor bir vizyon sunuyor: neredeyse yok edilemez, her zaman bakım veya dış destek olmadan on yıllardır çalışabilecek yedekleme gücü kaynağı. Teknoloji, uzayda kanıtlanmış, RTG'lerin dış gezegenlere ve Güneş'in sert ortamına sahip olduğu kanıtlanıyor. Ancak, bu güvenli bir şekilde enerji tasarrufu sağlamak için her zaman daha yüksek enerji tasarrufu sağlamak için, sağlam bir enerjiye sahip olmak için çok daha yüksek bir enerjidir.

Daha fazla ayrıntıya ilgi duyanlar için, ESRAI:0)NASA Radioisotope Power Systems sayfası), RTG tarihi ve teknolojisi hakkında genel bir bakış açısı sağlar.T:2).S.S. Enerji Enerji Ofisi'nin Nükleer Enerji Mühendisi (Dönetici ve reaktör güvenliği) Nükleer Enerji Mühendisi olarak, RTG'nin güvenlik aracının standart bir unsuru haline gelebilir.