அணுமின்சக்தி இயக்க ஏற்பாடுகளின் அனுதினப் பாதுகாப்பும் கண்காணிப்பும் -3

Saturday September 22, 2007
அணுமின்சக்தி இயக்க ஏற்பாடுகளின் அனுதினப் பாதுகாப்பும் கண்காணிப்பும் -3
சி. ஜெயபாரதன் B.E.(Hons) P.Eng (Nuclear) கனடா

பரிதியின் ஒளிக்கதிர் மின்சக்தியாய்ப்
பயன்படும் பகலில்
பல்லாண்டு !
ஓயாத கடல் அலைகளின்
அசுர அடிப்பில்
அளவற்ற மின்சக்தி உள்ளது !
காற்றுள்ள போது விசிறிகள் சுழன்று
மேட்டில் கிடைக்கும் மின்சக்தி !
மாட்டுச் சாணி வாயு
வீட்டு மின்சக்தி ஆக்கும் !
நிலக்கரி மூலம்
நிரம்ப மின்சக்தி பெறலாம்,
கரியமில வாயு வோடு !
அந்த முறைகள் யாவும் ஓர்
அளவுக் குட்பட்டவை !
சிக்கன மானவை சில !
செலவு மிக்கவை சில !
சிறியவை சில !
பேரளவு மின்சக்தி படைக்க
நுணுக்கமான
அணுப் பிளவுச் சக்தி தேவை.
கதிரியக்கம் இல்லா
அணுப் பிணைவுச் சக்தி தேவை.
அவற்றுக்கு
எல்லை இல்லை !
வரையறை ஏதுவு மில்லை !
மின்சக்தி
பற்றாக் குறையைத்
தீர்க்க
அவை அனைத்தும் தேவை
அகில உலகுக்கு !

"அணுவைப் பிளந்து சக்தியை வெளியாக்குவதுடன், கடல் மட்ட அலைகளின் ஏற்ற இறக்கத்தில் உண்டாக்கும் சக்தியைக் கையாண்டு, பரிதிக் கதிரொளி வெப்பத்தையும் கைப்பற்றி ஒருநாள் மின்சக்தி ஆக்குவோம்."
ஆக்கமேதை தாமஸ் ஆல்வா எடிஸன் (ஆகஸ்டு 22, 1921)

"மின்சக்தி உற்பத்தி இல்லாமை போன்று செலவு மிக்க மின்சக்தி எதுவுமில்லை." [No Power is so costly as no Power]
டாக்டர் ஹோமி பாபா (1955 ஐக்கிய நாடுகளின் ஆக்கப்பயன்களின் அணுசக்திப் பேரவை ஜெனிவா)

"அடுத்து வரும் சில பத்தாண்டுகளுக்கு நமது பூகோளத்தின் முக்கியப் பெரும் பிரச்சனைகளாக நீர்வளப் பஞ்சமும், எரிசக்திப் பற்றாக்குறையும் மனிதரைப் பாதிக்கப் போகின்றன! இந்தியாவைப் பொருத்த மட்டில் அடுத்த இருபது ஆண்டுகளுக்கு நமக்குப் போதிய நீர்வளமும், எரிசக்தியும் மிக மிகத் தேவை! பரிதிக் கனலைப் பயன்படுத்தியும், அணுசக்தி வெப்பத்தை உபயோகித்தும் உப்புநீக்கி நிலையங்கள் பல உண்டாக்கப்பட வேண்டும். இப்போது இயங்கிவரும் அணு மின்சக்தி நிலையங்களுக்கு அருகே, உப்புநீக்கி நிலையங்கள் உடனே உருவாக்கப்பட வேண்டும்."
முன்னாள் குடியரசுத் தலைவர் டாக்டர் அப்துல் கலாம். (2003)

Fig. 1
Pressurized Water Reactor Sytems

முன்னுரை: இருபத்தி ஒன்றாம் நூற்றாண்டிலே தமிழ்மக்கள் உள்பட உலக மாந்தர் அனைவருக்கும் நாகரீகமாக அனுதினமும் உயிர்வாழக் குடிநீரும், மின்சக்தியும் மிக மிகத் தேவை. 1950 ஆம் ஆண்டு முதல் 30 உலக நாடுகளில் 435 அணுமின் நிலையங்கள் [அமெரிக்காவில் திரி மைல் தீவு, ரஷ்யாவில் செர்நோபிள் நிலையம் ஆகிய இரண்டைத் தவிர] பாதுகாப்பாக இயங்கி 370,000 MWe (16%) ஆற்றலைப் பரிமாறி வருகின்றன.

மேலும் 56 நாடுகளில் 284 அணு ஆராய்ச்சி உலைகள் ஆய்வுகள் நடத்திக் கொண்டு வருகின்றன. அதற்கு அடுத்தபடி அணுசக்தி இயக்கும் 220 கப்பல்களும், கடலடிக் கப்பல்களும் (Submarines) கடல் மீதும், கீழும் உலாவி வருகின்றன. ஈழத்தீவில் பாதிக்கும் குறைவாக அரை மாங்காய் போலிருக்கும் தென் கொரியாவில் 20 அணுமின் நிலையங்கள் 39% ஆற்றலைத் தயாரித்து மின்சாரம் அனுப்பி வருகின்றன. இந்தியாவின் அணு மின்சக்திப் பரிமாற்றப் பங்கு 2.6% இயங்கி வருபவை 17 அணுமின் நிலையங்கள். இந்தியாவில் அனைத்து அணுசக்தி நிலையங்களைப் பாதுகாப்பாக இயக்கத் திறமையுள்ள, துணிவுள்ள நிபுணர்கள் ஏராளமாய் இருக்கிறார்கள்.

இந்திய அணுசக்தி நிலையங்களின் மின்சார உற்பத்தித் திறனையும், இயக்க விபரங்களையும், புதிய நிலையங்களின் கட்டுமான வேலைகளையும், இந்திய அணுசக்திக் கார்ப்பொரேஷன் வலைத் தளத்தில் <<>> விளக்கமாகக் காணலாம்.

1957 ஆம் ஆண்டு முதல் கடந்த 50 வருடங்களாக ஆண்டுக்கு 250 விஞ்ஞானப் பொறியியற் துறைப் பட்டதாரிகள் வீதம் சுமார் 12,000 பேருக்கு மிகையாகப் பயிற்சிக்காகத் தேர்ந்தெடுக்கப் பட்டிருக்கிறார்கள். தற்போது அணுசக்தி நிலையங்களை டிசைன் செய்யவும், கட்டி முடிக்கவும், இயக்கி வரவும், அவற்றில் ஆராய்ச்சி செய்யவும் பட்டதாரிகள் பலர் இருக்கிறார்கள், இந்தியாவிலே விஞ்ஞானப் பொறியியற் பட்டதாரிகள் ஆயிரக் கணக்கில் பணிசெய்யும் ஓர் உயர்ந்த தொழில் நுட்பத் துறையாக அணுசக்தி நிர்வாகம் சிறப்பாக நடைபெற்று வருகிறது. பாரத நாட்டுப் பாதுகாப்புக்காக அணு ஆயுத உற்பத்தி, அணு ஆயுதச் சோதனை, அணு ஆயுத எரி உலோகச் சேமிப்பு [Nuclear Weapon Grade Materials] ஆகியவற்றை ரகசியமாக இந்திய அரசாங்கம் தன் நேரடிப் பார்வையில் கையாண்டு வருகிறது. ஆனால் மின்சாரம் பரிமாறி இயங்கி வரும் 17 அணுமின்சக்தி நிலையங்களின் அமைப்பிலோ, நிர்வாகத்திலோ இயக்கத்திலோ, மின்சாரப் பரிமாற்றத்திலோ எதிலும் அரசாங்க அதிகாரிகளின் குறுக்கீடு கிடையாது.

இந்தக் கட்டுரையில் அணுமின்சக்தி நிலைய இயக்குநர்கள் எப்படி அனுதினமும் அணுமின் உலைக் கட்டுப்பாடு, பாதுகாப்பு, கண்காணிப்பு முறைகளைப் பின்பற்றி வருகிறார் என்பது விளக்கப் படுகிறது..

Fig 1A
Reactor Vessel Parts

அணு மின்சக்தி உலை இயக்கத்துக்குத் தேவையான ஏற்பாடுகள்
அணுமின்சக்தி நிலையத்தில் எத்தனை இயக்க ஏற்பாடுகள் உள்ளன ? 500 மெகா வாட் ஆற்றல் உற்பத்தி செய்வதற்கு நிலையத்தில் குறைந்தது 50 முதல் 80 வரையான அமைப்புகள் கொண்டதாக இருக்கும். அவற்றின் விபரங்களைக் காண்போம்: கீழ்க்காணும் ஏற்பாடுகள் யாவும் 500 மெகா வாட் அழுத்த நீர் அணுமின் நிலையம் [Pressurized Water Reactor (PWR)] ஒன்றின் உதாரண அமைப்புகள் ஆகும்.

1. அணு உலை, அழுத்த அணு உலைக் கலம் (Atomic Reactor & Reactor Pressure Vessel)
அணு உலைக் கலன் நேராகவோ அல்லது மட்டத்திலோ (Vertical or Horizontal Vessel) அமைக்கப் படலாம். நம் விளக்கத்துக்கு செங்குத்து உலைக்கலனை உதாரணமாக எடுத்துக் கொள்வோம். அணு உலையில் உள்ள 300 மேற்பட்ட துளைகளில் யுரேனியம் டையாக்ஸைடு வில்லைகள் அடங்கிய எரிக்கோல்கள் [Fuel Rods with Uranium Dioxide Pellets] புகுத்தப் பட்டுள்ளன.

உலைக்கலனில் எப்போதும் மிதவாக்கி நீர் மட்டம் (Moderator Water Level) எரிக்கோல்களை மூழ்க்கியிருக்கும். யுரேனியத்தில் (U-235) நேரும் சுயப்பிளவுகளால் எழும் நியூட்ரான்கள், மேலும், மேலும் யுரேனியம் அணுக்கருவைப் பிளந்து, பிளவு ஒன்றுக்கு 200 மில்லியன் எலெக்டிரான்-வோல்ட் வெப்பசக்தி நீரில் தொடர்ந்து எழுகிறது. [200 Mev Energy per Fission]. அணு உலை இயங்கினாலும், இயங்கா விட்டாலும் எப்போதும் பிளவுத் துணுக்குகள் தேய்வதாலும் [Fission Product Decay Heat], சுயப்பிளவுக் கனலாலும் தொடர்ந்து வெப்பம் உண்டாகிய வண்ணமிருக்கும். உலைக்கலனில் அந்த வெப்பம் தணிக்கப்பட்டு நீரின் உஷ்ணம் ஒரே அளவில் சுயமாகக் கட்டுப்படுத்த வேண்டும்.

Fig. 1B
Nucear Safety Analysis

1. "நிறுத்த அணு உலை வெப்பத்தணிப்பு ஏற்பாடு" [Shutdow Cooling Water System] : அணு உலை நிறுத்தமான தருணத்தில் எழும் நீரின் வெப்பத்தை நீக்கிச் சீரான கனப்பில் வைத்திருக்கும் ஏற்பாடு இது, இந்த நீரோட்டச் சுற்றில் பம்புகளும், வெப்பக் கடத்தியும் [Pumps & Heat Exchangers] முக்கியமாக உள்ளன. இந்தச் சுற்றில் நீரோட்டத்தின் வேகமும், அழுத்தமும் மிதமானவை. [Low Flow & Low Pressure System]. இது தானாக இயங்குவது. இந்தச் சுற்று நீரோட்டத்தை முற்றிலும் இயக்குநர் நிறுத்த முடியாது.

2.. அணு உலைக்குள்ளே உலைக்கலன் வெல்டிங் இணைப்புகளை உளவு செய்யும் போது "பராமரிப்பு தணிப்பு நீரோட்டச் சுற்று" [Maintenance Cooling Water System] இயக்கத்தில் கொண்டு வரப்படும். இந்த நீரோட்டம் நிறுத்தமான அணு உலை பலநாட்கள் குளிர்ந்த பின்பு இயக்கப்படும். பராமரிப்பு வேலைகள் முடிந்த பிறகு, இந்த நீரோட்டம் நிறுத்தப்பட்டு மேலே கூறப்பட்டுள்ள முதல் தணிப்பு நீரோட்டம் இயங்கி விளையும் வெப்பத்தைச் சீராக வைக்கும்.

3. அணு உலைப் பணிகள் யாவும் முடிந்து மின்சக்தி உற்பத்திக்குத் தயாராக உள்ள போது "பிரதம வெப்பத் தணிப்பு நீரோட்டம்" [Main or Primary Coolant Sysyem] அழுத்தமாக்கப் பட்டு மிக்க வேகமாக நீரை எரிக்கோல்கள் ஊடே செலுத்தும். அணு உலையில் கீழே இறக்கப்பட்டுள்ள நியூட்ரான் விழுங்கிகளை மெதுவாக மேலே தூக்கும் போது மிதவேக நியூட்ரான்களின் எண்ணிக்கை பில்லியன் கணக்கில் பெருகி வெப்பசக்தி பன்மடங்கு ஏறுகிறது. பிரதம நீரோட்டத்தில் நான்கு அல்லது எட்டு பிரதம வெப்பக் கடத்திகளும் [Primary Heat Exchangers], நான்கு அல்லது எட்டு பூதப் பம்புகளும் [Primary Heat Transport Pumps], நீராவி உண்டாக்க இரண்டு கொதிகலன்களும் [Steam Boilers] இணைக்கப் பட்டுள்ளன.

Fig 1C
Steam Generator

4. நிலையம் முழு ஆற்றலில் இயங்கி வரும் சமயத்தில் திடீரென அணு உலைச் சாதனங்களுக்கும், வெப்பத் தணிப்புப் பம்புகளுக்கும் மின்சாரப் பரிமாற்றம் நின்று போனால் நிலைய ஏற்பாடுகளில் கொந்தளிப்பு ஏற்பட்டு, ஆட்சி அரங்கில் [Control Room] சிவப்பு விளக்குகள் பல மின்னி எச்சரிக்கை மணிகள் அடிக்கும். அவ்விதம் ஏற்பாடுகள் தடுமாறும் போது, முதலில் மேலே காத்திருக்கும் நியூட்ரான் விழுங்கிகள் தானாக் கீழே இறங்கி அணு உலைச் சுயமாக நிறுத்தம் அடையும். பிரதம வெப்பத் தணிப்பு நீரோட்டத்தின் அழுத்தம் குறைந்து வேகமும் விரைவாகக் குன்றுகிறது. அப்போது அணுப்பிளவுகள் ஏற்பட்டு சூடான அணுப்பிளவுத் துணுக்குகளின் வெப்பம் தணிக்கப் படாவிட்டால் யுரேனியக் கோல்கள் கனல் எழுச்சியால் உருகிவிடும் ! இதுவே "நீரிழப்பு விபத்து" [Loss of Coolant Accident (LOCA)] என்று அஞ்சப்படுவது. 1979 இல் அமெரிக்காவின் திரிமைல் அணுமின் நிலையத்தில் அந்த "நீரிழப்பு விபத்து" நேர்ந்துதான் அணு உலையில் எரிக்கோல்கள் பெரும்பான்மையாக உருகி [Fuel Core Melting], மாபெரும் சுத்தீகரிப்பு, மீட்சி வேலைகள் மேற்கொள்ளப் பட்டன !

அவ்வித "நீரிழப்பு விபத்தைத்" தவிர்க்க, நிறுத்தமடையும் அணு உலை எரிகோல்களின் வெப்பத்தைத் தணிக்க, "அபாய தணிப்பு நீர் பாய்ச்சல் ஏற்பாடு" [Emergency Coolant Injection System] அமைக்கப் பட்டிருக்கிறது.

Fig. 1D
Reactor Systems

5. அணு உலையில் நியூட்ரான் பெருக்கம் விழுங்கிகளால் தடைபெற்று மீறும் தொடரியம் நிகழாதவாறு பாதுகாப்பு உண்டாக "அபாய நஞ்சுப் பாய்ச்சல் ஏற்பாடு" [Emergency Poison Injection System] இணைக்கப் படுகிறது. நியூட்ரான்களை விரைவாக விழுங்கும் கடோலினியம் அந்த திரவ நீரில் கலக்கப்பட்டிருக்கிறது. கனநீர் அணுமின் உலைகளில் [Indian Heavy Water Reactors] அது தேவையாகும் போது மிதவாக்கி நீரில் பாய்ச்சப் படுகிறது.

அணு உலையை முற்றிலும் நிறுத்த "இரட்டைப் பாதுகாப்பு ஏற்பாடுகள்" இருக்கின்றன.

a) நியூட்ரான்களை விழுங்கும் தடைக்கோல்கள் சட்டென அணு உலைக்குள் இறங்கும் ஏற்பாடு
b) நியூட்ரான்களை விரைவாக விழுங்கும் "அபாய நஞ்சுப் பாய்ச்சல் ஏற்பாடு"

6. தனித்தனியாக ஆட்சிக் கோல்களும், நிறுத்தக் கோல்களும் சுயமாக இயங்கும் மின்சாரக் கட்டுப்பாட்டு ஏற்பாடுகள் [Control Rods & Shut-off Rods Drive Systems]. உதாரணமாக ஆட்சிக் கோல்கள் அணு உலையில் 12 அல்லது 18 இருக்கலாம். நிறுத்தக் கோல்கள் 20 அல்லது 30 இருக்கலாம். நிறுத்தமான அணு உலையில் ஆட்சிக் கோல்களும், நிறுத்தக் கோல்களும் முழுவதும் கீழே இறக்கப்பட்டிருக்கும். அணு உலை இயங்க ஆரம்பிக்க முதலில் அனைத்து நிறுத்தக் கோல்களும் அணு உலைக்கு மேலே தூக்கப் படவேண்டும். ஆனால் மின்சக்தி ஆற்றலை மிகைப்படுத்த ஆட்சிக் கோல்கள் சீராக, முறையாக, மெதுவாக ஒவ்வொன்றாக மேலே தூக்கப் படவேண்டும்.

Fig. 1E
Primary Giant Pump Motor

7. அணு உலைக்குள்ளே பல வெப்பக் கடத்திகள் அமைக்கப் பட்டிருக்கின்றன. வெப்பத்தை நீக்க முக்கியப் பிரதம வெப்பக் கடத்திகளில் "தனிமங்கள் அகற்றப்பட்ட தூய நீர்" அல்லது கடல் நீர் சில நிலையங்களில் பயன்படுகிறது. [Demineralised Water System or Sea Water Cooling System for Hear Exchangers]

8. துவித நீரோட்ட ஏற்பாடு [Secondary Coolant Water System] என்பது கொதிகலனில் வெந்நீர்
நீராவியாக மாறி டர்பைன் சுழலிகளைச் சுழற்றி, மின்சார ஜனனியில் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய வசதி உண்டாக்குகிறது.

9. டர்பைன் குளிர்ப்புக் கலனைத் தணிப்பு செய்யும் நீரோட்டம் [Condensor Cooling water System or Sea Water Cooling System for the Steam Condensor].

10. அணு உலையில் எதிர்பாராது மனிதத் தவறோ அல்லது யந்திர சாதனப் பிசகோ நேர்ந்து எல்லா வித நீரோட்டமும் எரிக்கோல் வெப்பத் தணிப்புக்குத் தடைப்பட்டால், இறுதியாகத் "தீயணைப்பு நீரோட்ட ஏற்பாடு" [Emergency Fire Water System] அணு உலை எரிக்கோல்களை உருக விடாமல் செய்ய கடைசி முயற்சியாகக் கையாளப்படுகிறது.

Fig. 2
Reactor Internal Parts

பொது அபாய மின்சாரத் தயாரிப்பு ஏற்பாடுகள்

பொது நிலையத்துக்குப் பயன்படும் மின்சாரம் தடைப்படுமானால், அபாய நிலைத் தேவைக்குப் பயன்பட டீசன் எஞ்சின் இயக்கும் இரட்டை மின்சார ஜனனிகள் [Emergency Diesel Power System]
அமைக்கப் பட்டிருக்கின்றன. அவற்றில் ஒன்று எப்போதும் மிதப்பு நிலையில் ஓடிக் கொண்டிருக்கும். முதல் யூனிட் நின்றால் மற்றொன்று ஓடத் தயாராய் இருக்கும். மின்னல் இடி மழைச் சமயங்களில் நிலைய மின்சார ஆற்றல் தடைப்பட்டுப் போனால், ஓடிக்கொண்டிருக்கும் டீசல் ஜெனரேட்டர் மின்சாரம் நிறுத்தமான அணு உலைச் சாதனங்களுக்கும், கட்டுப்பாடு புரியும் சுற்றுக்களுக்கும் பரிமாறப்படும்.

Fig. 3
Primary & Secondary Coolant Systems

(தொடரும்)
***********************
தகவல்:
1. http://www.npcil.nic.in/index.asp [Nuclear Power Corporation of India Ltd Website for Nuclear Power Updates]
2. http://pib.nic.in/release/release.asp?relid=20878 [President Dr. Abdul Kalam Speech on Kudungulam (Sep 22, 2006)]
3. http://www.stratmag.com/issue2Nov-15/page03.htm
[Russia Breaches Nuclear Blockade against India By: C. Raja Mohan (Nov 16, 2001)]
4. World Nuclear Association - WNA
Radiological Protection Working Group - RPWG (Official List - July 20, 2006)
http://www.world-nuclear.org/sym/2006/st_pierre.htm
5. World Nuclear Association - WNA
Waste Management and Decommissioning Working Group - WM&DWG (Official List - July 25, 2006)
http://www.world-nuclear.org/sym/2006/st_pierre.htm
6. http://www.candu.org/npcil.html [Indian Heavywater Nuclear Power Plants]
7. Safety of Nuclear Power Reactors, [www.uic.com.au/nip14.htm] (July 2007)
8. Nuclear Power Plants & Earthquakes [www.uic.com.au/nip20.htm] (Aug 2007)
9. http://www.thinnai.com/?module=displaystory&story_id=80708091&format=html Letter By R. Bala (August 9, 2007)
10. http://www.wano.org.uk/WANO_Documents/What_is_Wano.asp [World Association of Nuclear Operation Website]
11 IAEA Incident Reporting System Using Operational Experience to Improve Safety (IAEA Instruction)
******************
S. Jayabarathan [jayabarat@tnt21.com] September 20, 2007