IAEA परिभाषा

गहनता में रक्षा: संगठनात्मक दर्शन

अंतरराष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (IAEA) गहनता में रक्षा को सुरक्षा के लिए एक बहु-स्तरीय दृष्टिकोण के रूप में परिभाषित करती है, जिसमें प्रत्येक स्तर पहले वाले स्तरों के लिए बैकअप के रूप में कार्य करता है। किसी भी एकल स्तर को पूर्ण माना नहीं जाता। सुरक्षा मामला कई स्वतंत्र स्तरों पर निर्भर करता है, ताकि कोई एकल विफलता: और न ही एक ही मूल कारण से विफलताओं का कोई एकल संयोजन: हानि का कारण बन सके।

गहनता में रक्षा हर पैमाने पर कार्य करती है:

भौतिक अवरोध: ईंधन मैट्रिक्स → ईंधन क्लैडिंग → रिएक्टर दबाव वाहिका → कंटेनमेंट भवन → रिएक्टर भवन (ईंधन और पर्यावरण के बीच 4-5 भौतिक सीमाएँ)

सुरक्षा प्रणालियाँ: प्रत्येक कार्य (शीतलन, शटडाउन, बिजली) को कम से कम 3 स्वतंत्र ट्रेनों द्वारा किया जाता है

प्रक्रियाएँ: लिखित प्रक्रियाएँ हर विकास को नियंत्रित करती हैं; हर डिज़ाइन आधारित घटना के लिए असामान्य एवं आपातकालीन प्रक्रियाएँ

ऑपरेटर: लाइसेंस प्राप्त, प्रशिक्षित, योग्य, विश्रांत; शटडाउन शुरू करने के लिए स्वतंत्र अधिकार

प्रबंधन: परमाणु सुरक्षा संस्कृति, नियामक निरीक्षण, स्वतंत्र सुरक्षा समीक्षाएँ

नियमन: NRC 10 CFR 50 डिज़ाइन आधार आवश्यकताएँ, लाइसेंस प्राप्त संचालन, आवधिक निरीक्षण

मुख्य सिद्धांत: विफल परतों के लिए कोई श्रेय नहीं। यदि आप यह पुष्टि नहीं कर सकते कि कोई बाधा अक्षुण है, तो आप मानते हैं कि वह नहीं है। पूरी प्रणाली को इस तरह डिज़ाइन किया गया है कि किसी एक सक्रिय घटक के विफल होने पर भी सुरक्षित रहे: इसे एकल विफलता मानदंड कहा जाता है।

अतिरिक्तता, विविधता, और स्वतंत्रता

रक्षा को वास्तविक बनाने वाली तीन गुणधर्म

परमाणु सुरक्षा प्रणालियों को तीन अलग-अलग गुणधर्मों को संतुष्ट करना चाहिए। इन्हें भ्रमित करना एक सामान्य और खतरनाक त्रुटि है।

अतिरिक्तता का अर्थ है एक ही चीज़ का एक से अधिक होना। तीन डीजल जनरेटर अतिरिक्त हैं। लेकिन यदि वे सभी एक ही ईंधन टैंक, एक ही स्टार्ट लॉजिक, या एक ही भौतिक कमरे को साझा करते हैं, तो अतिरिक्तता अकेले सामान्य कारण विफलता से सुरक्षा नहीं प्रदान करती।

विविधता का अर्थ है एक ही कार्य करने के लिए भिन्न भौतिक सिद्धांतों या भिन्न उपकरणों का उपयोग करना। एक उच्च-दाब इंजेक्शन पंप और एक नाइट्रोजन-दाबित संचयक दोनों कोर में पानी पहुँचाते हैं: लेकिन वे पूरी तरह से भिन्न सिद्धांतों पर कार्य करते हैं। विविधता उन विफलता मोडों को पराजित करती है जो एक डिज़ाइन की सभी अतिरिक्त प्रतियों को पराजित कर देंगे।

स्वतंत्रता का अर्थ है कि एक ट्रेन की विफलता दूसरी ट्रेन के संचालन को न तो कारण बन सकती है और न ही रोक सकती है। स्वतंत्रता के लिए आवश्यक है:

- अलग पावर बस (विभिन्न विद्युत फीड)

- भौतिक पृथक्करण (बाधाएँ, अलग इमारतें, रिएक्टर के विपरीत पक्ष)

- अलग एक्ट्यूएशन लॉजिक (ट्रेन A में शॉर्ट सर्किट ट्रेन B को निष्क्रिय नहीं कर सकता)

- अलग उपकरण (ट्रेन A के सेंसर ट्रेन B के एक्ट्यूएशन को फीड नहीं करते)

सामान्य कारण विफलता (CCF) बुरे सपने का परिदृश्य है: एक ही घटना एक साथ कई अतिरिक्त ट्रेनों को निष्क्रिय कर देती है। फुकुशिमा परिभाषित उदाहरण है: सुनामी केवल ऑफसाइट पावर की हानि नहीं थी। इसने एक ही निचली इमारत में होने के कारण सभी तीन आपातकालीन डीजल जनरेटरों को एक साथ निष्क्रिय कर दिया। स्वतंत्रता के बिना अतिरिक्तता एक भ्रम है।

एकल विफलता मानदंड

NRC का एकल विफलता मानदंड (10 CFR 50, Appendix A, General Design Criterion 17) कहता है कि सुरक्षा प्रणालियों को इस तरह डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि कोई एकल सक्रिय घटक विफलता प्रणाली को उसकी सुरक्षा फ़ंक्शन करने से न रोके।

एक 'सक्रिय' विफलता वह है जिसमें कुछ को अवस्था बदलनी पड़ती है: एक पंप का शुरू न होना, एक वाल्व का खुल न पाना।

एक 'निष्क्रिय' विफलता (उदाहरण के लिए, पाइप में दरार) को अलग डिज़ाइन आवश्यकताओं द्वारा संबोधित किया जाता है।

तीन ट्रेनें क्यों?

हर सुरक्षा-महत्वपूर्ण प्रणाली: तीन स्वतंत्र ट्रेनें

त्रिगुणीय अतिरिक्तता का नियम केवल 'तीन दो से सुरक्षित है' नहीं है। यह एक सटीक इंजीनियरिंग आवश्यकता है जिसमें विशिष्ट गुण हैं।

प्रत्येक ट्रेन को स्वतंत्र रूप से 100% सुरक्षा कार्य करने की क्षमता होनी चाहिए। यदि ट्रेन A शीतलन संभालती है, तो यह आवश्यक सभी शीतलन संभालती है। ट्रेन B और C आंशिक योगदानकर्ता नहीं हैं: वे पूर्ण बैकअप हैं।

ट्रेनें शारीरिक रूप से अलग होनी चाहिए। अलग इमारतें, या न्यूनतम अग्नि बाधाओं से अलग। अलग केबल मार्ग। अलग पाइप रन। यदि आग, बाढ़, या विस्फोट एक ट्रेन को प्रभावित करता है, तो इसे दूसरों तक पहुंचना नहीं चाहिए।

ट्रेनों के अलग पावर सप्लाई होने चाहिए। अलग विद्युत बसें जो अलग स्रोतों से खिलाई जाती हैं। ट्रेन A बस A पर, ट्रेन B बस B पर, ट्रेन C बस C पर: प्रत्येक बस के पास अपना आपातकालीन डीजल।

ट्रेनों के अलग एक्ट्यूएशन लॉजिक होने चाहिए। ट्रेन A के एक्ट्यूएशन सर्किट में रिले की विफलता ट्रेन B को एक्ट्यूएट करने से नहीं रोक सकती। आदर्श रूप से, वे पूरी तरह से अलग एक्ट्यूएशन सिद्धांतों का उपयोग करते हैं (विविधता)।

तीन क्यों, दो क्यों नहीं? तीन ट्रेनों के साथ, दो-में-से-तीन वोटिंग लॉजिक का मतलब है कि कोई भी एकल घटक विफलता अभी भी दो कार्यशील ट्रेनें छोड़ देती है: आपको एकल विफलता मानदंड दोनों मिलते हैं AND सामान्य कारण विफलताओं के खिलाफ कुछ सुरक्षा। दो ट्रेनों के साथ, एकल विफलता आपको एक ट्रेन के साथ छोड़ देती है: कोई मार्जिन नहीं, दूसरी विफलता के खिलाफ कोई रक्षा नहीं।

विविधता बनाम अतिरिक्तता

एक PWR के आपातकालीन कोर शीतलन प्रणाली पर विचार करें। एक दृष्टिकोण: तीन समान उच्च-दाब इंजेक्शन पंप, प्रत्येक अलग डीजल जनरेटर से संचालित, अलग-अलग कमरों में।

दूसरा दृष्टिकोण: एक उच्च-दाब इंजेक्शन पंप, प्लस एक नाइट्रोजन-प्रेशराइज्ड एक्यूमुलेटर जो बिना बिजली के काम करता है, प्लस एक ऊंचे जलाशय से गुरुत्वाकर्षण-आधारित जल टैंक।

दोनों कोर तक पानी पहुंचाने के तीन साधनों की व्यवस्था करते हैं।

ECCS: कोर की अंतिम रक्षा रेखा

आपातकालीन कोर शीतलन प्रणालियाँ

PWR के लिए डिज़ाइन आधारित दुर्घटना कूलेंट हानि दुर्घटना (LOCA) है: रिएक्टर कूलेंट सिस्टम में एक दरार जो प्राइमरी कूलेंट को बाहर निकलने देती है। एक बड़ी-ब्रेक LOCA सेकंडों में कोर को उजागर कर सकती है। तत्काल बाढ़ के बिना, ईंधन क्लैडिंग तापमान 2,200°F से ऊपर बढ़ जाता है, ज़िर्कलॉय ऑक्सीकरण होता है, और ईंधन क्षति शुरू हो जाती है।

एक सामान्य PWR के लिए ECCS में चार उप-प्रणालियाँ हैं, जो दुर्घटना के विभिन्न चरणों में कार्य करती हैं:

उच्च-दाब इंजेक्शन सिस्टम (HPIS): रिएक्टर कूलेंट के कम दाब या कंटेनमेंट के उच्च दाब पर तुरंत सक्रिय होता है। उच्च दाब (~200 psi से ऊपर) के दौरान रिएक्टर कूलेंट सिस्टम में बोरेटेड पानी इंजेक्ट करता है। इमरजेंसी डीजल से संचालित मोटर-चालित पंपों का उपयोग। प्रवाह दर: डिज़ाइन के आधार पर 500-1,500 gpm।

एक्यूमुलेटर्स (कोर फ्लड टैंक्स भी कहलाते हैं): निष्क्रिय नाइट्रोजन-प्रेशराइज्ड टैंक जो बोरेटेड पानी से भरे होते हैं। ये स्वचालित रूप से इंजेक्ट करते हैं जब रिएक्टर कूलेंट दाब नाइट्रोजन दाब से नीचे गिर जाता है (आमतौर पर 600-700 psi)। कोई बिजली की आवश्यकता नहीं: नाइट्रोजन दाब पानी को कोर में धकेलता है। प्रत्येक एक्यूमुलेटर ~1,000 गैलन रखता है।

निम्न-दाब इंजेक्शन सिस्टम (LPIS): निम्न दाब (<200 psi) पर सक्रिय होता है। बड़े ब्रेक LOCA के लिए बड़ी प्रवाह दरें (हजारों gpm) प्रदान करता है। रिफ्यूलिंग वाटर स्टोरेज टैंक (RWST) खाली होने के बाद, सिस्टम संप रिसर्कुलेशन पर स्विच करता है: कंटेनमेंट संप से पानी को कोर में वापस रिसर्कुलेट करना। इसे हफ्तों तक जारी रखना चाहिए (डिके हिट हटाना)।

रेजिडुअल हीट रिमूवल (RHR): डिके हिट रिमूवल सिस्टम भी कहलाता है। प्राथमिक उद्देश्य: रिएक्टर के कोल्ड शटडाउन पहुंचने के बाद डिके हिट हटाना। निम्न दाब और निम्न तापमान पर कार्य करता है, हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से कूलेंट को सर्कुलेट करता है। निम्न-दाब इंजेक्शन क्षमता भी प्रदान करता है।

BWR कोर स्प्रे सिस्टम: बॉयलिंग वाटर रिएक्टर ईंधन के ऊपर कोर स्प्रे नोजल्स का उपयोग करते हैं जो पानी को सीधे ईंधन बंडलों पर स्प्रे करते हैं: PWR बाढ़ से भिन्न ज्यामिति।

क्षय ऊष्मा वक्र

क्षय ऊष्मा वक्र न्यूक्लियर सुरक्षा में सबसे महत्वपूर्ण संख्याओं में से एक है। रिएक्टर बंद होने के बाद:

- t = 0 सेकंड: ~7% रेटेड पावर का (3,400 MW रिएक्टर के लिए 240 MW)

- t = 1 मिनट: ~3.5%

- t = 1 घंटा: ~1% (~34 MW)

- t = 1 दिन: ~0.3% (~10 MW)

- t = 1 सप्ताह: ~0.1%

- t = 1 वर्ष: ईंधन अभी भी लंबे जीवन वाले आइसोटोप्स से मापने योग्य ऊष्मा उत्पन्न कर रहा है

दस मेगावाट ऊष्मा, अनिश्चित काल तक निरंतर, बिना शीतलन पंप चलाने के लिए बिजली के। यह फुकुशिमा दाइची में 11 मार्च 2011 को हुई ठीक यही स्थिति थी।

निष्क्रिय ECCS: AP1000 डिज़ाइन

अगली पीढ़ी: निष्क्रिय सुरक्षा

वेस्टिंगहाउस AP1000 (एडवांस्ड पैसिव 1000 MWe) सक्रिय ECCS के सबकों को लेता है & डिज़ाइन दर्शन को उलट देता है: तीन ट्रेनों के पंपों की बजाय जो बिजली की जरूरत रखते हैं, सभी सुरक्षा कार्य गुरुत्वाकर्षण, प्राकृतिक परिसंचरण, संपीड़ित गैस, & वाष्पीकरण पर निर्भर करते हैं।

कोर मेकअप टैंक (CMT): रिएक्टर के ऊपर लगे दो बड़े टैंक ठंडे बोरेतेड पानी के। सामान्यतः अलग। सक्रियण पर, वे गुरुत्वाकर्षण द्वारा रिएक्टर कूलेंट सिस्टम में बहते हैं। प्रत्येक टैंक में इतना पानी है कि कोर को घंटों तक ढका रहे।

एक्यूमुलेटर्स: पारंपरिक संयंत्रों के समान: नाइट्रोजन-प्रेशराइज्ड, निष्क्रिय इंजेक्शन।

कंटेनमेंट के अंदर रिफ्यूलिंग वाटर स्टोरेज टैंक (IRWST): कंटेनमेंट भवन के अंदर एक बड़ा जल पूल, रिएक्टर के ऊपर। गुरुत्वाकर्षण-आधारित। CMTs खाली होने के बाद लंबे समय तक शीतलन प्रदान करता है। कोई पंप नहीं। कोई बिजली नहीं।

निष्क्रिय अवशिष्ट ऊष्मा हटाने वाले हीट एक्सचेंजर्स (PRHR HX): IRWST में डूबे हुए। प्राकृतिक परिसंचरण क्षय ऊष्मा को रिएक्टर से IRWST के पानी में ले जाता है, जो गर्म होता है, उबलता है, और चिमनी के माध्यम से वातावरण में वेंट होता है। कोई पंप नहीं। पूरी तरह निष्क्रिय।

72-घंटे की विंडो: AP1000 सुरक्षा मामला बिना ऑपरेटर कार्रवाई और बिना बिजली के 72 घंटे तक कोर शीतलन प्रदर्शित करता है। 72 घंटे के बाद, ऑपरेटर किसी भी स्रोत से IRWST को पानी से भर सकते हैं।

यह डिज़ाइन विविधता: निष्क्रिय बनाम सक्रिय: यही कारण है कि विविधता महत्वपूर्ण है। AP1000 की सुरक्षा प्रणालियाँ फुकुशिमा को नष्ट करने वाले विफलता मोड से पराजित नहीं की जा सकतीं।

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अंतिम भौतिक अवरोध

कंटेनमेंट: अंतिम सीमा

यदि हर अन्य सुरक्षा प्रणाली विफल हो जाती है & ईंधन क्षतिग्रस्त हो जाता है, तो कंटेनमेंट रेडियोधर्मी सामग्री & जनता के बीच अंतिम अवरोध है। इसे बनाए रखना चाहिए: भाप से आंतरिक दबाव के खिलाफ, हाइड्रोजन दहन के खिलाफ, विफल उपकरणों से मिसाइल प्रभावों के खिलाफ, & जितना आवश्यक हो उतने समय तक।

PWR शुष्क कंटेनमेंट: एक स्टील-लाइन वाले सुदृढ़ीकरण कंक्रीट संरचना, आमतौर पर 140 फीट व्यास & 200 फीट ऊँची। सबसे बड़े प्राथमिक कूलेंट पाइप के पूर्ण डबल-एंडेड गिलोटिन ब्रेक से भाप दबाव को सहने के लिए डिज़ाइन की गई (डिज़ाइन दबाव ~60 psi)। स्टील लाइनर दबाव सीमा है; कंक्रीट संरचनात्मक शक्ति & जैविक ढाल प्रदान करता है।

आइस कंडेंसर कंटेनमेंट: एक छोटा, कम दबाव वाला PWR कंटेनमेंट डिज़ाइन (कुछ वेस्टिंगहाउस प्लांट्स में उपयोग किया जाता है) जो सैकड़ों टन बर्फ का उपयोग भाप की ऊर्जा को अवशोषित करने और LOCA में कंटेनमेंट दबाव को कम रखने के लिए करता है। छोटी, सस्ती संरचना की अनुमति देता है लेकिन आवधिक बर्फ रखरखाव की आवश्यकता होती है।

डबल कंटेनमेंट: कुछ डिज़ाइनों में एक आंतरिक स्टील कंटेनमेंट को बाहरी कंक्रीट द्वितीयक कंटेनमेंट भवन के अंदर रखा जाता है। उनके बीच का स्थान थोड़े नकारात्मक दबाव पर रखा जाता है ताकि आंतरिक कंटेनमेंट से कोई रिसाव इकट्ठा किया जाए और रिलीज से पहले फिल्टर किया जाए।

BWR कंटेनमेंट: मार्क I, II, III: जनरल इलेक्ट्रिक BWR कंटेनमेंट छोटे होते हैं क्योंकि वे दबाव दमन पूल (टोरस या वेटवेल) का उपयोग भाप को तेजी से संघनित करने के लिए करते हैं। मार्क I (फुकुशिमा का डिज़ाइन) एक ड्राईवेल-टोरस व्यवस्था है: टोरस ड्राईवेल के नीचे एक बड़ा डोनट आकार का पानी का पूल है। एक कमजोरी: टोरस ड्राईवेल के नीचे जुड़ा हुआ है। यदि टोरस विफल हो जाता है, तो कंटेनमेंट विफल हो जाता है। यही ठीक फुकुशिमा यूनिट 1 पर हुआ।

निष्क्रिय ऑटोकैटेलिटिक रीकॉम्बिनर्स (PAR): फुकुशिमा के बाद, अधिकांश कंटेनमेंट्स में अब PAR शामिल हैं: उपकरण जिनमें कैटेलिटिक सामग्री (पैलेडियम या प्लेटिनम) होती है जो हाइड्रोजन को ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके पानी बनाती है, बिना प्रज्वलन के, कम सांद्रताओं पर। यह हाइड्रोजन संचय को रोकता है जो डिफ्लाग्रेशन या डेटोनेशन का कारण बन सकता है।

فلٹرڈ کنٹینمنٹ وینٹنگ: پوسٹ-فوکوشیما کی ضرورت یورپ میں اور امریکہ میں بڑھتی ہوئی: ایک سخت وینٹ راستہ جس میں ملٹی-سٹیج فلٹر سسٹم (وینٹوری اسکربر + میٹل فائبر فلٹر) ہو، جو آپریٹرز کو کنٹینمنٹ کو جان بوجھ کر وینٹ کرنے کی اجازت دیتا ہے جبکہ 99.9% سے زیادہ پارٹیکیولیٹ ریڈیو ایکٹیویٹی کو روکتا ہے۔ یہ اوور پریشر سے کنٹینمنٹ کی غیر کنٹرولڈ ناکامی کو روکتا ہے۔

डیزائن بیسس اور بِی‌ینڈ ڈیزائن بیسس

کنٹینمنٹ کیا ڈیزائن کیا گیا ہے

ڈیزائن بیسس ایکسیڈنٹس (DBA): NRC کنٹینمنٹ کو ان میں سے کسی کو بھی بیک وقت برداشت کرنے کی ضرورت رکھتا ہے:

- بڑا بریک LOCA: سب سے بڑی پرائمری کولنٹ پائپ کا مکمل کاٹنا، زیادہ سے زیادہ کولنٹ ریلیز

- آف سائٹ پاور کا نقصان (LOOP) جو LOCA کے ساتھ ملتا ہو: جب سب سے زیادہ ضرورت ہو تب گرڈ پاور نہ ہونا

- मुख्य भाप लाइन ब्रेक: कंटेनमेंट के अंदर उच्च-ऊर्जा भाप रिलीज

- ईंधन हैंडलिंग दुर्घटना: गिरा हुआ ईंधन असेंबली, क्षतिग्रस्त ईंधन से फिशन उत्पादों का रिलीज

डिज़ाइन बेसिस से परे घटनाएँ (BDBA): 9/11 के बाद एवं फुकुशिमा के बाद, प्लांट्स को भी संबोधित करना होगा:

- स्टेशन ब्लैकआउट (SBO): सभी AC पावर का विस्तारित नुकसान (TMI के बाद की आवश्यकता, फुकुशिमा के बाद मजबूत की गई)

- डिज़ाइन बेसिस से परे बाढ़: फुकुशिमा ने दिखाया कि डिज़ाइन बेसिस बाढ़ की ऊँचाई बहुत कम थी

- विमान प्रभाव: NRC 9/11 के बाद जानबूझकर विमान प्रभाव का विश्लेषण आवश्यक करता है; नए प्लांट्स को संरचनात्मक जीवित रहने की क्षमता प्रदर्शित करनी होगी

- स्पेंट फ्यूल पूल कूलिंग का नुकसान: फुकुशिमा यूनिट 4 का स्पेंट फ्यूल पूल लगभग सूखा हो गया; फुकुशिमा के बाद SFP मेकअप कनेक्शनों की समर्पित आवश्यकताएँ जोड़ी गईं

मार्क I कमजोरी

फुकुशिमा दाइची यूनिट 1, 2, और 3 में सभी के पास जनरल इलेक्ट्रिक मार्क I कंटेनमेंट थे। मार्क I में एक ड्राईवेल (रिएक्टर के चारों ओर बल्ब के आकार का स्टील वेसल) होता है जो डाउनकमर्स द्वारा टोरॉइडल सप्रेशन पूल (टोरस) से जुड़ा होता है। ड्राईवेल से भाप को टोरस के पानी में संघनन के लिए निर्देशित किया जाता है।

दुर्घटना के दौरान, यूनिट 2 का टोरस क्षतिग्रस्त होने का अनुमान है, जिससे फिशन उत्पाद सीधे रिएक्टर बिल्डिंग में और फिर वातावरण में पूर्ण कंटेनमेंट सीमा से गुजरे बिना बाहर निकल गए।

शटडाउन सिस्टम

प्रतिक्रियाशीलता नियंत्रण: शटडाउन के लिए तीन स्वतंत्र पथ

एक रिएक्टर को किसी भी परिस्थितियों में शटडाउन करने और शटडाउन बने रहने की क्षमता होनी चाहिए। कोई एकल विफलता शटडाउन को रोकने की अनुमति नहीं दी जा सकती। सामान्य डिज़ाइन मानदंड (GDC 26) दो स्वतंत्र प्रतिक्रियाशीलता नियंत्रण प्रणालियों की आवश्यकता करता है, प्रत्येक रिएक्टर को सबक्रिटिकल रखने में सक्षम।

कंट्रोल रॉड ड्राइव तंत्र (CRDMs):

- PWR चुंबकीय जैक CRDMs: कंट्रोल रॉड्स को इलेक्ट्रोमैग्नेट्स द्वारा ऊपर रखा जाता है। बिजली चले जाने पर (SCRAM सिग्नल या बिजली की हानि), मैग्नेट्स डी-एनर्जाइज हो जाते हैं & रॉड्स गुरुत्वाकर्षण द्वारा कोर में गिर जाते हैं। फेल-सेफ: रॉड्स को बाहर रखने के लिए बिजली की आवश्यकता। बिजली की हानि = स्वचालित डालना।

- BWR हाइड्रोलिक CRDMs: रॉड्स को नीचे से उच्च-दाब वाले पानी द्वारा चलाया जाता है। आपातकालीन डालने के लिए उच्च-दाब नाइट्रोजन का उपयोग रॉड्स को तेजी से डालने के लिए किया जाता है। कुछ BWR डिजाइनों में रॉड डालने के लिए विद्युत बैकअप भी होता है।

वैकल्पिक रॉड डालना (ARI): एक अलग, विविध विद्युत सिग्नल पथ जो सामान्य SCRAM लॉजिक से स्वतंत्र रूप से कंट्रोल रॉड्स को डाल सकता है। यदि सामान्य SCRAM सर्किट विफल हो जाए तो उपयोग किया जाता है।

अपेक्षित क्षणिकता बिना SCRAM (ATWS): वह नियामक परिदृश्य जहां कंट्रोल रॉड्स मांग पर डालने में विफल हो जाते हैं। ATWS शमन प्रणालियां (ATWS-MF) सामान्य SCRAM से स्वतंत्र बोरॉन इंजेक्शन प्रदान करती हैं: आमतौर पर अलग सेंसर सेट द्वारा ट्रिगर किया गया स्वचालित उच्च-दाब बोरॉन इंजेक्शन।

आपातकालीन बोरेशन:

- अलग स्टैंडपाइप से उच्च-दाब बोरॉन इंजेक्शन (सामान्य चार्जिंग से अलग)

- ECCS बोरॉन इंजेक्शन लाइनों के माध्यम से आपातकालीन बोरेशन

- बोरिक एसिड स्टोरेज टैंकों से मैनुअल बोरेशन

निष्क्रिय डिज़ाइन: CANDU रिएक्टर: CANDU में दो पूर्णतः स्वतंत्र शटडाउन सिस्टम हैं: (1) गुरुत्वाकर्षण द्वारा गिरने वाले यांत्रिक शटऑफ रॉड्स, और (2) मॉडरेटर में गैडोलिनियम नाइट्रेट घोल का उच्च-दाब इंजेक्शन: एक अलग भौतिक सर्किट। ये हर दृष्टि से स्वतंत्र हैं: अलग सक्रियण लॉजिक, अलग भौतिक सिस्टम, अलग सिद्धांत।

ATWS विश्लेषण

1979 में थ्री माइल आइलैंड यूनिट 2 में परीक्षण के दौरान, एक रखरखाव त्रुटि ने परीक्षण के दौरान रिएक्टर ट्रिप (SCRAM) को विफल होने से रोकने का कारण बना। घटना को जल्दी पकड़ लिया गया। लेकिन इसने NRC को सभी प्लांटों पर ATWS शमन प्रणालियों की आवश्यकता करने के लिए प्रेरित किया: क्योंकि 'असफल होने में असंभव' प्रणालियाँ वास्तव में विफल हो गई थीं।

PWR में एक ATWS घटना: रिएक्टर पावर में उछाल आता है। कंट्रोल रॉड्स डालने में विफल हो जाते हैं। आपातकालीन बोरेशन अंतिम रक्षा रेखा है।

तीन-स्तरीय ऊर्जा वास्तुकला

परमाणु संयंत्र विद्युत ऊर्जा: तीन स्वतंत्र स्तर

एक परमाणु संयंत्र को अपनी सुरक्षा प्रणालियों को ग्रिड या अपनी स्वयं की उत्पादन उपकरण के साथ जो भी हो, उसके बावजूद ऊर्जा बनाए रखनी चाहिए। ऊर्जा वास्तुकला में तीन स्तर हैं:

स्तर 1: सामान्य संचालन: संयंत्र मुख्य टरबाइन जनरेटर से अपनी स्वयं की ऊर्जा उत्पन्न करता है। सहायक भार (पंप, पंखे, नियंत्रण) संयंत्र के अपने आउटपुट से यूनिट सहायक ट्रांसफॉर्मरों के माध्यम से ऊर्जित होते हैं।

स्तर 2: ऑफसाइट पावर (वरीय AC स्रोत): यदि मुख्य जनरेटर ट्रिप हो जाता है, तो प्लांट स्टार्टअप/रिजर्व ट्रांसफॉर्मरों के माध्यम से ग्रिड से जुड़ जाता है। NRC कम से कम दो स्वतंत्र ट्रांसमिशन लाइनों की आवश्यकता करता है जो विभिन्न सबस्टेशनों से हों: ताकि एकल ट्रांसमिशन दोष से कुल ऑफसाइट पावर हानि न हो।

स्तर 3: इमरजेंसी डीजल जनरेटर (EDGs): यदि ऑफसाइट पावर खो जाती है, तो EDGs स्वचालित रूप से शुरू होते हैं और 10 सेकंड के भीतर सेफ्टी बसों को लोड करते हैं। NRC आवश्यकताएँ:

- प्रत्येक EDG को स्टार्ट सिग्नल प्राप्त होने के 10 सेकंड के भीतर रेटेड वोल्टेज और फ्रीक्वेंसी तक पहुँचना चाहिए

- ईंधन भंडारण: पूर्ण लोड पर न्यूनतम 7 दिन (NRC Regulatory Guide 1.9)

- परीक्षण: मासिक लोड टेस्ट + हर 24 महीनों में 24-घंटे सहनशक्ति टेस्ट

- लोड सीक्वेंसिंग: सेफ्टी लोड्स को स्टार्ट पर डीजल को ओवरलोडिंग से बचाने के लिए क्रम में जोड़ा जाता है

स्टेशन बैटरी: उपकरणों, नियंत्रण कक्ष पैनलों, आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था, SCRAM सक्रियण सर्किट, ATWS सक्रियण, और संचार के लिए DC पावर। न्यूनतम 2 घंटे के लिए लोड सप्लाई करना चाहिए (Class 1E); अधिकांश संयंत्र 4-8 घंटों के लिए डिज़ाइन करते हैं। AC लौटने पर बैटरी चार्जर बैटरियों को पुनः चार्ज करते हैं।

फुकुशिमा के बाद FLEX रणनीति: NRC आदेश EA-12-049 सभी संयंत्रों को परिभाषित समयसीमाओं के भीतर साइट स्थितियों की परवाह किए बिना तैनात करने योग्य पोर्टेबल पंप और जनरेटर रखने की आवश्यकता करता है। FLEX उपकरण कई स्थानों पर स्टेज किए जाते हैं (कुछ मजबूत संरचनाओं में, कुछ ऑफसाइट) और रिएक्टर कूलिंग तथा स्पेंट फ्यूल पूल सिस्टमों पर कठोर बाहरी कनेक्शन पॉइंट्स से जुड़ सकते हैं।

डीजल जनरेटर आवश्यकताएँ

थ्री माइल आइलैंड यूनिट 2, 1979: दुर्घटना अनुक्रम में टरबाइन ट्रिप के बाद फीडवाटर की हानि हुई, उसके बाद कोर क्षति की ओर ले जाने वाली जटिल घटनाओं की श्रृंखला हुई। आपातकालीन डीजल जनरेटर पूरे घटना के दौरान सही ढंग से चालू हुए और चलते रहे।

फुकुशिमा दाइची, 2011: भूकंप ने रिएक्टर SCRAM का कारण बना। सभी छह डीजल चालू हुए और चलते रहे। फिर सुनामी आ गई। यूनिट 1-3 के डीजल बेसमेंट रूम में थे जो भर गए। यूनिट 6 का डीजल उच्च स्थान पर था और बच गया। यूनिट 5 और 6 को कोर क्षति नहीं हुई।

रिएक्टर सुरक्षा प्रणाली

रिएक्टर सुरक्षा प्रणाली (RPS)

रिएक्टर सुरक्षा प्रणाली वह स्वचालित प्रणाली है जो तब रिएक्टर SCRAM (तेज़ शटडाउन) शुरू करती है जब निगरानी किए गए पैरामीटर सुरक्षित सीमाओं से अधिक हो जाते हैं। यह क्षणिक घटनाओं के खिलाफ पहली स्वचालित रक्षा है।

निगरानी किए गए पैरामीटर जो SCRAM शुरू कर सकते हैं:

- उच्च न्यूट्रॉन फ्लक्स (उच्च शक्ति)

- उच्च रिएक्टर कूलेंट तापमान

- कम रिएक्टर कूलेंट दबाव (संभावित LOCA)

- उच्च कंटेनमेंट दबाव

- कम रिएक्टर कूलेंट प्रवाह

- उच्च कूलेंट स्तर (BWR)

- निम्न-निम्न जल स्तर (BWR)

- ऑफसाइट पावर का नुकसान

- मैनुअल ट्रिप (ऑपरेटर-प्रारंभित)

वोटिंग लॉजिक: प्रत्येक पैरामीटर को चार स्वतंत्र सेंसरों द्वारा मापा जाता है, प्रत्येक अलग सुरक्षा चैनल में। एक SCRAM के लिए 2-of-4 चैनलों को सेटपॉइंट से अधिक होना आवश्यक है। इसका मतलब है:

- एक असफल सेंसर (झूठा उच्च रीडिंग) स्पुरियस ट्रिप का कारण नहीं बन सकता

- कोई भी दो चैनल सेटपॉइंट से अधिक होने पर ट्रिप आरंभ करते हैं

- एक चैनल की विफलता (गलत तरीके से कम रीडिंग) होने पर भी तीन चैनल शेष रहते हैं, जिससे 2-of-3 क्षमता बनी रहती है

Diverse and Dedicated Actuation System (DDAS): आधुनिक डिजिटल RPS सिस्टम में एक एनालॉग बैकअप होता है: DDAS, जो डिजिटल I&C से स्वतंत्र रूप से सुरक्षा कार्य आरंभ कर सकता है। यह विविधता प्रदान करता है: डिजिटल और एनालॉग सिस्टम पूरी तरह अलग कारणों से विफल हो सकते हैं, और एक विफलता दूसरे को कार्य करने से नहीं रोकती।

2-of-4 vs 2-of-3 Logic

RPS SCRAM आरंभ करने के लिए 2-of-4 वोटिंग का उपयोग करता है (चार सेंसर, ट्रिप के लिए दो का सहमत होना आवश्यक)। लेकिन प्रत्येक ट्रेन में व्यक्तिगत सेंसर 2-of-3 वोटिंग का उपयोग करके एक्ट्यूएशन सिस्टम को रिपोर्ट करते हैं (तीन माप, किसी विशिष्ट सुरक्षा कार्य जैसे ECCS को सक्रिय करने के लिए दो का सहमत होना आवश्यक)।

ये एक ही चीज़ नहीं हैं, & अंतर को समझना महत्वपूर्ण है।

न्यूनतम स्टाफिंग

मानव निरीक्षण: वह परत जो सोचती है

नाभिकीय संयंत्र संचालन के लिए हर समय शिफ्ट पर लाइसेंस प्राप्त कर्मियों की आवश्यकता होती है। NRC 10 CFR 50.54(m) न्यूनतम स्टाफिंग आवश्यकताएँ निर्धारित करता है। न्यूनतम रूप से, संचालन दल में शामिल हैं:

रिएक्टर ऑपरेटर (RO): NRC-लाइसेंस प्राप्त (10 CFR 55)। रिएक्टर नियंत्रण, मुख्य नियंत्रण बोर्ड और सुरक्षा प्रणालियों का सीधे संचालन करता है। पावर संचालन के दौरान नियंत्रण पर निरंतर उपस्थित रहना अनिवार्य है।

वरिष्ठ रिएक्टर ऑपरेटर (SRO): उच्च NRC लाइसेंस। RO की निगरानी करता है। शटडाउन शुरू करने के लिए स्वतंत्र प्राधिकार रखता है। असामान्य घटनाओं के दौरान RO के कार्यों की समीक्षा एवं अनुमोदन करता है। शिफ्ट पर RO के समान व्यक्ति नहीं हो सकता।

शिफ्ट सुपरवाइजर (SS): वरिष्ठ SRO-लाइसेंस प्राप्त। शिफ्ट के दौरान संचालन की समग्र व्यवस्था एवं प्लांट की सुरक्षा के लिए जिम्मेदार। प्लांट संचालन के लिए साइट पर अंतिम प्राधिकार।

शिफ्ट टेक्निकल एडवाइजर (STA): TMI के बाद की आवश्यकता (NUREG-0737)। प्रत्येक शिफ्ट पर नियुक्त एक लाइसेंस प्राप्त इंजीनियर, विशेष रूप से असामान्य घटनाओं के दौरान स्वतंत्र तकनीकी सहायता प्रदान करने के लिए: संचालन नियंत्रणों से विचलित न हो, पूरी तरह से घटना का निदान करने पर केंद्रित।

कई लोगों के क्यों? मानव स्तर पर गहराई में रक्षा। तनाव में RO, प्रक्रियाओं को निष्पादित करने पर केंद्रित, बड़ा चित्र छोड़ सकता है। SRO स्वतंत्र निगरानी प्रदान करता है। STA स्वतंत्र तकनीकी विश्लेषण प्रदान करता है। शिफ्ट सुपरवाइजर स्थितिजन्य जागरूकता बनाए रखता है। कोई एकल मानव संज्ञानात्मक विफलता प्लांट को सुरक्षित रूप से नियंत्रित करने से नहीं रोक सकती।

मानव प्रदर्शन उपकरण

मानवीय त्रुटि को कम करना: व्यवस्थित उपकरण

परमाणु उद्योग ने विभिन्न कार्य प्रकारों के लिए मानवीय त्रुटि दरों को मापा है। तनाव के तहत जटिल निर्णय लेने की त्रुटि दर 1 में 10 से अधिक हो सकती है। उद्योग महत्वपूर्ण कार्यों के लिए 1 में 1,000 या उससे बेहतर त्रुटि दर का लक्ष्य रखता है: और इसे व्यवस्थित मानव प्रदर्शन उपकरणों के माध्यम से प्राप्त करता है।

कार्य पूर्व संक्षेप: किसी भी महत्वपूर्ण कार्य से पहले, एक संक्षेप में शामिल होता है: कार्य उद्देश्य, खतरे, अपेक्षित स्थितियां, पूर्णता की पुष्टि के चरण, रोक स्थितियां (यदि X होता है, तो रुकें और पर्यवेक्षक को कॉल करें)। इसमें 5-15 मिनट लगते हैं। कार्य निष्पादन त्रुटियों को नाटकीय रूप से कम करता है।

STAR (रुकें, सोचें, कार्य करें, समीक्षा करें): हर महत्वपूर्ण क्रिया के लिए स्व-जांच तकनीक। रुकें: क्रिया से पहले रुकें। सोचें: मैं क्या करने वाला हूं, और क्या यह सही है? कार्य करें: क्रिया करें। समीक्षा करें: क्या परिणाम वही था जो मैंने अपेक्षित किया था? दो-सेकंड का विराम क्रम उलटने वाली त्रुटियों, गलत-वाल्व चयनों, और संज्ञानात्मक शॉर्टकट को पकड़ता है।

तीन-तरफा संचार: सभी सुरक्षा-महत्वपूर्ण मौखिक आदेशों के लिए: (1) प्रारंभकर्ता आदेश कहता है: 'वाल्व HV-233 को खुली स्थिति में संरेखित करें।' (2) प्राप्तकर्ता ठीक दोहराता है: 'वाल्व HV-233 को खुली स्थिति में संरेखित करें।' (3) प्रारंभकर्ता पुष्टि करता है: 'यह सही है।' इस आदान-प्रदान में न पकड़ी गई संचार त्रुटि असामान्य है: इसके लिए दोनों पक्षों को गलत सुनना या गलत याद रखना आवश्यक है।

दो-व्यक्ति अखंडता: कुछ उच्च-परिणामी संचालनों (सुरक्षा-संबंधी, स्रोत हैंडलिंग) के लिए, दो लाइसेंस प्राप्त व्यक्ति उपस्थित होने चाहिए और एक-दूसरे के कार्यों की पारस्परिक रूप से पुष्टि करें। कोई भी व्यक्ति अकेले संवेदनशील कार्य नहीं कर सकता: दूसरा व्यक्ति शारीरिक रूप से उपस्थित होना चाहिए और प्रत्येक चरण की पुष्टि करे।

थकान प्रबंधन: NRC 10 CFR 26 सीमाएं निर्धारित करता है: 16-घंटे अधिकतम कार्य दिवस, ड्यूटी पर लौटने से पहले 8-घंटे न्यूनतम विश्राम, प्रति सप्ताह 54-घंटे अधिकतम, ओवरटाइम के तहत प्रति सप्ताह 72-घंटे अधिकतम। थकान निर्णय लेने की क्षमता को नशे की तरह गंभीर रूप से प्रभावित करती है: ये सीमाएं उत्पादकता सिफारिशें नहीं हैं, ये सुरक्षा आवश्यकताएं हैं।

आपातकालीन संचालन प्रक्रियाएं

थ्री माइल आइलैंड (1979) से पहले, परमाणु संयंत्र घटना-आधारित आपातकालीन प्रक्रियाओं का उपयोग करते थे: यदि X घटना घटित होती है, तो प्रक्रिया X निष्पादित करें। ऑपरेटरों को कार्य करने से पहले घटना की सही पहचान करनी पड़ती थी।

TMI पर, ऑपरेटरों को विरोधाभासी संकेत प्राप्त हुए। एक प्रेशर रिलीफ वाल्व खुला फँस गया था: यह एक स्मॉल-ब्रेक LOCA था: लेकिन ऑपरेटरों ने घटना की गलत पहचान की और गलत प्रक्रिया का पालन किया। जब सही निदान किया गया, तब तक कोर को काफी क्षति हो चुकी थी।

TMI के बाद, उद्योग ने लक्षण-आधारित आपातकालीन संचालन प्रक्रियाएँ (EOPs) विकसित कीं। 'घटना पहचानें, प्रक्रिया चुनें' के बजाय, ऑपरेटर अब इस तरह काम करते हैं: 'लक्षणों का अवलोकन करें, उन लक्षणों के लिए सुरक्षा कार्रवाई करें, चाहे आप घटना को कुछ भी समझें।'

मुख्य लक्षण-आधारित प्रवेश शर्त: रिएक्टर कूलेंट स्तर, दाब या तापमान में कोई भी अप्रत्याशित परिवर्तन, चाहे उसका कारण कुछ भी हो, एक ही कोर कूलिंग सत्यापन अनुक्रम को ट्रिगर करता है।

ALARA: यथासंभव न्यूनतम (As Low As Reasonably Achievable)

विकिरण संरक्षण इंजीनियरिंग

ALARA: यथासंभव न्यूनतम (As Low As Reasonably Achievable): यह केवल एक खुराक सीमा नहीं है। यह एक दर्शन है: खुराक को व्यावहारिक रूप से जितना कम किया जा सके उतना कम करना चाहिए, न कि केवल कानूनी सीमाओं के नीचे रखना। NRC ALARA को नियामक आवश्यकता (10 CFR 20.1101) के रूप में अनिवार्य करता है, न कि केवल अच्छी प्रथा।

बाहरी खुराक प्रबंधन: तीन क्लासिक नियंत्रण:

- समय: विकिरण क्षेत्र में समय को आधा करें, खुराक आधी हो जाएगी। पूर्व-नियोजित कार्य अनुक्रम उच्च-खुराक वाले क्षेत्रों में अनावश्यक समय को कम करते हैं।

- दूरी: खुराक दर व्युत्क्रम वर्ग नियम का पालन करती है। बिंदु स्रोत से दूरी दोगुनी करें, खुराक दर एक-चौथाई हो जाएगी। तीन फीट के बजाय छह फीट से काम करने से खुराक 75% कम हो जाती है।

- ढाल: सीसा, कंक्रीट, पानी, और पॉलीएथिलीन विभिन्न विकिरण प्रकारों को कम करते हैं। हाफ वैल्यू लेयर (HVL) वह मोटाई है जो तीव्रता को आधा कर देती है। सामान्य गामा के लिए सीसा HVL: ~1 सेमी। कंक्रीट HVL: ~6 सेमी। दस HVLs (10 TVL = टेंथ वैल्यू लेयर) के बाद, तीव्रता मूल की 1/1,000 हो जाती है।

आंतरिक खुराक प्रबंधन:

- शरीर के अंदर रेडियोधर्मी सामग्री उसके क्षय या उत्सर्जन होने तक अंगों को विकिरणित करती रहती है

- मार्ग: अंतःश्वासी (एरोसोल, गैसें), सेवन (दूषित भोजन/पानी), त्वचा के माध्यम से अवशोषण (दुर्लभ)

- डेराइव्ड एयर कंसन्ट्रेशन (DAC): एक रेडियोन्यूक्लाइड की वायुमंडलीय सांद्रता जो, यदि 2,000 घंटे/वर्ष के लिए साँस ली जाए, तो व्यावसायिक खुराक सीमा प्रदान करती है। श्वासयंत्र और नकारात्मक दबाव वाले एनक्लोजर अंतःश्वासी खुराक को रोकते हैं।

- वार्षिक सेवन सीमा (ALI): कुल सेवन (श्वास + निगलना) जो व्यावसायिक खुराक सीमा प्रदान करता है

व्यावसायिक खुराक सीमाएँ (10 CFR 20):

- 5 रेम (50 mSv) प्रति वर्ष कुल प्रभावी खुराक समतुल्य

- 3 रेम (30 mSv) प्रति तिमाही

- 15 रेम (150 mSv) प्रति वर्ष आँख के लेंस को

- 50 रेम (500 mSv) प्रति वर्ष त्वचा या अंगों को

- ALARA योजना के लिए खुराक बाधा: 2 रेम/वर्ष (प्लांट-विशिष्ट प्रशासनिक सीमाएँ अक्सर कम)

दूषण नियंत्रण:

- रेडियोलॉजिकली नियंत्रित क्षेत्र (RCAs) में नियंत्रित पहुँच, निकास पर फ्रिस्किंग

- स्टेप-ऑफ पैड्स: RCA निकास पर कागज या प्लास्टिक; दूषण ट्रैकिंग से बचने के लिए यहाँ जूते के कवर बदलें

- पूर्ण-शरीर गणना: आंतरिक दूषण की संभावना वाले क्षेत्रों में कार्य के बाद, पूर्ण-शरीर गामा गणना आंतरिक अवशोषण का पता लगाती है

- बायोअस्से कार्यक्रम: मूत्र और मल विश्लेषण विशिष्ट आइसोटोप्स से आंतरिक खुराक की मात्रा निर्धारित करते हैं

ALARA in Practice

एक विकिरण कार्यकर्ता को उच्च-विकिरण क्षेत्र में एक वाल्व बदलना है। वाल्व स्थान पर खुराक दर 500 mrem/घंटा है। कार्य को पूरा करने में 30 मिनट लगेंगे। कार्यकर्ता की अब तक की वार्षिक खुराक 1,200 mrem है जो प्लांट प्रशासनिक सीमा 2,000 mrem/वर्ष के विरुद्ध है।

ALARA सिद्धांतों और तीन नियंत्रणों का उपयोग करके, मूल्यांकन करें कि क्या यह कार्य आगे बढ़ सकता है और कम से कम दो विशिष्ट कार्यों की पहचान करें जो खुराक को कम करें।

थ्री माइल आइलैंड (1979)

थ्री माइल आइलैंड यूनिट 2: 28 मार्च, 1979

TMI डिज़ाइन विफलता नहीं थी: यह मानव और प्रक्रिया स्तरों पर गहराई में रक्षा की विफलता थी।

क्या हुआ:

- एक टर्बाइन ट्रिप ने रिएक्टर SCRAM का कारण बना (स्वचालित: सही ढंग से काम किया)

- एक दबाव राहत वाल्व (PORV) खुल गया (सही) लेकिन खुला ही रह गया (उपकरण की खराबी)

- नियंत्रण कक्ष का एक संकेतक केवल यह दिखा रहा था कि वाल्व को बंद करने का संकेत मिला है: यह नहीं कि वह वास्तव में बंद हो गया है

- ठंडक देने वाला तरल खुला रह गए PORV के माध्यम से बाहर निकल गया। रिएक्टर में दबाव और तापमान गिर गया

- ऑपरेटरों ने लक्षणों को अत्यधिक ठंडक देने वाले तरल के रूप में गलत पढ़ा और आपातकालीन ठंडक इंजेक्शन को कम कर दिया: जो कि आवश्यक के ठीक विपरीत था

- दो घंटे से अधिक समय तक, रिएक्टर कोर आंशिक रूप से खुला रहा

- लगभग आधा कोर पिघल गया

कंटेनमेंट ने क्या किया: यह मजबूती से खड़ा रहा। गंभीर कोर क्षति और कंटेनमेंट के अंदर हाइड्रोजन के संचय के बावजूद, कंटेनमेंट संरचना ने मूल रूप से सभी फिशन उत्पादों को रोक लिया। ऑफ-साइट खुराक परिणाम मामूली थे: विकिरण से कोई सार्वजनिक स्वास्थ्य प्रभाव नहीं।

TMI के बाद के सुधार (NUREG-0737):

- लक्षण-आधारित EOPs (घटना-आधारित की जगह)

- हर शिफ्ट पर शिफ्ट तकनीकी सलाहकार

- चालक दल प्रशिक्षण के लिए NRC-प्रमाणित पूर्ण-परिधि सिमुलेटर

- दुर्घटना-बाद निगरानी उपकरण (PAM): कोर शीतलन संकेतक सीधे, AC-स्वतंत्र बिजली पर योग्य प्रदर्शन पैनल

- संशोधित नियंत्रण कक्ष डिजाइन मानक (NUREG-0700)

- सुधरे हुए ऑपरेटर लाइसेंसिंग परीक्षा आवश्यकताएँ

चेरनोबिल (1986)

चेरनोबिल यूनिट 4: 26 अप्रैल, 1986

चेरनोबिल टीएमआई से प्रकृति में भिन्न था: यह मुख्य रूप से डिज़ाइन की कमी के साथ जानबूझकर सुरक्षा प्रणाली को बायपास करने से हुआ।

क्या हुआ:

- वोल्टेज स्थिरता परीक्षण के लिए रिएक्टर को कम पावर (~200 MW, बनाम रेटेड 3,200 MW) पर चलाना आवश्यक था

- कम पावर पर, RBMK रिएक्टर का सकारात्मक शून्य गुणांक था: कूलेंट में भाप के बुलबुले प्रतिक्रियाशीलता को बढ़ाते थे

- कंट्रोल रॉड्स में डिज़ाइन दोष था: ग्रेफाइट टिप्स पहले डाले जाने पर पानी को विस्थापित कर देते थे, जिससे न्यूट्रॉन-अवशोषक भाग कोर में प्रवेश करने से पहले प्रारंभिक प्रतिक्रियाशीलता में वृद्धि होती थी

- परीक्षण में देरी हुई; रात्रिकालीन दल को इसके लिए प्रशिक्षण नहीं दिया गया था

- परीक्षण चलाने के लिए जानबूझकर कई सुरक्षा प्रणालियाँ निष्क्रिय कर दी गईं

- आपातकालीन शटडाउन बटन (AZ-5) दबाने पर, ग्रेफाइट रॉड के सिरों ने अपेक्षित SCRAM के बजाय प्रतिक्रियाशीलता में उछाल पैदा किया

- शक्ति सेकंडों में 30,000 MW तक पहुँच गई: रेटेड पावर का लगभग 10 गुना

- ईंधन और कूलेंट भाप में बदल गया, जिससे भाप विस्फोट हुआ जो रिएक्टर को नष्ट कर गया

- ग्रेफाइट की आग 10 दिनों तक जली, जिससे विखंडन उत्पाद यूरोप भर में फैल गए

कोई कंटेनमेंट नहीं: RBMK में कोई पूर्ण कंटेनमेंट भवन नहीं था। रिएक्टर एक बड़े औद्योगिक भवन में स्थित था जिसमें दबाव बनाए रखने की क्षमता नहीं थी। जब रिएक्टर नष्ट हो गया, तो कोई अंतिम बाधा नहीं बची।

चेरनोबिल के बाद परिवर्तन:

- RBMK डिज़ाइन संशोधन: कम पावर पर पॉजिटिव वॉइड गुणांक हटाया, रॉड टिप्स को पुनः डिज़ाइन किया, अतिरिक्त न्यूट्रॉन अवशोषक जोड़े गए

- अंतरराष्ट्रीय परमाणु सुरक्षा सम्मेलनों को मजबूत किया गया

- IAEA (INSAG-7) द्वारा परमाणु सुरक्षा संस्कृति की अवधारणा को औपचारिक रूप दिया गया

- पश्चिमी नियामक दृष्टिकोण में कंटेनमेंट को अनिवार्य आवश्यकता के रूप में अपनाया गया

तीन दुर्घटनाएँ, तीन सबक

आप अब तीन प्रमुख नागरिक परमाणु दुर्घटनाओं को जानते हैं: TMI (1979), Chernobyl (1986), & Fukushima (2011)। प्रत्येक ने गहराई में रक्षा की एक अलग तरह की विफलता को उजागर किया।

जोखिम का मापन

PRA: 'पर्याप्त सुरक्षित' से 'कितना सुरक्षित?' की ओर बढ़ना

नियतिवादी सुरक्षा विश्लेषण कहता है: संयंत्र को इन विशिष्ट दुर्घटनाओं से बचने के लिए डिज़ाइन करें। प्रोबेबिलिस्टिक रिस्क असेसमेंट (PRA) एक अलग प्रश्न पूछता है: सभी संभावित गलत तरीकों को ध्यान में रखते हुए, वास्तव में उनका घटित होने की संभावना क्या है?

कोर डैमेज फ्रीक्वेंसी (CDF): किसी दिए गए वर्ष में रिएक्टर कोर के गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त होने की संभावना। NRC का सुरक्षा लक्ष्य: CDF < 1×10⁻⁴ प्रति रिएक्टर-वर्ष (10,000 रिएक्टर-वर्षों में एक बार)। आधुनिक संयंत्र आमतौर पर CDF < 1×10⁻⁵ प्राप्त करते हैं (100,000 रिएक्टर-वर्षों में एक बार)।

लार्ज अर्ली रिलीज फ्रीक्वेंसी (LERF): पर्यावरण में रेडियोधर्मिता के बड़े, प्रारंभिक रिलीज की संभावना (जब निकासी पूरी हो सके उससे पहले)। NRC सुरक्षा लक्ष्य: LERF < 1×10⁻⁵ प्रति रिएक्टर-वर्ष।

फॉल्ट ट्री: ग्राफिकल लॉजिक डायग्राम जो घटकों की विफलताओं के संयोजनों को दर्शाते हैं जो एक परिभाषित शीर्ष घटना (जैसे, 'ECCS कोर तक पानी पहुँचाने में विफल') की ओर ले जाते हैं। AND गेट्स (सभी को विफल होना चाहिए) और OR गेट्स (किसी एक विफलता पर्याप्त) का उपयोग करता है। AND गेट्स प्रायिकता को कम करते हैं (एकाधिक समवर्ती विफलताओं की आवश्यकता)। OR गेट्स प्रायिकता बढ़ाते हैं।

इवेंट ट्री: ग्राफिकल डायग्राम जो एक प्रारंभिक घटना (जैसे, 'बड़ा ब्रेक LOCA होता है') से शुरू होते हैं और सुरक्षा प्रणालियों के सफल या विफल होने पर परिणामों का अनुसरण करते हैं। प्रत्येक शाखा एक सुरक्षा फंक्शन के सफलता या विफलता का प्रतिनिधित्व करती है। टर्मिनल नोड्स दुर्घटना अनुक्रम हैं: सुरक्षित शटडाउन, कोर क्षति, बड़ा रिलीज।

महत्व के माप: PRA यह पहचानता है कि कौन से घटक और प्रणालियाँ जोखिम में सबसे अधिक योगदान देते हैं।

- Fussel-Vesely (FV) महत्व: एक घटक की विफलताओं द्वारा योगदानित CDF का अंश। उच्च FV = यह घटक बहुत महत्वपूर्ण है।

- Risk Achievement Worth (RAW): यदि इस घटक को विफल माना जाए तो CDF कितना बढ़ता है। उच्च RAW = इस घटक को लंबे समय के लिए सेवा से बाहर नहीं रखना चाहिए।

RAW रखरखाव और परीक्षण शेड्यूलिंग को निर्देशित करता है: उच्च-RAW घटकों को लगातार परीक्षण और छोटे अनुमत आउटेज समय मिलते हैं।

PRA और रखरखाव अनुसूची

एक परमाणु संयंत्र में तीन आपातकालीन डीजल जनरेटर (A, B, C) हैं। PRA विश्लेषण दर्शाता है:

- तीनों कार्यशील होने पर CDF: 2×10⁻⁵ प्रति वर्ष

- डीजल A रखरखाव के लिए सेवा से बाहर होने पर CDF: 8×10⁻⁵ प्रति वर्ष (4 गुना वृद्धि)

- डीजल A और B एक साथ सेवा से बाहर होने पर CDF: 4×10⁻³ प्रति वर्ष (200 गुना वृद्धि)

रखरखाव टीम डीजल A और B को 30 दिनों तक चलने वाले प्रमुख ओवरहाल के लिए एक साथ सेवा से बाहर करना चाहती है।

खर्च ईंधन: लंबी दायित्व

खर्च ईंधन: सक्रिय एवं निष्क्रिय प्रबंधन

जब ईंधन 3-5 वर्ष के संचालन के बाद रिएक्टर से हटाया जाता है, तो यह तीव्र रूप से रेडियोधर्मी एवं क्षय ऊष्मा से गर्म होता है। वही क्षय ऊष्मा वक्र लागू होता है: तत्काल 7% रेटेड पावर, जो वर्षों में घटता जाता है।

खर्च ईंधन पूल (SFP): हटाने के तुरंत बाद, खर्च ईंधन असेंबली को खर्च ईंधन पूल में रखा जाता है: एक पानी से भरा बेसिन, सामान्यतः 40 फीट गहरा, रिएक्टर भवन के निकट। पानी दोहरी भूमिका निभाता है: शीतलन और ढाल (ईंधन के ऊपर का पानी विकिरण को अवशोषित करता है, जिससे पूल डेक पर कार्यकर्ताओं को कम डोज़ प्राप्त होता है)।

ड्राई कास्क से पहले न्यूनतम पूल शीतलन समय: PWR ईंधन के लिए लगभग 5 वर्ष। ईंधन को इतना ठंडा होना चाहिए कि ड्राई कास्क में निष्क्रिय वायु शीतलन शेष क्षय ऊष्मा को बिना किसी पानी के संभाल सके।

जिर्कालॉय आग का जोखिम: यदि खर्च ईंधन असेंबली अनावृत हो जाती हैं (पूल का पानी खो जाता है), तो जिर्कालॉय क्लैडिंग उच्च तापमान पर हवा में ऑक्सीकरण कर सकती है। भाप-जिर्कालॉय प्रतिक्रिया के विपरीत जो हाइड्रोजन उत्पन्न करती है, लाल-गर्म तापमान पर हवा-जिर्कालॉय ऑक्सीकरण जिर्कालॉय आग को बनाए रख सकता है: एक स्व-निरंतर उष्माक्षेपी प्रतिक्रिया। फुकुशिमा यूनिट 4 का खर्च ईंधन पूल उन तापमानों तक पहुंचने के दिनों के भीतर था जहां यह हो सकता था।

पोस्ट-फुकुशिमा SFP आवश्यकताएँ (NRC आदेश EA-12-051):

- SFP जल स्तर और तापमान के लिए विश्वसनीय उपकरण

- विविध स्रोतों से SFP में मेकअप जल जोड़ने की क्षमता

- विस्तारित बिजली हानि परिदृश्यों के तहत SFP शीतलन बनाए रखने या पुनर्स्थापित करने की रणनीतियाँ

ड्राई कास्क भंडारण: पूल में 5+ वर्षों के बाद, ईंधन को ड्राई कास्क में स्थानांतरित किया जाता है: वेल्डेड स्टील कैनिस्टर जो कंक्रीट या उच्च-घनत्व पॉलीएथिलीन शील्डिंग से घिरे होते हैं। शीतलन पूरी तरह निष्क्रिय है: बाहरी संरचना में वेंट्स के माध्यम से प्राकृतिक हवा संवहन। कोई बिजली आवश्यक नहीं। डिज़ाइन जीवन: 100+ वर्ष। वर्तमान में अमेरिका में अकेले 90,000 मीट्रिक टन से अधिक भारी धातु ड्राई कास्क भंडारण में है।

उच्च-स्तरीय अपशिष्ट निपटान: खर्च ईंधन को उच्च-स्तरीय परमाणु अपशिष्ट के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। अमेरिकी कानून (Nuclear Waste Policy Act) ने नेवादा के Yucca Mountain को स्थायी भंडारण स्थल के रूप में नामित किया है: लेकिन राजनीतिक विरोध के कारण यह खुला नहीं है। NRC एक भंडारण स्थल से 10,000 वर्षों की निरोधन आवश्यकता रखता है (EPA मानक: 10,000 वर्षों से आगे के खुराक के लिए 1 मिलियन वर्ष)। गहन भूवैज्ञानिक निपटान चट्टान संरचना को ही प्राथमिक अवरोधक के रूप में उपयोग करता है, जिसमें इंजीनियर्ड अवरोधक (कांच विट्रीफिकेशन, धातु कैनिस्टर, बेंटोनाइट मिट्टी) अतिरिक्त परतें के रूप में होते हैं।

निम्न-स्तरीय अपशिष्ट (LLW): दूषित कपड़े, उपकरण, फिल्टर, रेजिन। NRC के तीन वर्ग:

- वर्ग A: सबसे कम गतिविधि, सबसे कम समय जीवित आइसोटोप। उथले भूमि दफन, 100-वर्षीय अलगाव आवश्यकता

- वर्ग B: मध्यम गतिविधि। 300-वर्षीय अलगाव के साथ उथला दफन

- वर्ग C: उच्च गतिविधि, लंबे समय जीवित आइसोटोप। 500-वर्षीय अलगाव की आवश्यकता; अधिक इंजीनियर्ड अवरोधकों के साथ निकट-सतह निपटान

आयतन कमी तकनीकें (उत्पादन, संपीड़न, गलन) निपटान स्थान को न्यूनतम करने के लिए अनिवार्य हैं

शुष्क कास्क सुरक्षा मामला

एक आलोचक का तर्क है कि शुष्क कास्क भंडारण असुरक्षित है क्योंकि कास्क में कोई सक्रिय शीतलन नहीं है, कोई पावर कनेक्शन नहीं है, & वे कंक्रीट पैड पर बाहर रखे जाते हैं। एक न्यूक्लियर इंजीनियर का जवाब है कि शुष्क कास्क वास्तव में खर्च ईंधन पूल से अधिक सुरक्षित हो सकते हैं।

गहन रक्षा: पूर्ण चित्र

न्यूक्लियर सुरक्षा इंजीनियरिंग: एक सिस्टम अनुशासन

आपने अब न्यूक्लियर सुरक्षा इंजीनियरिंग की हर परत का अध्ययन कर लिया है। पीछे हटें & सिस्टम को देखें:

भौतिक अवरोध (ईंधन मैट्रिक्स, क्लैडिंग, प्रेशर वेसल, कंटेनमेंट) निष्क्रिय हैं: इन्हें काम करने के लिए किसी क्रिया की आवश्यकता नहीं होती। ये आधार हैं।

सुरक्षा प्रणालियाँ (ECCS, RPS, EDGs, DDAS) सक्रिय हैं जिनमें निष्क्रिय बैकअप (एक्यूमुलेटर, ग्रैविटी टैंक, बैटरी) हैं। प्रत्येक कार्य के तीन स्वतंत्र ट्रेन हैं। प्रत्येक ट्रेन 100% सक्षम है। सक्रिय & निष्क्रिय दृष्टिकोण विविध हैं।

इंस्ट्रूमेंटेशन (RPS, ECCS actuation, PAM) दर्जनों पैरामीटर्स की निगरानी करता है 2-of-4 वोटिंग लॉजिक के साथ: स्पूरियस ट्रिप्स और सेंसर फेल्यर्स के प्रतिरोधी जो ट्रिप को रोक देंगे।

प्रक्रियाएँ (लक्षण-आधारित EOPs) ऑपरेटर्स को सुरक्षात्मक कार्यों के लिए मार्गदर्शन करती हैं बिना सही निदान की आवश्यकता के। पोस्ट-TMI। आवश्यक।

मानवीय कारक (स्टाफिंग, प्रशिक्षण, मानवीय प्रदर्शन उपकरण, थकान सीमाएँ) मानवीय परत के विफल होने की संभावना को कम करते हैं। पोस्ट-TMI STA आवश्यकता। सिमुलेटर प्रशिक्षण। प्री-जॉब ब्रिफिंग्स। STAR। तीन-तरफा संचार।

प्रबंधन और सुरक्षा संस्कृति सुनिश्चित करते हैं कि सुरक्षा को दक्षता के लिए व्यापार न किया जाए। पोस्ट-चर्नोबिल INSAG-7। चर्नोबिल का सबक यह है कि प्रबंधन द्वारा अक्षम सुरक्षा प्रणालियाँ मौजूद ही नहीं हैं।

नियमन (NRC 10 CFR 50, IAEA standards, periodic inspections) सबसे ऊपरी स्तर पर स्वतंत्र निगरानी प्रदान करता है। एक ऐसा नियामक जो निरीक्षण नहीं करता, वह एक ऐसा नियामक है जो अस्तित्व में ही नहीं है।

तीन प्रमुख दुर्घटनाओं ने खुलासा किया कि गहनता में रक्षा एकल नाटकीय विफलता से विफल नहीं होती, बल्कि छोटी विफलताओं के संयोजन, गलत धारणाओं, और कई स्तरों पर एक साथ अपर्याप्त मार्जिन से विफल होती है। सुरक्षा मामला केवल उसके सबसे कमजोर एक साथ संयोजन जितना ही मजबूत होता है।

अंतिम एकीकरण

अंतिम प्रश्न: सबसे कठिन वाला

एक नवीन प्रस्तावित रिएक्टर डिज़ाइन दावा करता है कि वह इतना सुरक्षित है कि उसे केवल एक ECCS ट्रेन (तीन नहीं) की आवश्यकता है, कोई आपातकालीन डीजल नहीं (केवल निष्क्रिय शीतलन), और चार के बजाय दो ऑपरेटरों के साथ एक सरलीकृत स्टाफिंग मॉडल।

डिजाइनर का तर्क है: 'पैसिव कूलिंग का मतलब है कि बिजली की जरूरत नहीं पड़ती, इसलिए डीजल की जरूरत नहीं है। भौतिकी के अनुसार रिएक्टर मेल्टडाउन नहीं हो सकता, इसलिए स्टाफिंग को सरल बनाना उचित है।'