原子力発電所の再起動になぜそんなに時間がかかるのですか？

運転停止中の原子力発電所（緊急ではない、定期点検など）が再び稼働するには24時間（最大72時間？）必要であると何度か聞いたことがあります。

なぜそんなに時間がかかるのですか？

リアクトルは、コアにシャットダウンされたときにはるかに少ない熱を生成し、それらはない依然としてとして知られる機構を介して熱を発生する崩壊熱。炉心の発熱量が少ないということは、冷却液の温度が下がることを意味しますが、その温度がどこまで下がるかは、崩壊熱発生率に依存します。これは、稼働履歴、またはシャットダウン前にプラントが稼働していた電力に基づいています。これは商業プラントにとっては大きくなる可能性があります。通常、発電プラントは容量で、または容量に非常に近い状態で稼働し、電力会社は石炭または天然ガスのプラントを上下させてグリッド容量を調整します。1日後の崩壊熱は電力履歴の約半分であり、500 MWのプラントが容量で稼働している場合、崩壊熱は 2.5 MWの可能性があります。

したがって、短時間のシャットダウンがある場合、崩壊熱発生率が非常に高いため、プライマリプラントは高温のままであるため、通常はかなり迅速に起動できます。プラントの1次側（放射性側）はまだ暑いかもしれませんが、2次蒸気プラントはおそらく寒くなっているからです。二次プラントのスタートアップにとって、大きな懸念事項の1つは配管内の水分形成です。これは、蒸気が（比較的）冷たいパイプに触れると起こります。蒸気プラント内の水分は、あらゆる種類の恐ろしいものを引き起こす可能性がありますが、主な損傷は、配管内の水撃とタービンブレードの水分衝突から生じます。

記録のために：私は海軍の核兵器だったので、私はこれを知っています。私が海軍で過ごしたとき、私が船で目撃した最も恐ろしいものは、おそらく18インチの直径の蒸気パイプで、水撃のたびに文字通り2-3インチジャンプし、パイプが失敗した場合、 engineroomはおそらく生きたまま調理されます。上記のビデオでは、蒸気は大気圧以上で非常に低い流量である可能性が高く、それでも誰かがラジエーターをハンマーで叩いているように聞こえます。そのパイプは、おそらく直径が1インチ以下です。

蒸気が配管に触れると形成される凝縮液は、配管を通る蒸気の流れに「同伴」されます。蒸気はハンマーのように非常に高速でこの水栓を押します（そのため「水撃」）、タービンのブレードを壊し、配管、特に配管継手に損傷を与えます。

通常の操作中にシステムから水分を除去する「モイスチャートラップ」または「スチームトラップ」と呼ばれるデバイスがありますが、プラントの低温始動時に形成される凝縮液の量が多すぎて、水分トラップが追いつかなくなります。これは、水撃とタービンの水分衝突による危険性と相まって、蒸気が蒸気プラントに非常に、非常に、非常にゆっくりと流入することを意味します。プラントのオペレーターは、凝縮液を「吹き飛ばす」ために、手動で操作する蒸気トラップに定期的に移動する必要があります。（注：そのビデオの蒸気プラントは恐ろしく、そこで働くことはありませんが、凝縮液が透明になり蒸気が出るようになったときのうなる音は、まさに私が覚えている音です）

要約すると、「クイック」（24時間）の起動は、通常、蒸気が冷たいパイプに接触することによって生じる二次蒸気プラントでの水分生成によって制限されます。

主植物の開始はずっと、ずっと長い時間がかかる可能性を秘めています。米国のほとんど（すべて？）の原子炉は加圧水型原子炉です。これは、水が通常沸騰する温度の2〜3倍（またはそれ以上）であっても、水を液体の状態に保つのに十分な圧力が主要プラントにあることを意味します。これは、多くの圧力、および主要工場で配管がその圧力に耐えるために非常に厚い壁を有します。

厚い壁とは、パイプの内側が「高温」になり、パイプの外側が「低温」になる可能性があることを意味します。これらは相対的な用語です。すべてが暑いです。

主要な植物を暖めることは、鶏と卵の問題です。ここでの主な懸念は、原子炉内で蒸気が発生しないようにすることです。蒸気は、それが今までならば、つまり、実際にはかなり良い絶縁体であるやった（：溶融読んで）反応器内のフォームを、それは非常に迅速に非常に非常に高温になるだろうので、突然、燃料を冷却するためには何も存在しないだろう。

そのため、蒸気が原子炉内で生成されないようにシステムを十分に高圧に保つ必要があります。しかし、冷えている間に配管にそのような圧力をかけると、「脆性破壊」と呼ばれるメカニズムによって破壊されます。これは、配管がある程度の延性を持つ点まで加熱された場合に回避できる突発的かつ壊滅的な障害です。

そのため、配管を加熱する必要がありますが、沸騰するほど熱くすることはできません。少し加熱してから圧力を少し上げてから、加熱、加圧などを行います。

通常、「ソーク」と呼ばれる休止があり、配管内の金属が温度を均一化する時間を与えます。これにより、パイプの内側が「熱く」なり、外側が「冷たく」なるため、内部応力の蓄積が防止されます。通常、ソークは起動時間の大部分に大部分を占めます。ソークは通常12〜24時間です。

そのため、浸漬点まで加熱してから、通常、中間圧力まで加圧し、別の浸漬点まで加熱し、次に圧力をより高い中間圧力まで上げてから、一緒に加熱して加圧します。これはすべて、「脆性破壊防止限界」として知られる破壊限界の下に留まるために行われます。これは、再び、配管が受ける温度圧力がパイプが脱落しないようにすることです。

したがって、プライマリプラントのウォームアップが完了したら、セカンダリプラントのオンライン化を開始できます。したがって、通常プライマリプラントでは2日間、セカンダリプラントでは別の日になります。これは72時間の起動です。

前述のように、崩壊熱は一次プラントを長時間（1か月まで）高温に保ちます。そのため、長期間停止しない限り、通常は「クイック」が約24時間で、かなり「クイック」を開始できます。 。

キセノンは核反応と中性子毒の結果です。キセノンが崩壊するのを待たない場合、キセノンは多くの中性子を消費しすぎて、クリティカルになることはできません。彼らはいつも「引くのに十分な棒がない」と言います。素晴らしく新しいリアクティブコアがあれば、より早く始めることができます。コアが古い場合、十分なキセノン（および他の毒物）が減衰するまで長時間待つ必要があります。

私が以前使用していた工場は、停電のために1日約100万ドルのコストで働いていました。彼らがもっと早く始めることができれば、私を信じてください。

答えは、実際には安全性とテストの2つの要因に要約されます。以下に、これら2つのことの一般的な要約を示しますが、実際の答えは非常に複雑です。

原子力発電所の運用の核心は、原子力の安全性を中心に展開しています。私は個人の安全について話しているのではありません。これは労働安全衛生局（OSHA）の範囲ですが、それには何らかの要因があります。さらに、これは放射線事故に対する一般の人々の安全です。原子力発電所は、そのような事象のリスクが可能な限り最小化されるように設計されています。

プラントの電源が入ると、さまざまなモードになります。各モードには、プラントをモードでさらに上昇させる前に満たさなければならない独自の一連のテストおよび受け入れ基準があります。多くのシステムがあり、これらには時間がかかります。原子力安全にとって重要なシステムは、特に大量の精査が行われています。

原子力発電所は、すべてのシステムが試験に合格し、安全に運転できるようになった場合にのみ、完全に動作可能になります。

これらは、商業用原子力発電所の起動またはフルパワー運転への復帰にかかる時間の多くの理由です。米国には、沸騰水型原子炉（BWR）と加圧水型原子炉（PWR）の2つの主要なタイプのプラントがあります。回答は、リアクターのタイプ、さらにはタイプのバージョンによって異なります。私が言及しなかった一般的な説明は、すべての商用原子力発電所は、4時間の期間で15％を超える火力発電の変更を避けることです。これは、燃料被覆管の完全性を保護するためです。私は商業用原子力産業で20年近く働いていましたが、20年以上も働いていなかったので、燃料被覆を改善し、これはもはや問題ではないかもしれませんが、それは今日の必須の制約でした。

チャックはほぼ終わりに近づきました。しかし、質問に答えるという観点から、（今では私が言っているように）ASME B＆PVコードは、加熱速度を1時間あたり摂氏30度に制限しています。通常の植物は摂氏300度前後で働きます。これにより、プラントの理論上の最小加熱速度が得られます。第二に、プラントがトリップされると、トリップの最初の原因が発見され、その修正が行われます。二次側を加熱するには、補助ボイラーが起動する蒸気が必要です。最後に、すべての植物の水質が回復し、これには時間がかかります。