устройство для улавливания и аварийного охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ И АВАРИЙНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ РАСПЛАВА АКТИВНОЙ ЗОНЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащее корпус из жаростойкого материала, расположенный под корпусом ядерного реактора в бетонной шахте с линиями подвода охлаждающей воды, распределительные решетки, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен в виде цилиндрической обечайки из жаростойкого материала, снаружи коаксиально корпусу установлен экран из жаростойкого материала с отверстиями для прохода охлаждающей воды в нижней части, образующий со стенками бетонной шахты и корпуса кольцевой опускной канал, соединенный с емкостью охлаждающей воды, и подъемный кольцевой канал, соединенный с объемом устройства для охлаждающей воды в нижней части канала и для пара или газа в верхней части канала, внутри корпуса по центру установлен вертикальный коллектор из жаростойкого материала, состоящий из наружного и внутреннего коллекторов, соединенный через систему труб в днище бетонной шахты с емкостью охлаждающей воды, при этом в верхней части корпуса закреплены решетка-ферма из жаростойкого материала, выравнивающие решетки из жаростойкого материала с отверстиями, закрытыми легкоплавкими вставками, и выравнивающая решетка с открытыми отверстиями, а в нижней части корпуса под выравнивающими решетками закреплены решетки-ванны из жаростойкого материала, состоящие из секторов-ванн с засыпным слоем и секторов-ванн без засыпного слоя с отверстиями в днищах, симметрично распределенным по поверхности решетки-ванны, каждая последующая решетка-ванна повернута в плане относительно предыдущей на угол, равный углу сектора, при этом нижняя решетка-ванна опирается на опорный каркас, расположенный на днище бетонной шахты и состоящий из радиальных и кольцевых ребер, сверху корпус герметично закрыт тонкой металлической крышкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота легкоплавких вставок выравнивающих решеток изменяется по радиусу решетки преимущественно по линейному закону от максимальной величины на среднем радиусе до минимальной к центру и периферии, а по наружному периметру равномерно расположены переливные отверстия, выступающие над поверхностью выравнивающей решетки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что поверхность секторов-ванн, начиная с второй решетки-ванны, увеличивается на величину поверхности секторов-ванн первой решетки-ванны путем замены секторов-ванн без засыпного слоя, расположенных под секторами-ваннами с засыпным слоем предыдущих решеток-ванн, на секторы-ванны с засыпным слоем, при этом последняя решетка-ванна целиком состоит из секторов-ванн с засыпным слоем.

4. Устройство по п.3, отличающее тем, что все секторы-ванны герметично закрыты тонкими металлическими крышками корытообразной формы, нижние отверстия в корпусе устройства закрыты, а емкости охлаждающей воды расположены выше корпуса ловушки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к устройствам, обеспечивающим безопасность ядерной энергетической установки, при авариях, приводящих к плавлению топлива и материалов активной зоны.

Известно устройство для удержания расплавленных материалов, представляющее собой изолированную шахту, внутри которой находятся приспособления для удержания падающих деталей после расплавления активной зоны.

Под шахтой сооружен улавливатель для приема расплавленных материалов, прошедших сквозь шахту. Этот улавливатель имеет замкнутую водяную рубашку с верхним и нижним трубопроводами и внутреннюю теплопроводящую облицовку.

К недостаткам этого устройства следует отнести неравномерность распределения расплава по всему объему ловушки, большие габариты.

Целью изобретения является устранение этих недостатков.

На фиг.1 показан общий вид устройства, разрез; на фиг.2 общий вид решетки-ванны.

Устройство (ловушка) для улавливания и аварийного охлаждения расплава активной зоны ядерного реактора состоит из корпуса 1 ловушки, выполненного из жаростойкого материала и размещенного под корпусом реактора 2 в бетонной шахте 3. Между стенками корпуса 1 ловушки и бетонной шахты 3 коаксиально установлен экран 4 из жаростойкого материала с отверстиями 5 в нижней части, который со стенкой бетонной шахты 3 образует кольцевой опускной канал 6, соединенный с емкостью охлаждающей воды, а с наружной стенкой ловушки подъемный кольцевой канал 7 для охлаждающей воды и подъемный кольцевой канал 8 для пара (газа), соединенные через отверстия в корпусе 1 ловушки с внутренним объемом ловушки. Внутри корпуса 1 ловушки, по центру установлен вертикальный коллектор 9 из жаростойкого материала, состоящий из наружного 10 и внутреннего 11 вертикальных коллекторов, соединенный через систему труб 12, расположенных в днище ловушки, с емкостью охлаждающей воды. В верхней части корпуса 1 ловушки закреплены решетка-ферма 13 из жаростойкого материала, выравнивающие решетки 14 с легкоплавкими вставками и выравнивающая решетка 15 с открытыми отверстиями, изготовленные из жаростойкого материала. По окружности корпуса 1 ловушки расположены отверстия 16 для выхода пара (газа). В нижней части корпуса 1 ловушки укреплены решетки-ванны 17 из жаростойкого материала, соединенные по охлаждающей воде через отверстия 18 в стенке корпуса 1 ловушки с подъемным кольцевым каналом 7, а через отверстия 19 с вертикальными коллекторами 10. Нижняя решетка-ванна опирается на опорный каркас 20, состоящий из радиальных и кольцевых ребер 21. В нижней части корпуса 1 ловушки расположены отверстия 22. Сверху корпус 1 ловушки герметично закрыт тонкой металлической крышкой 23, отделяющей объем ловушки от объема бетонной шахты 3.

Решетка-ванна состоит из секторов-ванн с засыпным слоем и секторов-ванн без засыпного слоя с отверстиями в днищах. Каждая последующая решетка-ванна относительно предыдущей повернута на угол, равный углу сектора-ванны. Подвод охлаждающей воды в центре к сектору-ванне с засыпным слоем осуществляется от вертикального коллектора, а подвод по периферии от подъемного кольцевого канала.

Устройство работает следующим образом.

Расплав, образовавшийся в результате аварии при расплавлении топлива и конструкционных материалов активной зоны, проплавляет корпус реактора 2 и истекает вниз, на крышку 23 корпуса 1 ловушки. Проплавив крышку 23, расплав попадает на решетку-ферму 13, поперечные сечения элементов которой имеют трапецеидальную форму. Элементы имеют наклоны к центру и периферии. Решетка-ферма 13 служит для понижения кинетической энергии расплава, его первоначального распределения по сечению ловушки и улавливания отдельных частей активной зоны и внутрикорпусных устройств реактора после истечения расплава. Далее расплав попадает на первую выравнивающую решетку 14 с легкоплавкими вставками, растекается по ее поверхности, скапливается. После плавления вставок истекает на вторую выравнивающую решетку, где вновь происходит выравнивание расплава по поверхности решетки. Затем расплав попадает на выравнивающую решетку 15 с открытыми отверстиями, которые смещены относительно отверстий во второй выравнивающей решетке 14.

На выравнивающей решетке 15 происходит окончательное распределение расплава по поперечному сечению ловушки. В процессе движения расплава его поверхность увеличивается, что способствует интенсивному выходу растворенного газа, а вместе с ним тепла (до 20%). Выделяющийся газ и вытесняемый расплавом воздух через открывшиеся отверстия в выравнивающих решетках 14 и отверстия 16 в стенке корпуса 1 ловушки выходят в верхнюю часть ловушки, а затем в объем бетонной шахты 3. Далее расплав в виде струй падает вниз. Определенная часть его улавливается секторами-ваннами с засыпным слоем первой решетки-ванны 17 и интенсивно охлаждается, испаряя воду. Оставшаяся часть расплава попадает в воду, уровень которой расположен между выравнивающей решеткой 15 и решеткой-ванной 17 и поддерживается подачей охлаждающей воды из емкостей через отверстия 22 в корпусе 1 ловушки. Испаряя воду и охлаждаясь, расплав проходит через отверстия в днищах секторов-ванн без засыпного слоя (фиг. 2) и попадает во вторую, третью и т.д. решетки-ванны, где вновь определенная часть расплава улавливается. И, наконец, оставшаяся часть расплава улавливается нижней решеткой-ванной. Охлаждение распределенного по объему ловушки расплава активной зоны происходит за счет испарения воды, находящейся в объеме ловушки и подводимой под засыпной слой секторов-ванн от вертикального коллектора и подъемного кольцевого периферийного канала. Наличие вертикального коллектора 9 и подъемного канала 7 позволяет осуществлять различные схемы подвода охлаждающей воды от емкостей к секторам-ваннам.

Работа ловушки по варианту изобретения аналогична вышеприведенному описанию и отличается только работой выравнивающих решеток. Расплав, попав на первую выравнивающую решетку 14 с легкоплавкими вставками разной высоты, растекается по ее поверхности и скапливается. Так как время плавления вставок различное, то истечение расплава на вторую выравнивающую решетку начнется раньше, чем при наличии легкоплавких вставок одинаковой высоты, что позволяет снизить нагрузки на выравнивающую решетку. Для случая, когда время истечения расплава из корпуса реактора 2 значительно меньше времени плавления легкоплавких вставок, расплав начнет истекать через переливные отверстия на вторую выравнивающую решетку, а после плавления вставок начнется истечение через отверстия.

Работа ловушки по второму варианту изобретения аналогична вышеприведенному описанию и отличается только тем, что расплав, начиная со второй решетки-ванны 17, улавливается секторами-ваннами, объем и поверхность которых увеличены. Это приводит к уменьшению высоты расплава в засыпном слое, увеличению поверхности и интенсивности теплообмена, надежности охлаждения. Нижняя решетка-ванна может уловить, при необходимости, весь объем расплава активной зоны реактора.

Работа ловушки по третьему варианту изобретения. Для данного случая характерно то, что вода в корпусе 1 ловушки в режиме ожидания отсутствует. Расплав в виде отдельных струй после выравнивающей решетки 15 падает вниз в воздушной среде. Затем расплав последовательно попадает на металлические крышки корытообразной формы секторов-ванн, первой, второй и т.д. решеток-ванн, проплавляет их, растекается по поверхности и охлаждается, испаряя воду, поступающую в секторы-ванны из емкости, установленной выше уровня первой решетки-ванны. Так как в корпусе 1 ловушки отсутствует свободный объем воды, то взаимодействие падающих струй расплава с водой не происходит, т.е. отсутствует паровой взрыв. Взаимодействие расплава с водой происходит в секторах-ваннах после проплавления крышек, но свободный объем воды в них мал, а следовательно, незначительным будет и паровой взрыв.