Scram - Scram

Este artigo é sobre reatores nucleares. Para outros usos, consulte Scram (desambiguação) .
Botão SCRAM no Experimental Breeder Reactor I em Idaho, EUA. Às vezes, o switch terá uma tampa articulada para evitar operação inadvertida.

Um scram ou SCRAM é um desligamento de emergência de um reator nuclear efetuado pelo término imediato da reação de fissão . É também o nome dado ao interruptor de desligamento operado manualmente que inicia o desligamento. Em operações de reator comercial, este tipo de desligamento é frequentemente referido como um "SCRAM" em reatores de água fervente (BWR), um " disparo de reator " em reatores de água pressurizada (PWR) e EPIS em um reator CANDU . Em muitos casos, um SCRAM faz parte do procedimento de desligamento de rotina, que serve para testar o sistema de desligamento de emergência.

A etimologia do termo é uma questão de debate. O historiador da Comissão de Regulamentação Nuclear dos Estados Unidos , Tom Wellock, observa que scram é uma gíria em inglês para sair rapidamente e com urgência, e cita isso como a base original e provavelmente mais precisa para o uso de scram no contexto técnico. Uma explicação alternativa persistente postula que scram é um acrônimo para "homem de machado de haste de controle de segurança", que foi supostamente cunhado por Enrico Fermi quando o primeiro reator nuclear do mundo foi construído sob o assento do espectador no Stagg Field da Universidade de Chicago . Esse reator tinha uma haste de controle real amarrada a uma corda, com um homem com um machado ao lado dela. Também pode significar " mecanismo de ativação das hastes de controle de segurança " ou " mecanismo atuador da haste de controle de segurança ". Ambos são provavelmente backrônimos do uso original, não técnico.

O nome russo, AZ-5 ( АЗ-5 , em cirílico ), é uma abreviatura de Аварийная Защита 5-й категории ( Avariynaya Zashchita 5-y kategorii ), que se traduz em "Proteção de Emergência da 5ª Categoria" em inglês.

Mecanismos

Em qualquer reator, um SCRAM é obtido pela inserção de grandes quantidades de massa de reatividade negativa no meio do material físsil, para encerrar imediatamente a reação de fissão.

Em reatores de água leve , isso é obtido inserindo-se hastes de controle que absorvem nêutrons no núcleo, embora o mecanismo pelo qual as hastes são inseridas dependa do tipo de reator. Em PWRs, as hastes de controle são mantidas acima do núcleo do reator por motores elétricos contra seu próprio peso e uma mola poderosa. Um SCRAM é projetado para liberar as hastes de controle desses motores e permitir que seu peso e a mola os conduzam para o núcleo do reator, interrompendo rapidamente a reação nuclear ao absorver nêutrons liberados. Outro projeto usa eletroímãs para manter as hastes suspensas, com qualquer corte na corrente elétrica resultando em uma inserção imediata e automática da haste de controle.

Em BWRs, as hastes de controle são inseridas por baixo do vaso do reator. Neste caso, uma unidade de controle hidráulico com um tanque de armazenamento pressurizado fornece a força para inserir rapidamente as hastes de controle em qualquer interrupção da corrente elétrica. Tanto no PWR quanto no BWR, existem sistemas secundários (e frequentemente até sistemas terciários) que irão inserir as hastes de controle no caso de a inserção rápida primária não atuar pronta e totalmente.

Nos reatores CANDU, isso é obtido pela injeção de um veneno de nêutron no próprio núcleo do reator por meio do EPIS ou Sistema de Injeção de Veneno de Emergência.

Botão SCRAM na sala de controle do NS Savannah

Absorventes de nêutrons líquidos (venenos de nêutrons) também são usados ​​em sistemas de desligamento rápido para reatores de água leve. Após um SCRAM, se o reator (ou seção (ões) do mesmo) não estiverem abaixo da margem de desligamento (ou seja, eles podem retornar a um estado crítico devido à inserção de reatividade positiva de resfriamento, decomposição de veneno ou outras condições não controladas), os operadores podem injetar soluções contendo venenos de nêutrons diretamente no refrigerante do reator. As soluções de veneno de nêutrons são soluções à base de água que contêm produtos químicos que absorvem nêutrons , como bórax doméstico comum , poliborato de sódio , ácido bórico ou nitrato de gadolínio , causando uma diminuição na multiplicação de nêutrons e, portanto, desligando o reator sem o uso das hastes de controle . No PWR, essas soluções de absorção de nêutrons são armazenadas em tanques pressurizados (chamados de acumuladores) que são fixados ao sistema primário de refrigeração por meio de válvulas; um nível variável de absorvente de nêutrons é mantido dentro do refrigerante primário em todos os momentos, e é aumentado usando os acumuladores no caso de uma falha de inserção de todas as hastes de controle, o que levará prontamente o reator abaixo da margem de desligamento. No BWR, os absorvedores de nêutrons solúveis são encontrados no Sistema de Controle de Líquido Standby (SLCS) , que usa bombas de injeção redundantes operadas por bateria ou, nos modelos mais recentes, gás nitrogênio de alta pressão para injetar a solução absorvente de nêutrons no vaso do reator contra qualquer pressão dentro. Como eles podem atrasar a reinicialização de um reator, esses sistemas são usados ​​apenas para desligar o reator se a inserção da haste de controle falhar. Essa preocupação é especialmente significativa em um BWR, onde a injeção de boro líquido causaria a precipitação de compostos sólidos de boro no revestimento do combustível, o que impediria o reator de reiniciar até que os depósitos de boro fossem removidos.

Na maioria dos projetos de reatores, o procedimento de desligamento de rotina também usa um SCRAM para inserir as hastes de controle, pois é o método mais confiável de inserir completamente as hastes de controle e evita a possibilidade de retirá-las acidentalmente durante ou após o desligamento.

Resposta do reator

A maioria dos nêutrons em um reator são nêutrons imediatos ; ou seja, nêutrons produzidos diretamente por uma reação de fissão. Esses nêutrons se movem em alta velocidade , então é provável que escapem para o moderador antes de serem capturados . Em média, leva cerca de 13 μs para que os nêutrons sejam retardados pelo moderador o suficiente para facilitar uma reação sustentada, o que permite a inserção de absorvedores de nêutrons para afetar o reator rapidamente. Como resultado, uma vez que o reator foi submetido a um SCRAM, a potência do reator cairá significativamente quase que instantaneamente. No entanto, uma pequena fração (cerca de 0,65%) dos nêutrons em um reator de potência típico vem da decadência radioativa de um produto de fissão. Esses nêutrons atrasados , emitidos em velocidades mais baixas, limitarão a taxa de desligamento de um reator nuclear.

Devido a falhas em seu projeto original da haste de controle, controlar um reator RBMK pode aumentar a reatividade a níveis perigosos antes de reduzi-la. Isso foi percebido quando ocorreu uma oscilação de energia na partida da Unidade Nuclear de Ignalina número 1, em 1983. Em 26 de abril de 1986, o desastre de Chernobyl aconteceu devido a um sistema de desligamento com falha fatal, após o sistema de desligamento AZ-5 foi iniciado após um superaquecimento do núcleo. Os reatores RBMK foram posteriormente adaptados para compensar a falha ou desativados.

Calor de decomposição

Mais informações: Calor de decomposição

Para um reator que sofre um SCRAM após manter um nível de energia constante por um período prolongado (maior que 100 horas), cerca de 7% da energia em estado estacionário permanecerá após o desligamento inicial devido à deterioração do produto de fissão. Para um reator que não teve um histórico de potência constante, a porcentagem exata é determinada pelas concentrações e meias-vidas dos produtos de fissão individuais no núcleo no momento do SCRAM. A energia produzida pelo calor de decomposição diminui à medida que os produtos da fissão se deterioram.

Etimologia

Norman Hilberry (à esquerda) e Leó Szilárd em Stagg Field, local da primeira reação em cadeia nuclear autossustentável.

Scram é geralmente citado como sendo um acrônimo para homem de machado de haste de controle de segurança ; no entanto, o termo provavelmente é um backronym . O verdadeiro homem do machado na primeira reação em cadeia foi Norman Hilberry . Em uma carta para Raymond Murray (21 de janeiro de 1981), Hilberry escreveu:

Quando apareci na varanda naquela tarde de 2 de dezembro de 1942 , fui conduzido até a grade da varanda, entreguei um machado de bombeiro bem afiado e disse: "Se as hastes de segurança não funcionarem, corte essa corda de manila ." As barras de segurança, nem é preciso dizer, funcionaram, a corda não foi cortada ... Não creio que alguma vez me tenha sentido tão idiota como então. ... Eu não ouvi a história do SCRAM [Safety Control Rod Axe Man] até muitos anos depois do fato. Então, um dia, um dos meus colegas que fazia parte da equipe de construção de Zinn me chamou de Sr. Scram. Eu perguntei a ele: "Como assim?" E então a história.

Em uma entrada de 17 de maio de 2011 no blog oficial da Comissão de Regulamentação Nuclear, o historiador do NRC Tom Wellock argumenta que esse relato é efetivamente uma lenda urbana e surgiu muitos anos após o evento.

Artigos do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) indicam que o termo significa "homem com machado de corda de corte de segurança", referindo-se, nesse caso, ao mecanismo de segurança neutrônica inicial de usar uma pessoa equipada com um machado para cortar a corda que suspende as hastes de controle. o reator nuclear Chicago Pile, em cujo ponto as hastes cairiam por gravidade no núcleo do reator , desligando o reator. Especificamente, Wallace Koehler , um técnico que trabalhava para o Projeto Manhattan em Chicago Pile 1 , sob Stagg Field na Universidade de Chicago , e mais tarde um físico pesquisador da ORNL, teria dito que Enrico Fermi cunhou o termo como esta sigla. Embora Koehler não tenha servido como um machado de barra de controle de corte de corda, ele era responsável por despejar um balde de solução aquosa de cádmio no reator se o período do reator entrasse na faixa abaixo do ideal.

Leona Marshall Libby , que estava presente naquele dia na Pilha de Chicago, lembrou que o termo foi cunhado por Volney Wilson, que liderou a equipe que projetou o circuito da haste de controle:

As hastes de segurança foram revestidas com folha de cádmio e esse metal absorveu tantos nêutrons que a reação em cadeia foi interrompida. Volney Wilson chamou essas hastes de "scram". Ele disse que a pilha tinha "embaralhado", as varas haviam "embaralhado" na pilha.

Haste de controle e circuito SCRAM para Chicago Pile-1

Outras testemunhas naquele dia concordaram com o crédito de Libby de "scram" a Wilson. Tom Wellock, historiador da Comissão de Regulamentação Nuclear dos Estados Unidos, escreveu que Warren Nyer, um estudante que trabalhou na montagem da pilha, também atribuiu a palavra a Wilson: "A palavra surgiu em uma discussão Dr. Wilson, que era o chefe de instrumentação e controles grupo, estava tendo com vários membros de seu grupo ", escreveu Nyer. “O grupo decidiu ter um botão grande para apertar para acionar tanto as hastes de controle quanto a haste de segurança. Como rotular isso? 'O que fazemos depois de apertar o botão?', Alguém perguntou. 'Saia daqui ! ', Disse Wilson. Bill Overbeck, outro membro desse grupo, disse:' OK, vou chamá-lo de SCRAM. '"

As primeiras referências a "scram" entre a equipe de Chicago Pile também foram associadas ao circuito de desligamento de Wilson e não a Hilberry. Em um relatório da Comissão de Energia Atômica dos Estados Unidos (AEC) de 1952, por Enrico Fermi, a AEC divulgou informações sobre a Pilha de Chicago. O relatório incluiu uma seção escrita pela equipe de Wilson logo após o Chicago Pile alcançar uma reação em cadeia autossustentável em 2 de dezembro de 1942. Ele incluiu um esquema de fiação do circuito de controle da haste com uma linha claramente rotulada "SCRAM" (veja a imagem no direita e páginas 37 e 48).

Veja também

Referências

links externos