Устройство для улавливания расплавившихся тепловыделяющих элементов ядерного реактора

 

,1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВА-. НИЯ РАСПЛАВИВШИХСЯ ТЕПЛОВЬЩЕЛЯЮОЩ ЭЛЕМЕНТОВ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащее расположенный под активной зоной спускной лоток, ведущий к горизонтально расположенной ниже фундамента реактора улавливающей ванне и заканчивающийся над верхним краем улавливающей ванны, отличающееся тем,что,сцелью повышения ядерной безопасности путем исключения образования вторичной критмассы при стекании расплавленного топлива на выходе из лотка, ванна и спускной лоток выполнены подвижными одна относительно другого. 13 ±. I . ..N. V/ :-:--;v-;-i-V- : 4: vVvЗУА ЧУГ I П

(1Ю (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) С 21 С 9/00

Фиг.f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕ М ТЕ (21) 2937818/28-25 (22) 25.06.80 (31) Р 2925680.2 (32) 26.06 . 79 (33) ФРГ (46) 07.10.84. Бюл. В 37 (75) Др ° Ханс-Вальтер Ляйсте и Ханс Ульрих Ляйсте (ФРГ) (53) 621 .09. 546 (088. 8) (56) 1. Заявка ФРГ Ф 2.614. 187, кл. G 21 С 9/00, опублик. 1979.

2. Заявка Франции У 2395567, кл. G 21 С 9/04, 1979 (прототип) .

1 (54) (57),1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВА-.

НИЯ РАСПЛАВИВШИХСЯ ТЕПЛОВЬЩЕЛЯЮЩИХ

ЭЛЕМЕНТОВ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащее расположенный под активной зоной спускной лоток, ведущий к горизонтально расположенной ниже фундамента реактора улавливающей ванне и заканчивающийся над верхним краем улавливающей ванны, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения ядерной безопасности путем исключения образования вторичной критмассы при стекании расплавленного топлива на выходе из лотка, ванна и спускной лоток выел ьно

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что ванна выполнена подвижной и установлена эксцентрично относительно активной зоны.

3. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что основание улавливающей ванны облицовано слоем, 1118300 имеющим обволакивающий и поглощающий материал и наполнитель.

4. Устройство по и. 3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что слой обволакивающего и поглощающего материала и наполнителя содержит гомогенную смесь из 1/6 осколков стекла, 2/6 ,цемента, 1/6 стальных кубиков и 2/6 тяжелого шпата.!

Изобретение относится к устройству улавливания расплавившихся тепловыделяющих элементов ядерного реактора.

В ядерных реакторах или других силовых ядерных установках должно исключаться попадание излучающего материала в окружающую среду. В частности, при неуправляемом разгоне ядерного реактора должно исключаться стекание расплавившихся тепловыделяющих элементов в почву, так как за счет этого на длительное время может возникнуть опасный для жизни ущерб для окружающей среды. Кроме того, должны быть приняты технические меры, исключающие образование вторичной критмассы при стекании расплавленного топлива, поскольку для реакторов на быстрых нейтронах такой эффект не исключен, за счет того, что в нх активной зоне находится достаточное для образования вторичной критмассы количество топлива.

Известно устройство для улавливания расплавленных деталей активной эоны быстрого ядерного реактора, содержащее опускной лоток и ванну из высокотемпературного материала, установленную под активной зоной (1 1.

Недостатком конструкции является недостаточная ядерная безопасность, так как при стекании расплавленных обломков по тракту их движения, например, вследствие закупорки, а также непосредственно при попадании в ванну может образоваться вторичная критмасса, приводящая к вторичной вспышке самоподдерживающейся цепной реакции.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст2 ройство для улавливания расплавившихся тепловыделяющих элементов ядерного реактора, содержащее расположенный под активной зоной спускной лоток, ведущий к горизонтально расположенной ниже фундамента реактора улавливающей ванне и заканчивающнйся над верхним краем улавливающей ванны f23.

10 Недостатком известного устройства является недостаточная ядерная безопасность, поскольку при стекании расплавленного топлива в неподвижную ванну на выходе из лотка может образоваться вторичная критмасса.

Целью изобретения является повышение ядерной безопасности путем исключения образования вторичной критмассы при стекании расплавленно2о го топлива на выходе из лотка.

Укаэанная цель достигается тем, что в известном устройстве для улавливания расплавившихся тепловыделяющих элементов ядерного реактора, со25 держащем расположенный под активной зоной спускной лоток, ведущий к горизонтально расположенной ниже фундамента реактора улавливающей ванне и заканчивающийся над верхним краем улавливающей ванны, улавливающая ванна и спускной.лоток выполнены подвижными одна относительно другого.

При этом улавливающая ванна выполнена подвижной и установлена эксцентрично относительно активной зоны.

Кроме того, основание улавливаю4 щей ванны облицовано слоем, имеющим обволакивающий и поглощающий материал и наполнитель. нительная защитная ванна, основание которой проходит ниже спускного лотка и которая своим верхним краем в виде возвышающейся над поверхностью земли стены охватывает все конструкции реактора, содержащие излучающий материал.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2 — то же, без дополнительной ванны, вид сверху; на фиг. 3 — вид А на фиг. 1.

Устройство содержит ядерный реактор, 1 с расположенной внутри купола (оболочки) 2 активной зоной реактора 3 с тепловыделяющиии элементами 4 .

К фундаменту 5 купола реактора примыкает проходящий сначала вертикально вниз спускной лоток 6, который через изогнутую переходную область 7 переходит в горизонтальную область устья 8. В изогнутой переходной области спускной лоток 6 опирается на фундамент 9. Спускной лоток в поперечном сечении имеет форму ванны (фиг. 3) шириной, равной приблизительно двойной ширине активной зоФ ны 3, под которой проходит, перекрывая поверхность, переходная область 7 (фиг. 2).

Спускной лоток состоит из основного слоя 10 из нержавеющей стали толщиной приблизительно 10 см, на который нанесен слой 11 толщиной также приблизительно 10 см из твердого промышленного фарфора, который несколько раз остеклован.

Горизонтальная область устья 8 спускного лотка опирается своей нижней стороной на подшипник 12 скольжения на верхнем краю 13 карусельной улавливающей ванны 14. Эта карусельная ванна 14 по периметру своего основания 15 установлена вращающейся на шариковом подшипнике 16 на ундаментном кольце 17 и с помощью привода 18 приводится в медленное вращение.

При одном примере осуществления верхний край .13 имеет высоту 3 м, а основание 15 — диаметр, равный четырехкратной длине тепловыделяющих элементов 4.

Улавливающая карусельная ванна 14 также имеет основной слой 19 из прочной нержавеющей стали толщиной приблизительно 10 см, покрытый по1верхностным слоем 20 из твердого промышленного фарфора ° Этот слой 20

/ з 1118300 4

Причем слой обволакивающего и поглощающего материала и наполнителя содержит гомогенную смесь следующего состава, ч: 1/6 осколков стекла, 2/6 цемента, 1/6 стальных кубиков и 2/6 тяжелого шпата.

Содержание 1/6 ч.осколков стекла в облицовочном слое выбрано потому, что при этом расплавленные частицы тепловыцеляющих элементов обволакиваются расплавленным стеклом и образуют области, которые не содержат .вторичной критической массы. Более высокое содержание стекла вызвало бы сплавления более обширных областей, в которых существует возможHocTb образования вторичной критмассы, а более низкое содержание стекла не позволило, бы достичь обволакивания.

Содержание 2/6 ч. цемента выбрано потому, что при этом цемент надежно защищает расплавленное стекло и связывает имеющуюся влагу. При меньшем количестве цемента часть . 25 вод оставалась бы несвязанной, а при большем содержании цемента часть его безвозвратно терялась бы. Содержание 1/6 ч. стальных кубиков выбрано потому, что именно такая часть

30 обеспечивает удовлетворительные поглощающие свойства всей смеси, снижая тем самым вероятность образования вторичной критмассы.

Меньшее количество стали не позволило бы достичь нужного эффекта поглощения нейтронов, а большее количество препятствовало бы равномерному распределению расплавленной массы по ванне.

Содержание 2/6 ч. тяжелого шпата

40 предотвращает дальнейшее расплавление имеющихся частиц, так как шпат не плавится при данной температуре.

При более низком содержании шпата могло бы начаться сплавление более широких областей, которые могли бы увеличить вероятность образования вторичных критмасс и препятствовать равномерному распределению расплавленной массы по ванне. При

° более высоком содержании тяжелого шпата увеличение его эффективного воздействия не наблюдается, так как он используется для образования неплавких промежуточных областей разде-55 ла.

Для того, чтобы создать дополнительную защиту, предусмотрена допол1118300 остеклован вдвое чаще, чем слой 11 спускного лотка 6.

Внутреннее пространство ванны 14 заполнено до приблизительно двух третей ее высоты гомогенной смесью из

1/6 осколков стекла, 2/6 цемента, 1/6 стальных кубиков с размерами

10х10 см в качестве замедляющих элементов и 2/6 тяжелого шпата в качестве дополнителя. Смесь является несвязанной и защищенной от влажности.

Ее поверхность обозначена на фиг. 1 позицией 21. Кроме того, к смеси могут предпочтительно также добавляться шифреные плитки размером приблизи- 15 тельно 10х10 см, а также куски графита с теми же размерами поверхности.

Целью применения этой смеси является надежное замедление в случае стекания поступающих через спускной 20 лоток б тепловыделяющих элементов, предупреждение дальнейшего стекания и, кроме того, улавливание радиоактивного излучения.

Ванна 14 через вход 22 является доступной с поверхности земли 23 через пространство, также заэкранированное куполом 24 от окружающей среды. В этот купол также выводится снизу отсасывающая труба 25, служа- 30 щая для отсасывания радиоактивных газов.

Эти газы затем могут отводиться от верхнего выходного отверстия 26 отсасывающей трубы в надежное место хранения, например в футерованные тяжелым шпатом или т.п. герметичные газовые резервуары.

Все устройства, включая устройст40

sa безопасности, для дополнительной защиты окружены дополнительной защитной ванной 27 с проходящим ниже улавливающей ванны 14 основанием ван.ны 28 и с замкнутой боковой стен45 кой 29, возвышающейся в форме ограждающей стены 30, например, до высоты 2 м над поверхностью земли 23 и тем самым окружающей все содержащие излучающий материал конструкции ядерной силовой установки. Дополни50 тельная защитная ванна состоит из бетона на основе тяжелого шпата и имеет толщину стен 1 — 2 м. Ввиду целесообразности ее основание покрыто такой же гомогенной. смесью из замедляющих элементов и заполнителя, как и у ванны 14. При этом является предпочтительным добавить в смесь шиферные плитки, а также кус ки графита с площадью поверхности приблизительно 10х10 см.

Для того, чтобы также избежать любой утечки радиоактивного материала над землей, входы и выходы, также подъезды через ограждающую стену 30 должны выполняться в форме лестниц или наклонных въездов.

Тогда как спускной лоток 10 и карусельная улавливающая ванна 14 могут предусматриваться с оправданными затратами в уже имеющихся ядерных реакторах, затраты на предусматривание дополнительной защитной ванны 27 уже не выглядят экономически оправданными. Следовательно,. дополнительная защитная ванна рассматривается только для новостроек.

Устройство работает следующим образом.

После аварии и расплавления активной зоны тепловьделяющие элементы расплавившейся активной зоны улавливаются спускным лотком 6 и, равномерно распределенные областью устья 8, сбрасываются на поверх- ность 21 карусельной ванны 14, приводимой во вращение, например, автоматически, что исключает образование вторичной критмассы. Там тепловьделяющие элементы могут оставаться, не мешая ремонтным работам в реакторе 1, до того времени, когда их можно будет транспортировать.

Отсасывающее устройство (не показано), предназначенное для отсасываюшей трубы 25, в случае аварии также включается, как только устанавливается, что вьделяются радиоактивные газы, будь это в пространстве внутри купола 2 или над покрытой излишним количеством тепловьделяющих элементов поверхностью 21 карусельной ванны 14. Такие газы тогда отсасываются в зашишенное пространство, а именно в защищенный от излучения резервуар для газа, где вьдерживаются до транспортировки. Отсасывающая труба 25 открывается и закрывается гидравлическим или механическим, но не электрическим механизмами для того, чтобы избежать опасности взрыва. Этот механизм снабжен для исключения утечки любого количества газа предохранителем.

11О3ОО

Спускной лоток, кроме того, выполнен таким образом, что позволяет уловить шаровидно распыпякшуюся .при стекании- ядерную плазму и позволяет упасть ей в форме капель ипи шариков в карусельную ванну.

Спускной лоток выполнен так, что стекающие тепловыделяющие злементы получают на спускном лотке необходимую скорость для того, чтобы прий ти в область устья 8 со скоростью, 5 достаточной для падения на карусель-. ную ванну 14.

6ЮГ.

Заказ 7299/46 Тираж 4 13 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобоетений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Составитель Ю.Ушаков

Редактор В.Ланко Техреп Т.Дубинчак Корректор ОЛуговая