원자로 계통에 대해 알아보자 - CVCS -

CVCS에 대해 포스팅을 하겠습니다.

학교에서 1차계통을 배우면서 교수님이 엄청 강조했던 기억이 나네요;..ㅎㅎ

CVCS가 엄청 중요하다고 했었는데 오늘 그 이유를 한 번 포스팅 해보려고 합니다.

CVCS는 Chemical &Volume Control System이라하며 보통 CVCS라고 부릅니다.

원자력 기사를 공부하면서도 이 계통이 하는 일이 많은 것을 알 수 있는데요.

 

 화학적 균형 유지, 체적 제어, 불순물 제거, 안전성 강화, 붕산 농도 조절, 펌프 밀봉수 공급 등등 엄청 다양하고 복잡하죠

이것들을 한 번 쉽게 설명해 보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

 

 

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cvcs 도면 [출처 : 결정화기술을 이용한 화학 및 체적제어계통의 붕소 제어 및 정화 방법 ]

 

1. 화학적 균형 유지

원자로의 장기적인 사용을 위해서는 터지지 않는 것도 중요하지만, 부식 방지도 중요합니다.

재료과학이나, 일반화학에서 보면 부식은 산소가 많고, 빠른 유속, 온도 상승, 산성인 환경(염기성 X)에서 많이 발생하죠. 즉, 뜨겁고, 빠르고, 산성인 환경에서 부식이 잘 형성되는 것입니다. 

 

이러한 부식 현상을 막기 위해 CVCS가 산소 농도를 조절합니다. 

 

+추가) 부식이 형성되면 왜 안좋을까요?

부식은 쉽게 보면 납이라고 생각하면 됩니다. 이러한 납은 그 금속 표면에 구멍이나 균열을 형성합니다.

 

제가 이해한 바로는 부식이 형성되면 금속 구조물의 강도가 약해집니다. 저는 이렇게 생각했는데요 다큐 같은 거 보면 선박에 붙어있는 따개비들? 같은 거 정리하잖아요. 그리고 거북이 등껍질에 붙어있는 따개비들이 거북이 피부를 손상시키기 때문에 제거해줘야하고. 그 이유가 약해져서 그런 거라고 생각이 들었고, 그런 그림을 생각하며 이해했습니다.

 

2. 체적 제어

CVCS는 냉각재의 체적을 조절하여 가압기 수위를 일정하게 유지합니다.

체적을 제어함으로써 냉각재 계통의 압력을 안정적으로 유지할 수 있습니다. 압력을 유지 못하면 제일 중요한 안전운전이 어렵게 되죠

 

 

 

 

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3. 불순물 제거

CVCS는 또한 RCS 내의 불순물과 방사성 물질을 제거할 수 있습니다.

CVCS 내의 정화 탈염기는 이온교환기를 사용하여 원자로 냉각재 내의 불순물을 제거합니다. 이온교환기는 혼상수지로 충진되어 있으며, 양이온 교환수지와 음이온 교환수지를 혼합하여 사용합니다.

 

여기서 수지가 뭐냐

수지는 여러 종류가 있겠지만, 플라스틱이라고 볼 수 있습니다. 합성수지가 우리가 알고 있는 플라스틱이지요.

음이온 교환수지와 양이온 교환수지는 각각의 앞에 있는 이온을 끌어당깁니다. 예를 들어 우리가 먹는 정수기를 이용할 때의 방식과 같은데 양이온교환수지가 수소이온을 함유한 산성형이 되고 음이온교환수지가 수산화이온을 함유한 염기형으로 됩니다. 이 수지들을 이용해서 분리과정을 거치면 H20가 나와서 우리가 마시는 물이 되는 것이지요. 

 

출처 : https://blog.naver.com/applepop/220852851603

 

이러한 과정을 CVCS에서 불순물을 제거하는데 사용합니다.

 

 

4. 붕산 농도 조절

CVCS는 붕산 농도 조절도 가능합니다. 붕산 농도 조절이 왜 중요하냐면 붕산의 농도는 원자로의 중성자 흡수 능력에 직접적이 영향을 미칩니다. 제어봉과 비슷하다고 볼 수 있죠. 다만 조금 다른 점은 제어봉은 국부적인 출력제어를 한다면 붕산수는 냉각재 전첼에 걸쳐서 고루 분포합니다. 

CVCS는 그래서 필요에 따라 붕산을 주입하거나 희석하여 농도를 조절합니다. 일반적인 농도는 12%입니다.

 

붕산수(水)니까 넗게 퍼져있는 것을 상상하면 되고, 제어봉은 봉이니까 한 쪽에 박혀서 그 부위만 출력제어한다고 생각하면 되겠죠?

 

 

 

 

 

 

5. 펌프 밀봉수 공급

 

CVCS는 펌프에 밀봉수를 공급합니다. 대학생들 집에서 의자나 옷걸이를 주문해서 조립할 때 보면 이상한 링 모양의 고무 고리를 볼 수 있을 겁니다. 우리는 그러한 것들을 밀봉 역할을 하는 패킹장치라고 불러요. 그게 있으면 헐렁한 게 덜해지는 모습을 보신 분들이 있을 겁니다. 혹은 텀블러를 씻을 때 보면 고무 링같은게 있죠. 그런 것들이 밀봉을 해주는 겁니다. 즉 물이 누수되지 않게 해주는 것이죠.

 

이러한 역할을 CVCS가 펌프에 제공합니다. 펌프 내부와 외부의 압력 차이를 형성합니다. 펌프 내부의 유체는 작동 중에 높은 압력을 가질 수 있습니다. 하지만 이 압력보다 더 높은 압력으로 밀봉수를 공급하는 것입니다. 물은 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르죠. 그렇게 밀봉수의 압력이 펌프 내부 압력보다 높게 하여 냉각재가 펌프 외부로 누출되는것을 방지하고 외부 오염물질이 들어오지 않는 것입니다.

 

6. 안전성 강화

이러한 CVCS들의 역할을 통해서 뜨겁게 타고있는 원자로를 식힐 수 있고, 고압인 상황을 탈피하여 발전소에서 안전성을 강화할 수 있게 되는 것입니다.

 

 

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정리하자면 CVCS의 기능은

1. 화학적 균형 유지 = 부식 방지

2. 냉각재 체적 제어 = 가압기 수위 조절

3. RCS 내의 불순물 제거 

4. 붕산 농도 조절 

5. RCP에 밀봉수 공급 = 누수 방지

6. 안전성 강화 = 1~5 종합

 

여기까지 CVCS에 대한 설명을 마치겠습니다~ 조금이나마 도움이 되셨다면 공감 한 번 해주세요~~