Установка ядерного реактора с устройством удержания ядра и способ внешнего охлаждения последнего путем естественной циркуляции

 

Сущность изобретения: устройство удержания расплава активной зоны ядерного реактора расположено внутри реакторной шахты под корпусом ядерного реактора. Устройство содержит охлаждаемый резервуар, имеющий основание и боковую стенку, доходящую до уровня активной зоны. Между резервуаром и днищем и стенками шахты находится дистанционирующее промежуточное пространство, в котором расположена система внешнего охлаждения резервуара и завихряющие тела для создания турбулентного потока охлаждающей жидкости. Система внешнего охлаждения резервуара выполнена в виде двойной воздушной и водяной системы охлаждения, которая при нормальном режиме работы реакторной установки служит для воздушного охлаждения корпуса реактора. При аварии реактора с расплавлением активной зоны в систему охлаждения поступает вода из резервуара. При этом в системе охлаждения возникает естественная циркуляция. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к установке ядерного реактора, в частности, для ядерных реакторов на легкой воде, с напорным резервуаром реактора с ядром реактора и устройством удержания ядра согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Изобретение относится также к способу ввода в действие и поддержания внешнего охлаждения устройства удержания активной зоны в установке ядерного реактора, согласно ограничительной части пункта 22 формулы изобретения.

В последующем тексте термин "напорный резервуар реактора" соответствует термину "корпус реактора", "ядро реактора" соответствует "активной зоне реактора" и "яма реактора" соответствует "шахте реактора".

Из патента США 4,442,065 известен улавливающий резервуар для расплава активной зоны, который расположен под шахтой реактора в земле. Этот улавливающий резервуар имеет признаки ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Подобная установка ядерного реактора уже известна из US-A-3 607 630. Эта известная установка содержит кроме того, следующие признаки: несущая и защитная структура ограничивает областью основания и окружающей стенкой реакторную яму, а расположенный с вертикальным и боковым зазором относительно области основания или соответственно окружающей стенки в реакторной яме напорный резервуар реактора опирается на несущую и защитную структуру. Устройство удержания ядра содержит при этом охлаждаемый с помощью охлаждающей жидкости улавливающий (приемный) резервуар для расплава ядра, который выполнен внутри реакторной ямы и ниже напорного резервуара реактора в области основания несущей и защитной структуры. Улавливающий резервуар, обозначаемый также как "Core Catcher", является плоским, имеет форму лотка и внутреннее водяное охлаждение. Через напорный трубопровод он подключен к расположенному на более высоком уровне наливному резервуару. Образующийся в гипотетическом случае расплава ядра, то есть если расплав ядра распределен в улавливающем резервуаре, влажный пар через выпускной трубопровод выпускается в защитную оболочку или в устройства конденсации (сепараторы пара). Конденсированная охлаждающая вода возвращается к наливному резервуару. Улавливающий резервуар состоит из множества параллельных труб, которые подключены со стороны впуска и выпуска к общей распределительной или соответственно сборной трубе. Относительно хорошие свойства охлаждения этого известного улавливающего резервуара однако могут ухудшаться, в частности, в реакторах большой мощности, если вследствие больших падающих масс структура труб улавливающего резервуара деформируется и за счет этого поперечные сечения охлаждения уменьшаются или блокируются.

Core Catcher согласно другому не опубликованному ранее документу GB-A-2 236 210 имеет улавливающий резервуар в виде конструкции многослойного сэндвича ("multilayer sandwich construktion") с несущим, выгнутым вниз стальным горшком, облицовкой с входящими в зубчатое зацепление друг с другом цирконовыми огнеупорными кирпичами и закрывающей облицовку сверху стальной оболочкой, которая проплавляется в случае появления расплава ядра, то есть жертвуется. Так как улавливающий объем Core Catcher является относительно небольшим и альтернативно к газовому охлаждению предусмотрено только водяное охлаждение стоячим водяным столбом в защитной яме или яме реактора, то эффективное длительное охлаждение расплава ядра (который в начальной стадии может иметь температуры выше 2000^oC) было бы возможным только при небольших мощностях реактора, поскольку иначе может появляться пленочное кипение на внешней стальной оболочке Core Catcher с опасностью существенного ухудшения теплопередачи.

В основе изобретения поэтому лежит задача указания установки ядерного реактора названного вначале вида, в которой за счет выполнения и установки улавливающего резервуара даже при больших мощностях реактора и весе ядра реактора обеспечивается достаточное поперечное сечение охлаждающих каналов и охлаждение возможного расплава ядра без опасения ухудшения определяющей охлаждающие каналы структуры за счет деформирующих сил появляющихся масс.

Далее для реакторной установки согласно изобретения в рамках подзадач или побочных задач должны быть даны предпосылки для возможности охлаждения улавливающего резервуара жидкостью по принципу естественной циркуляции; а также такого осуществления двойной системы охлаждения (воздушное охлаждение и водяное охлаждение), чтобы в случае аварийного охлаждения воздушное охлаждение частично заменялось водяным охлаждением без особых команд на переключение. Другая подзадача заключается в том, чтобы при имеющемся расплаве ядра эффективно задерживать исходящее от основания улавливающего резервуара радиоактивное излучение от находящихся выше улавливающего резервуара частей стен несущей и защитной структуры. Следующая подзадача состоит в том, чтобы интегрировать окружающую напорный резервуар ректора тепловую защиту в систему из улавливающего резервуара и двойного охлаждения.

До сих пор не было недостатка в предложениях, как исключить с помощью особых предосторожностей аварийный случай расплавления ядра. Философия безопасности, разработанная в последнее время, исходит из того, что с точки зрения техники безопасности лучше включать аварийный случай расплавления ядра как бы ни мала была вероятность его появления в расчеты. Из этого и исходит изобретение. Изобретением должен быть создан особенно эффективный защитный барьер для предотвращения нежелательных последствий теоретически предполагаемого аварийного случая расплава ядра.

Другие подзадачи, которые стоят в зависимости с определенной выше общей задачей, получаются из следующих рассуждений. В случае ядерных электростанций на легкой воде в общем и в случае ядерных реакторов, охлаждаемых водой под давлением является желательным, чтобы во всех предположительных аварийных случаях оставалась сохраненной целостность защитной оболочки, то есть также и в случае расплава ядра, идет ли речь о начинающемся, частичном расплавлении ядра или о полном проплавлении ядра. Для обуздания такого аварийного случая выставляются следующие требования: а) из расплава ядра не должны попадать в защитную оболочку (контейнмент) в большом объеме никакие продукты распада; более того они должны оставаться покрытыми непрерывно охлаждаемой водой или другим подходящим жидким охлаждающим средством или соответственно образовывать в результате охлаждения корку, чтобы достичь эффекта удержания; b) расплав ядра не должен вступать во взаимодействие в первые дни после превосходящего расчеты события, с бетоном несущей структуры резервуара безопасности. Это также потому, что с другой стороны могут освобождаться водород, водяной пар, не конденсируемые газы и другие продукты реакции; с) должно быть обеспечено долговременное охлаждение расплава ядра, с помощью которого должно отводиться к тепловому стоку тепло вторичного распада и долговременно расплав должен приводится к затвердению и удерживаться в твердом агрегатном состоянии; d) должны предотвращаться взрывы пара большого масштаба, которые могут возникать в результате того, что большие массы расплава ядра падают или "плюхаются" в водяную ванну.

Поставленная задача относительно установки ядерного реактора решается комбинацией признаков пункта 1 формулы изобретения и относительно способа комбинацией признаков пункта 22 формулы изобретения.

Выгодные дальнейшие развития предмета пункта 1 формулы изобретения указаны в зависимых пунктах 2 21 формулы изобретения.

Достигаемые изобретением преимущества следует видеть прежде всего в следующем: улавливающий резервуар имеет такую высоту ( около 3м), что имеет место минимальная высота для выполнения потока естественной циркуляции при наполненных жидкостью охлаждающих каналов со стороны основания и со стороны боковой стенки (внешней системы охлаждения). Улавливающий резервуар защищает не только своей стенкой основания, на также и своей вытянутой вверх боковой стенкой бетон несущей и защитной структуры (биологический экран) от воздействия тепла и излучения, которые исходят от напорного резервуара реактора или расплава ядра. При этом реакторная яма по ее ширине в свету (внутренний диаметр) и по ее глубине целесообразно имеет такие размеры, чтобы также при достаточно большом дистанционирующем промежуточном пространстве (= ширине зазора внешней системы охлаждения) улавливающий резервуар окружает объем, который позволяет облицовывать основное тело, предпочтительно выполненный из температурноустойчивого стального сплава тигель, на его внутренней стороне защитным слоем и каменной кладкой из экранирующих бетонных камней, и несмотря на это оставлять достаточный приемный объем для возможного случая расплава ядра. Основное тело типа тигеля и опирание через завихряющие тела на его нижней стороне причем завихряющие тела выполнены в виде создающих турбулентность направляющих тел потока могут быть без особых сложностей выполнены настолько прочными и с распределенной по основной поверхности несущей способностью, что могут быть сохранены достаточно большие охлаждающие поперечные сечения, также при сильной динамической и статической нагрузке. Внешнее охлаждение улавливающего резервуара может быть выполнено вследствие больших поперечных сечений пропускания во внешней системе охлаждения, создаваемого потока естественной циркуляции с соответствующим расходом охлаждающего средства и созданного турбулентного потока настолько эффективным, что также при самой высокой термической нагрузке исключается пленочное кипение на внешних охлаждающих поверхностях улавливающего резервуара.

Предпочтительно охлаждающие каналы со стороны основания через систему впускных каналов, а охлаждающие каналы со стороны боковой стенки через систему выпускных каналов подключены к предусмотренному вне несущей и защитной структуры, образующему отстойник здания реактора или связанному с ним резервуару охлаждающей воды с такой высотой подъема, что при горячем улавливающем резервуаре и водонаполненных охлаждающих каналах возникает поток естественной циркуляции через охлаждающие каналы. Улавливающий резервуар может быть смонтирован подвешенным на несущей и защитной структуре. Для этой цели он может быть снабжен подобно установленному подвешенным внутри напорного резервуара ядерному резервуару несущим фланцем, которым он опирается на соответствующие несущие поверхности несущей и защитной структуры. Предпочтительно однако улавливающий резервуар опирается на части основания несущей и защитной посредством завихряющих тел (тогда также и опорных тел), поскольку за счет этого может быть достигнута двойная функция (опирание и создание турбулентности). Для обеспечения беспрепятственного теплового расширения в радиальном направлении стенка основания улавливающего резервуара может быть установлена на своих опорных телах или последние могут быть установлены скользящими или подпружинено в области основания несущей и защитной структуры. Особенно благоприятным оказалось выполнение улавливающего резервуара в виде тигля и при этом с изгибом его стенки основания вниз или соответственно наружу, причем его стенка основания через скругленную краевую область переходит в боковую стенку, а боковая стенка предпочтительно от скругленной краевой области до верхнего края улавливающего резервуара легко конически сужается. Для стенки основания улавливающего резервуара является предпочтительным, если она от самой низкой центральной области до краевой области расширена в форме плоской конической оболочки, лежащие в аксиально-радиальной плоскости площади сечения которой проходят с небольшим углом подъема к горизонтали. Этот слабый подъем, также как и закругление в краевой области облегчают смывание стенки основания и боковой стенки охлаждающей жидкостью, в частности, водой по принципу естественной циркуляции и делают тем самым возможным эффективное охлаждение.

Для ротационно-симметричного, равномерного охлаждения улавливающего резервуара по принципу естественной циркуляции согласно дальнейшему развитию изобретения предусмотрено, что система выпускных каналов впадает в охлаждающие каналы со стороны основания в центральной области стенки основания улавливающего резервуара через впускную камеру, что от впускной камеры охлаждающие каналы со стороны основания проходят наружу до краевой области улавливающего резервуара и что в краевой области примыкает проходящий вверх охлаждающий канал со стороны боковой стенки, который впадает в выпускную систему каналов. При этом система впускных каналов пронизывает целесообразным образом область основания несущей и защитной структуры и простирается от стенки основания камеры, образующей внешний резервуар охлаждающей воды, до центральной области стенки основания улавливающего резервуара. В соответствии с этим система выпускных каналов пронизывает окружную стенку несущей и защитной структуры, образует продолжение охлаждающего канала со стороны боковой стенки и впадает в резервуар охлаждающей воды в его верхней области уровня.

Для функции защитного барьера улавливающего резервуара является предпочтительным, если основное тело улавливающего резервуара образовано тиглем, состоящим из нержавеющего, температуростойкого стального сплава, что внутренние поверхности основания и боковые поверхности облицованы защитной оболочкой, которая служит для защиты материала тигля от воздействия расплава, и если в качестве второго защитного слоя для тигля на защитную оболочку следует запас жертвуемого материала, количество которого достаточно для реакции с максимально возможным объемом расплава ядра, проникающего при возможном аварийном случае в улавливающий резервуар. Защитная оболочка состоит предпочтительно из одного из следующих сплавов, а именно в отдельности или в комбинации: MgO, UO₂ или ThO₂. Облицовка запасом жертвуемого материала в форме гранулята или грубозернистой засыпки или предпочтительно в форме каменной кладки из экранирующих бетонных камней имеет целью, изменить значения материала смеси, например, чтобы защитить стенку улавливающего резервуара от высоких температур непосредственно после выхода расплава ядра в улавливающий резервуар; израсходовать энергию за счет расплавления жертвуемого материала, чтобы замедлить нагревание расплава и, таким образом, сделать возможным для охлаждения принимать во внимание более низкие значения для тепла последующего распада; сделать расплав более жидкотекучим; повысить его теплопроводность; увеличить его поверхность;
улучшить теплопередачу от расплава ядра на охлаждающие поверхности;
избежать взрывов пара путем вытеснения объемов воды;
создать определенные основы вычислений за счет известных свойств жертвуемого материала и
снизить точку плавления смеси и температуру расплава.

Выше поясненные канальные тела в своем качестве направляющих тел потока для создания турбулентного потока во внешней системе охлаждения согласно предпочтительной форме осуществления выполнены в виде так называемых дельта-крыльев в виде призм с трехсторонними плоскостями, которые, по меньшей мере, закреплены на лежащем с охлаждающим зазором против стенки основания улавливающего резервуара основании несущей и защитной структуры. Подобные дельта-крылья проявили себя особенно эффективными для создания турбулентного потока в охлаждающем зазоре. Дельта-крылья помогают избежать паровой пленки на нижней стороне плиты, в результате чего с другой стороны нежелательно был бы уменьшен коэффициент теплопередачи, который является решающим для перехода тепла от нагретой плиты к потоку охлаждающей воды. С помощью созданного турбулентного потока естественная циркуляция в охлаждающем зазоре может быть настолько интенсивирована, что относительно так называемой критической нагрузки нагревательных поверхностей может быть сохранен достаточный интервал безопасности.

Благоприятной формой выполнения служащих также для опоры канальных тел является их выполнение в виде патрубков и патрубки на их обращенных к части стенки основания улавливающего резервуара концах снабжены канальными выемками для создания частичных потоков охлаждающей воды, так что последние омывают стенку основания также в области патрубков. Эти патрубки могут быть выполнены или в виде простых направляющих тел потока или также в виде создающих турбулентности направляющих тел потока. В последнем случае благоприятной является форма выполнения, при которой на каждый патрубок предусмотрено две проходящих в направлении потока U-образных канальных выемки, ограничения которых имеют кромки для усиления турбулентности.

Как уже пояснялось, к улавливающему резервуару относится также функция экранирования излучения. За счет этого данная система экранирования излучения предпочтительно усовершенствована тем, что выше улавливающего резервуара и примыкая к нему в кольцевом пространстве между окружающей стенкой несущей и защитной конструкции и внешним периметром напорного резервуара реактора смонтировано экранирующее кольцо. Экранирующее кольцо берет на себя, в частности, функцию биологического экрана в области окружающей ядро реактора, там где окружающая стенка (биологический экран) пробита выпускными каналами, так что исходящее от ядра реактора радиоактивное излучение экранируется от пространств вне несущей и защитной структуры. Целесообразно экранирующее кольцо состоит из экранирующего бетона, обозначаемого также как лекабетон. Экранирующее кольцо имеет толщину стенки, которая приближается к толщине стенки биологического экрана (несущая и защитная структура); его распространение по высоте предпочтительно несколько больше, чем его толщина стенки. Далее является предпочтительным снабжать экранирующее кольцо скосами на его верхней стороне, тем самым имеется большая кольцевая поверхность в качестве выпускного поперечного сечения для воздушных охлаждающих каналов. Экранирующее кольцо предпочтительно закреплено на окружающей стенке несущей и защитной структуры. Оно может, в частности, состоять из напряженного бетона, а его стальное армирование целесообразно объединено со стальным армированием также выполненной из напряженного бетона несущей и защитной структуры в единую систему стального армирования. Экранирующее кольцо может быть отлито из местного бетона, причем должна быть предусмотрена соответствующая опалубка, оно может быть также смонтировано из отдельных предварительно изготовленных кольцевых сегментов. В названном последнем случае кольцевые сегменты экранирующего кольца целесообразно имеют зубчатое зацепление между собой и с окружающей стенкой несущей и защитной структуры.

Особенно предпочтительным также является, если внешняя система охлаждения улавливающего резервуара выполнена в виде двойной воздушной и водяной системы охлаждения, которая в нормальном режиме установки ядерного реактора, то есть при сухой внешней системе охлаждения, служит для воздушного охлаждения напорного резервуара ядерного реактора или соответственно внешней стороны окружающей его тепловой изоляции, для этой цели система впускных каналов подключена к источнику охлаждающего воздуха, а система выпускных каналов к стоку охлаждающего воздуха.

Подогнанная к улавливающему резервуару и экранирующему кольцу тепловая изоляция предпочтительно составлена из аустенитных цельнометаллических кассет. Предусмотренная дополнительно к внешней двойной системе охлаждения следующая система воздушного охлаждения служит предпочтительно для вентиляции верхнего пространства охлаждающего воздуха, которое расположено над улавливающим резервуаром и по своему внутреннему периметру ограничено окружающей с кольцевым зазором напорный резервуар ядерного реактора тепловой изоляцией.

Предпочтительное дальнейшее развитие изобретения состоит в том, что улавливающий резервуар в верхней половине своей боковой стенки пронизан одной трубой охлаждения расплава, которая проходит при многослойной структуре улавливающего резервуара сквозь его стенку тигля, защитный слой, запас жертвуемого материала и тепловую изоляцию, уплотнена на своем внутреннем конце посредством плавкой пробки и снаружи во внутрь проложена с наклоном, а также подключена со стороны входа к накопителю охлаждающей жидкости, так что в случае имеющегося в улавливающем резервуаре расплава ядра плавкая пробка нагревается до своей температуры плавления и приводится к расплавлению и тем самым освобождает путь потока охлаждающей жидкости к поверхности расплава ядра. Эти меры существенно способствуют выполнению представленного в пункте (а) требования, а также выполнению требования (с), поскольку тем самым может достигаться охлаждение верхней поверхности расплава ядра. Подобное охлаждение верхней поверхности расплава ядра не является проблематичным с точки зрения надежности, поскольку возникающий не ударно, а постепенно пар может уходить наверх через имеющиеся зазоры и охлаждающий зазор, а также конденсироваться на стенках защитной оболочки и дополнительно установленных оборотных теплообменных нагревательных поверхностях, так что конденсированная вода может течь снова к резервуару охлаждающей воды (отстойная вода). Целесообразно вход трубы охлаждения расплава находится вне несущей и защитной структуры и соединен с резервуаром охлаждающей воды, причем труба охлаждения расплава пронизывает окружающую стенку несущей и защитной структуры, а также дистанционирующее промежуточное пространство внешней системы охлаждения.

Предметом изобретения является также способ для запуска и поддержания работы наружного запасного охлаждения улавливающего резервуара в выше описанной установке ядерного реактора, как описано в пункте 22 формулы изобретения, с помощью которого решается задача принятия подготавливаемых для расчетного аварийного случая мер для запуска охлаждения естественной циркуляцией улавливающего резервуара и их осуществления.

Изобретение более подробно поясняется с помощью нескольких примеров выполнения. При этом чертежи показывают:
фигура 1 установку ядерного реактора и относящееся к ней устройство удержания ядра согласно изобретения в вырезе нижней области шаровой защитной оболочки и относящегося к ней бетонного фундамента, откуда, в частности, видны напорный резервуар реактора, находящийся под ним улавливающий резервуар и резервуар охлаждающей воды;
фигура 2, 3 предмет согласно фигуре 1 более подробно с увеличением и в аксиальном сечении вдоль плоскости сечения II-ll из фигуры 4, откуда еще отчетливей виден улавливающий резервуар со своей внешней системой охлаждения;
фигура 4, 5 предмет из фигуры 2 в аксиальном сечении вдоль плоскости сечения III-III из фигуры 4, повернутой относительно плоскости сечения II-II на угол 77,5^o;
фигура 6 перпендикулярное оси сечение согласно плоскости сечения IV-IV из фигур 2, 3;
фигура 7 перспективно в вырезе канальное тело, которое служит в качестве опорного тела для улавливающего резервуара и в качестве направляющего поток тела и введено для этого между стенкой основания улавливающего резервуара и областью основания несущей и защитной структуры, причем дополнительно для создания турбулентности в охлаждающем зазоре расположены так называемые дельта-крылья и;
фигура 8 канальное тело согласно фигуре 7 в частичном сечении, из которого виден пружинящий элемент для пружинно-упругого опирания.

Представленное в вырезе на фигуре 1 здание реактора R состоит из защитной оболочки 1, называемой также контейнмент (containment), образованной шарообразной герметичной стальной оболочкой 3, из содержащего соответствующую приемную полусферу 2.1 железобетонного фундамента 2 и из расположенной внутри защитной оболочки 1 установки ядерного реактора КА, содержащей компоненты установки и соединительные трубопроводы, электрические линии, а также структуры здания, которая газонепроницаемо окружена шарообразной герметичной стальной оболочкой 3. Последняя окружена с зазором еще одной, не представленной более подробно, связанной с железобетонным фундаментом 2 бетонной оболочкой, которая защищает защитную оболочку 1 от воздействий снаружи ("Eva"). Бетонная структура 4 защитной оболочки 1 согласована своей указывающей вниз выпуклой полусферой 4.1 с выпуклой герметичной стальной оболочкой 3 и соответствующей вогнутой приемной поверхностью 2. 1 бетонного фундамента 2. Бетонная структура 4 соединена на своих местах соединения, смотри места соединения 5.1 и 5.2 посредством проходящих с уплотнением через герметичную стальную оболочку 3 анкерных болтов с железобетонным фундаментом 2.

Обозначенный как одно целое позицией 6 напорный резервуар реактора, типа охлаждаемого водой под давлением, окружен с зазором в боковом и вертикальном направлении несущей и защитной структурой 7. Эта несущая и защитная структура 7 со своим основанием или областью основания 7.1 и своей окружающей стенкой 7.2 образует составную часть бетонной структуры 4 внутри защитной оболочки 1; областью основания 7.1 и окружающей стенкой 7.2 образована реакторная яма 8, внутри которой расположен напорный резервуар реактора 6. К области основания 7.1 относится также центральная, углубленная часть основания 7.10 предпочтительно центральной впускной камеры 33, которая еще поясняется ниже. Имеющий в основном форму полого цилиндра напорный резервуар реактора 6 с вертикальной осью z, состоящий из нижней части 6а с полусферой основания 6.1 и верхней частью 6b с закрывающей полусферой 6.2 подвешен на несущей кольцевой конструкции 9 своей нижней частью 6а. Несущая конструкция 9 установлена в кольцевой выемке окружающей стенки 7.2 несущей и защитной структуры 7 без возможности поднимания и прокручивания. Напорный резервуар реактора 6 установлен внутри круглой выемки не представленным на фигуре 1 фланцем своей нижней части 6а и/или подходящими опорными прихватами на несущей кольцевой конструкции 9 с блокировкой относительно прокручивания и поднимания. Ядро реактора 10 обозначено штриховой линией. Далее из компонентов первичного контура установки ядерного реактора KA представлен парогенератор DE, который через так называемую горячую ветвь 11 трубопроводов основного охлаждающего средства HL подключен к напорному резервуару реактора 6. Соответственно горячая ветвь 11 (речь идет о многопетлевой установке) направляет горячее охлаждающее средство к первичной камере 12 парогенератора DE. Первичная камера 12 отделена от вторичной камеры 13 парогенератора DE через трубчатое дно 14 и обозначенные позицией 15 U-образные теплообменные трубы. Первичная камера 12, кроме того разделена перегородкой 16 на две половины камеры. Первичное охлаждающее средство попадает, таким образом, от горячей ветви 11 через одну половину первичной камеры 12 в теплообменные трубы 15, отдает там свое тепло вторичной среде, которая испаряется, и возвращается обратно в контуре через вторую половину первичной камеры 12, подключенную к ней, так называемую холодную ветвь 17, расположенный в этой холодной ветви 17 (не представленный) насос первичного охлаждающего средства и остаточную часть холодной ветви 17 внутрь напорного резервуара реактора 6. Здесь может идти речь о так называемой двойной петлевой установке, то есть о реакторе, охлаждаемом водой под давлением, с двумя парогенераторами и каждый раз одной парой трубопроводов основного охлаждающего средства. Это имело бы место в примере выполнения согласно фигуре 1, если каждой из обеих горячих ветвей 11 было бы придано по одной холодной ветви 17 (на фигуре представлена только одна). Но речь может идти также о трехпетлевой или о четырехпетлевой установке, если представить мысленно на фигуре 1 следующие пары ветвей, или как можно понять из представления согласно фигуре 2 и 3. Парогенераторы DE установлены в области своего трубчатого дна с помощью несущих колец 18 на бетонной структуре 4.

Охлаждаемый улавливающий резервуар 19 устройства удерживания ядра СС расположен внутри реакторной ямы 8 своей стенкой основания 20 ниже напорного резервуара реактора 6 и простирается своей боковой стенкой 21 от стенки основания 20 вверх.

Вертикальная или, как представлено, вытянутая под легким углом внутрь окружающая стенка 7.2 несущей и защитной структуры 7 обозначается также, как биологический экран, поскольку она образует защиту от нейтронов и гамма-излучения. По своему внутреннему периметру она облицована стальным вкладышем 22 (Liner), также как и область основания 7.1 на внутренних поверхностях. Вне этого вкладыша 22 и с вертикальным и боковым зазором относительно улавливающего резервуара 19 находятся область основания 7.1 и окружающая стенка 7.2, которые соединены с остальной бетонной структурой 4. Последняя выполнена по камерной системе, причем в одном пространстве камеры 23, которое следует представлять себе приближенно как тело вращения и которая окружает окружающую стенку 7.2 (биологический экран), расположен отстойник реактора в виде резервуара охлаждающей воды 24 с нормальным уровнем P1. Крышка 25 этого пространства камеры 23 опирается на стальные стенки 26. Перегородка 27 образует с U- образной подъемной трубой 30 водозаборное сооружение для системы впускных каналов 31. Трубопроводы основного охлаждающего средства (горячие ветви) 11 также, как и не видные из фигуры 1 холодные ветви 17, проведены через соответствующие проемы 7.3 в окружающей стене 7.2.

Улавливающий резервуар 19 простирается, как представлено, предпочтительно своей боковой стенкой 21, примерно до нижнего края ядра реактора 10. При этом стенка основания 20 и боковая стенка 21 удерживающего резервуара 19 имеют дистанционирующее промежуточное пространство 28 относительно основания 7.1 или соответственно относительно окружающей стенки 7.2 несущей и защитной структуры 7. Внешняя для резервуара система охлаждения 29 с охлаждающими каналами со стороны основания и со стороны боковой стенки 29.1, 29.2 предусмотрена внутри этого дистанционирующего промежуточного пространства 28 с целью внешнего охлаждения улавливающего резервуара 19. Изобретение не ограничивается представленной шаровой защитной оболочкой 1 согласно фигурам 1 5, но может быть использовано и в случае цилиндрической защитной оболочки, при которой переход от бетонной структуры 4 защитной оболочки 1 к фундаменту 2 происходит не через шаровые поверхности (так, как в примере осуществления согласно фигуре 1), а через плоские переходные поверхности. Для дальнейшего пояснения в последующем следует сослаться на более детальное представление согласно фигурам 2 8. Одни и те же детали на фигуре 1 обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Охлаждающие каналы со стороны основания 29.1 внешней системы охлаждения 29 через систему впускных каналов 31 и охлаждающие каналы со стороны боковой стенки 29.2 через систему выпускных каналов 32 подключены к предусмотренному вне несущей и защитной структуры 7, образующему отстойник здания реактора или связанному с ним резервуару охлаждающей воды 24 с такой высотой подъема, что при горячем улавливающем резервуаре 19 и заполненной водой системой охлаждения 29 вызывается поток естественной циркуляции в системе охлаждения 29 сквозь охлаждающие каналы 29.1 и 29.2. Система впускных каналов 31 впадает во внешнюю систему охлаждения 29 дистанционирующего промежуточного пространства 28 в центральной области стенки основания 20 улавливающего резервуара 19 через впускную камеру 33. От впускной камеры 33 ограниченные завихряющими телами 34 и стенкой основания 20, а также областью основания 7.1 несущей и защитной структуры 7 охлаждающие каналы со стороны основания 29.1 проходят наружу вплоть до закругленной краевой области 19.1 улавливающего резервуара 19. От области края 19.1 затем проходящий наверх, охлаждающий канал боковой стенки 29.2 простирается вплоть до системы выпускных каналов 32.

Как можно понять из фигур 2 6, система впускных каналов 31 пронизывает область основания 7.1 несущей и защитной структуры 7. Впускные каналы 31а проходят в виде звезды или соответственно радиально-горизонтально от короткой части впускного канала 31b до впускной камеры 33. В левой нижней части фигур 2 и 3 вертикальная часть входного канала выполнена в виде камеры 31с зумпфа насоса (при этом насос не представлен). Перед частью входного канала 31b включена входная камера 35, которая в нормальном режиме отделена перегородкой 27 от пространства камеры 23 резервуара охлаждающей воды 24; только тогда, когда нормальный уровень Р1 охлаждающей воды поднимается, а именно до паводкового или минимального уровня Р2, охлаждающая вода попадает через подъемную трубу 30 во входную камеру 35 и в остальную систему впускных каналов 31, что еще поясняется ниже. Система выпускных каналов 32 пронизывает окружающую стенку 7.2 несущей и защитной структуры 7, образует продолжение охлаждающего канала боковой стенки 29.2 и впадает в резервуар охлаждающей воды 24 в его верхней области уровня (видно только из фигуры 1).

Фигура 6 показывает, что выпускные каналы 32а системы выпускных каналов 32 распределены по периметру стенки 7.2; представлены шесть выпускных каналов, из них четыре в расположении креста осей и два дополнительных выпускных канала в первом и третьем квадранте частей окружающей стенки 7.2.

Улавливающий резервуар 19 как видно из фигур 2 5 (а также из фигуры 1) выполнен в виде тигля, и при этом его стенка основания 20 изогнута вниз или соответственно наружу. Стенка основания 20 переходит через скругленную краевую область 19.1 в боковую стенку 21. Основное тело 19а улавливающего резервуара 19 образовано тиглем, который предпочтительно состоит из температурноустойчивого стального сплава. Внутренние поверхности основания и боковой стенки тигля 19а облицованы защитной оболочкой 19b, которая служит для защиты материала тигля от воздействия расплава. Эта защитная оболочка 19b состоит предпочтительно из одного из следующих сплавов, в отдельности или в комбинации: МgO, UO₂ или ThO₂. В качестве второго защитного слоя для тигля 19а на защитную оболочку 19b следует запас жертвуемого материала 19с. Он состоит предпочтительно из экранирующих бетонных камней 36, которые соединены друг с другом и с защитной оболочкой 19b в кладку. Расстояние запаса жертвуемого материала 19с в виде кладки от полусферы основания 6.1 напорного резервуара реактора 6 является достаточно большим, так что обращенные к полусфере основания поверхности кладки могут быть облицованы теплоизолирующей оболочкой W1. В случае этой теплоизолирующей оболочки W1 речь идет о нижней изолирующей части обозначенной как одно целое позицией W тепловой изоляции для напорного резервуара реактора 6. Нижняя изолирующая часть W1 имеет примерно форму стакана. Эта нижняя изолирующая часть, также как и средняя изолирующая часть W2 на внутреннем периметре экранирующего кольца 37 и верхняя изолирующая часть W3, которая проходит от экранирующего кольца 37 к области плоскости разъема крышки 38, окружают все вместе напорный резервуар реактора 6 с достаточным зазором, так что образуется воздушная камера 39.

Улавливающий резервуар 19 является многослойным образованием в форме горшка или тигля с основным телом 19а в форме тигля, который может иметь, например, толщину стенки 50 мм, облицовывающей внутреннюю сторону тигля защитной оболочкой 19b с толщиной стенки, например, в три раза большей по сравнению с тиглем. Эта защитная оболочка предпочтительно в центральной области 19. 0 улавливающего резервуара имеет увеличенную толщину, поскольку в этой области могут появляться самые большие температурные нагрузки за счет возможного расплава ядра. На защитной оболочке, как упомянуто, лежит согласующийся с контуром тигля запас жертвуемого материала 19с и соответственно согласованная внутренняя изолирующая часть W1. Боковая стенка 21 тигля 19а или соответственно улавливающий резервуар 19 предпочтительно проходит от скругленной краевой области 19.1 вплоть до верхнего края 21.1 со слабым коническим сужением. За счет этого контур внешнего периметра улавливающего резервуара 19 или соответственно тигля 19а согласован с контуром внутреннего периметра окружающей стенки 7.2 несущей и защитной структуры 7, и достигается желательное поперечное сечение для дистанционирующего промежуточного пространства 28 или соответственно охлаждающих каналов со стороны боковой стенки 29.2 системы охлаждения 29. Часть стенки основания 20 тигля 19а или соответственно улавливающего резервуара 19 расширяется от самой глубокой центральной области 19.0 к краевой области 19.1 в форме плоской конусной оболочки, лежащие в аксиально-радиальных плоскостях сечения поверхности сечения которой проходят с небольшим углом подъема a к горизонтали. Этот слабый подъем стенки основания 20 от центральной области 19.0 до краевой области 19. 1 приводит к определенным потокам охлаждающей воды в системе каналов 29, в которой не могут образовываться или удерживаться никакие воздушные пузыри (избежание так называемых мертвых зон охлаждения). Кроме того, этот слабый наклон поддерживает естественную циркуляцию. Внутри улавливающего резервуара 19 существует в соответствии с этим небольшой наклон от краевой области 19.1 к центральной области 19.0, так что возможный расплав ядра всегда собирается по центру внутри улавливающего резервуара 19 (жидкое состояние предполагается).

Согласно предпочтительной форме выполнения улавливающий резервуар 19 установлен в области основания 7.1 несущей и защитной структуры 7 посредством завихряющих тел 34. Это не исключает, где это необходимо, дополнительного опирания посредством (не представленных) опорных тел. При этом могут быть предусмотрены также завихряющие тела 34d, которые служат только для создания турбулентности, (а не для опоры), как еще поясняется ниже с помощью фигуры 5. Завихряющие тела 34 введены во внешней системе охлаждения 29 между стенкой основания 20 улавливающего резервуара 19 или соответственно тигля 19а и областью основания 7.1 и служат для опоры улавливающего резервуара 19 на области основания 7.1 и для создания турбулентного потока охлаждающей жидкости. На фигурах 2 5 в охлаждающем канале со стороны основания 29.1 представлены только завихряющие тела 34, которые служат не только для направления потока и создания турбулентности, но и для опоры. Это справедливо также расположенных в центральной области 19. 0 центральных канальных тел 34а. Они опираются на центральную углубленную часть основания 7. 10, которая относится к области основания 7. 1 и находится на уровне нижней стенки 4.2 впускных каналов 31. Так как они должны перекрывать большую высоту канала впускной камеры 33, они длиннее, чем завихряющие тела 34. Завихряющие тела 34, 34а расположены внутри охлаждающих каналов со стороны основания 29.1 и внутри впускной камеры 33 распределенными таким образом, что обеспечивается, во первых, равномерный весовой снос в области основания 7.1 несущей и защитной структуры 7, во вторых, проходы охлаждающих потоков 40 (сравните фигуру 5) могут быть выполнены вдоль пути изнутри, то есть от центральной впускной камеры 30, радиально наружу к краевой области 19.1 и отсюда в охлаждающий канал боковой стенки 29.2. Последний является кольцевым каналом. Проходы охлаждающего потока 40 могут идти в их главном направлении вдоль радиусов, то есть в виде звезды, или, например, по эвольвенте, причем завихряющие тела 34, 34а при запущенном потоке естественной циркуляции в системе охлаждения, в частности, внутри охлаждающих каналов со стороны основания 29.1 создают турбулентный поток. фигуры 7 и 8 показывают более подробно детали выполнения и расположения завихряющих тел 34 (для завихряющих тел 34а справедливо то же самое). В общем стрелки потока для охлаждающей жидкости, в частности, охлаждающей воды, обозначены f1 и представлены штриховыми линиями. Стрелки потока для охлаждающего воздуха обозначены в общем f2 и представлены сплошными линиями (сравните также фигуры 1 5). В охлаждающих каналах, например, 29.1 и 29.2 может протекать или только охлаждающий воздух (сплошная стрелка f2) или охлаждающая вод (штриховая линия, стрелка f1), что еще поясняется. Стрелки потока тепла на фигуре 7 для потока тепла, имеющего выход от напорного резервуара реактора 6 или соответственно от возможного расплава ядра и проникает в улавливающий резервуар 19, в частности, его тигель 19а и боковую стенку 20 этого тигля, обозначены в основном f3 и представлены толстыми сплошными линиями. Стрелки f1 символизируют, таким образом, поток запасного водяного охлаждения в системе охлаждения 29.

Фигура 7 показывает в перспективном схематичном представлении вырез системы охлаждения 29, а именно в области части стенки основания 20 улавливающего резервуара 19 и расположенного напротив с охлаждающим зазором а1 основания 7.1 с вкладышем 22 несущей и защитной структуры 7. Представленное завихряющее тело 34 выполнено в виде патрубка (это выполнение действует предпочтительно для всех завихряющих тел 34 согласно фигурам 1 3). Эти патрубки для их отличия от в основном завихряющих тел 34 обозначены 34r, а создающие турбулентность, еще подлежащие пояснению дельта-крылья позицией 34d. Патрубки 34r снабжены на своих обращенных к части стенки основания 20 улавливающего резервуара 19 концах канальными выемками 41. В частности, на каждый патрубок 34r в направлении потока (основное направление стрелки потока f1) предусмотрено соосно по две U-образные выемки 41, ограничения которых для увеличения турбулентности выполнены ребристыми. Через канальные выемки 41 с их краями 41.1 создаются частичные потоки охлаждающей воды f11, которые в области завихряющих тел 34 в общем и патрубков 34r, в частности, находятся в вынужденном контакте с охлаждающими поверхностями части стенки основания 20. Важным является создание внутри проходов охлаждающего потока 40 и охлаждающих путей 40а частичных потоков охлаждающей воды f11 такой большой турбулентности потока, чтобы достигалось внутреннее перемешивание частичных потоков охлаждающей воды и предотвращалось образование паровой пленки на указывающих вниз охлаждающих поверхностях 20. 0 части стенки основания 20. Для этого предусмотрены так называемые дельта-крылья 34d в виде призм с треугольными поверхностями F1-F3, которые имеют форму тетраедров. Они укреплены на противолежащем с охлаждающим зазором а1 охлаждающей поверхности 20.0 основании 7.2 или соответственно на вкладыше (Liner) 22 этого основания. Дельта-крылья 34d или вообще направляющие тела потока предпочтительно изготавливают из коррозионностойкой стали, которая по составу подобна или равна стальному сплаву вкладыша 22, так что они могут быть закреплены сваркой (позицией 42. намечены сварные швы). Для лучшей наглядности на фигуре 5 представлено только два дельта-крыла 34d, и это схематически намечено спиральными линиями потока fl2, какой эффект эти направляющие тела потока в виде дельта-крыльев 34d оказывают на в основном ламинарно проходящий поток: создается сильное завихрение, которое увеличивает безопасный интервал относительно закипания пленки на охлаждающих поверхностях 20.0. Из фигуры 8 видно, что улавливающий резервуар 19 своими служащими также в качестве опорных тел патрубками 34r установлен пружинно упруго с промежуточным включением пружинного элемента 43 на основании 7.1. Патрубок 34r жестко приварен (сварные швы 44) к стенке основания 20 тигля 19а или соответственно улавливающего резервуара 19, причем стальные сплавы патрубков 34r и тигля 19а согласованы друг с другом таким образом, что имеет место сварочная совместимость.

При пружинных элементах 43 может идти речь о винтовых пружинах сжатия, которые опираются нижним упругим диском 43а на части основания 7.1 и через следующий (не представленный) упругий диск на своем верхнем конце в патрубок 34а. Вместо винтовых пружин сжатия могут также применяться тарельчатые пружины или пакеты тарельчатых пружин (не представлено), причем вследствие больших опираемых весов винтовые пружины сжатия или тарельчатые пружины целесообразно предварительно напрягают. Нижний упругий диск 43а на своей нижней стороне тоньше обработан, то есть сглажен, так что силы трения относительно прилегающей поверхности стального вкладыша 22 являются по возможности малыми. С помощью допущения возможности скользящего перемещения, даже только с малыми путями, можно избежать реакций связи при разогреве в гипотетическом случае расплава ядра. Пружинные элементы 43 могут быть выполнены также в виде упругих стержней (также не представленных), которые позволяют в ограниченном объеме пружинноупругое отклонение в боковом направлении.

Представленные на фигуре дельта-крылья 34d могут быть с успехом применены для создания турбулентного потока внутри охлаждающего канала не только в рамках представленного примера выполнения, но также везде там, где через охлаждающий канал протекает жидкое охлаждающее средство и где он ограничен в вертикальном направлении двумя расположенными друг над другом с зазором стенками канала, а именно одной верхней, обогреваемой отводимым теплом первой стенкой канала и нижней, снабженной на своей внутренней стороне дельта-крыльями 34d второй стенкой канала.

Обратно к фигурам 1 5. Принципиально было бы возможно, установить улавливающий резервуар 19 с его тиглем 19а подвешенным на несущей и защитной структуре 7. В этом случае боковая стенка 21 могла бы быть вытянута дальше вверх и быть опертой несущим фланцем на своем верхнем конце на несущее кольцо, которое введено в кольцевую выемку части стенки 7.2 несущей и защитной структуры 7 (это выполнение не представлено). Также и при таком выполнении завихряющие тела 34, 34а, частично, могут служить в качестве опорных тел, то есть не только как направляющие поток тела, или соответственно быть расположенными с узким зазором под стенкой основания 20 как гарантия против обрушивания. Более выгодной вместо этого является представленная форма выполнения с установкой улавливающего резервуара 19 на канальных телах 34, 34а, поскольку за счет этого окружающая стенка 7.2 (биологический экран) дополнительно не нагружается; более того распределение сил наложения происходит по значительно большей области поверхности бетонной структуры 4 и области основания 7.1.

Улавливающий резервуар 19 предпочтительно проходит примерно до нижнего края ядра реактора 10 (смотри фигуру 1); как пояснялось вначале, таким образом обеспечивается также необходимая высота подъема в 3 метра, которая необходима для естественного хода охлаждающей жидкости через систему охлаждения 29. Улавливающий резервуар 19 окружает тогда всю полусферу основания 6.1. При представленном повышении улавливающего резервуара 19 предпочтительным признаком выполнения является предусматривать экранирующее кольцо (сравните фигуры 2 4), которое смонтировано выше улавливающего резервуара 19 и примыкая к нему в кольцевом пространстве 45 между окружающей стенкой 7.2 несущей и защитной структуры 7 и внешним периметром напорного резервуара реактора 6. Экранирующее кольцо 37 берет на себя функцию биологического экрана в области ядра 10 (фигура 1), там где окружающая стенка 7.2 нарушена выпускными каналами 32. Экранирующее кольцо 37 предпочтительно состоит из экранирующего бетона. Подходящие составы для такого экранирующего бетона могут быть взяты из таблицы XXIV на стр. 701 книги Др. К. Р. Шмидта "Полезная энергия из атомного ядра", том II, издательство Вальтер Д. Гройтер и Ко. Берлин 1960, так что здесь можно отказаться от более подробного пояснения. Экранирующее кольцо 37 закреплено на окружающей стенке 7.2 несущей и защитной структуры 7. Кроме того, могут быть предусмотрены клиновидные планки 46, равномерно распределенные по внешнему периметру экранирующего кольца 37, как это следует из фигуры 6. Так же является возможным, как это показано на фигуре 4, 5 штриховой линией, предусматривать клиновидные опорные поверхности 47 на окружающей стенке 7. 2, с которыми экранирующее кольцо 37 входит в зубчатое зацепление собственными клиновидными поверхностями 37а. Для монтажа экранирующего кольца 37 является благоприятным, если оно составлено из отдельных, (не показанных в деталях) кольцевых сегментов. Кольцевые сегменты могут тогда входить в зубчатое зацепление (фигура 4, 5) или быть заклиненными (фигура 6) друг с другом и с окружающей стенкой 7.2 несущей и защитной структуры 7. Другой выгодный вариант выполнения заключается в том, что экранирующее кольцо 37 состоит из экранирующего напряженного бетона и его стальное армирование объединено со стальным армированием точно также состоящей из напряженного бетона несущей и защитной структуры 7 в единую систему стального армирования. Для такой формы выполнения в левой части фигуры 2, 3 намечены штриховой линией армирующие стальные тросы 48. Могут быть предусмотрены дальнейшие кольцевые натяжные тросы внутри экранирующего кольца 37, которыми напрягаются его отдельные кольцевые сегменты, которые входят друг с другом в зубчатое зацепление (не представлено).

Для минимизации тепловых потерь напорного резервуара реактора 6 в нормальном режиме большое значение придается его тепловой изоляции W смотри фигуры 2-5. Точно также важной является вентиляция этой тепловой изоляции на ее внешней стороне с помощью потоков охлаждающего воздуха, символизированных как одно целое стрелками потока f2. Тепловая изоляция W состоит из теплоизолирующих частей W1 W3 для нижней части 6а напорного резервуара реактора 6, покрывающего верхнюю часть 6b напорного резервуара реактора 6 подвижного (демонтируемого) колпака W4 и дальнейших теплоизолирующих частей W5 для трубопроводов основного охлаждающего средства HL. Для нижней части 6а предусмотрены в основном три переходящие одна в другую изолирующие части: нижняя изолирующая часть W1, которая покрывает жертвуемый слой улавливающего резервуара 19 и окружает полусферу основания 6.1 напорного резервуара реактора 6 (а), средняя изолирующая часть W2, которая покрывает внутренний периметр экранирующего кольца 37. Сюда относится и имеющая форму кольца соединительная деталь W21, которая захватывает экранирующее кольцо снизу и создает подсоединение к нижней части W1 (b) и верхняя изолирующая часть W3, которая проходит от экранирующего кольца 37 до области плоскости разъема крышки 38 напорного резервуара реактора 6 и пронизана патрубками основного охлаждающего средства 48. Последние, также как и примыкающие к ним трубопроводы основного охлаждающего средства HL окружены, как упомянуто, дальнейшими изолирующими частями W5. Тепловая изоляция W предпочтительно выполняется из цельнометаллических кассет. Они состоят из аустенитной, то есть коррозионно-стойкой стали. Соответствующие каркасы облегченной конструкции для удерживания этих отдельных, собираемых в замкнутую теплоизолирующую оболочку кассет на чертеже не представлены.

Внешняя система охлаждения 29 улавливающего резервуара 19 выполнена в виде двойной воздушной и водяной системы охлаждения, которая при нормальной эксплуатации установки ядерного реактора КА, то есть при сухой внешней системе охлаждения 29, служит для воздушного охлаждения напорного резервуара реактора 6 или соответственно для воздушного охлаждения внешних поверхностей тепловой изоляции W вообще и отдельных изолирующих частей W1 W3, а также W5, в частности. Для этой цели система впускных каналов 31 подключена к одному источнику охлаждающего воздуха. Он схематически намечен на фигурах 2, 3 и 4, 5 в виде нагнетателя охлаждающего воздуха 49. При этом речь идет о множестве нагнетателей, которые перемещают согласно стрелке f2 охлаждающий воздух в систему впускных каналов 31 в области камеры зумпфа насоса 31с. Фигуры 2, 3 показывают проходящие друг над другом пути охлаждающего воздуха, смотрите сплошные стрелки потока f2, и пути охлаждающей воды, смотрите штриховые стрелки потока f1. При гипотетическом аварийном случае воздушное охлаждение в системе охлаждения 29 плавно переходит в водяное охлаждение улавливающего резервуара 19, что еще будет поясняться. Система выпускных каналов 32 впадает в защитную оболочку и представляет, таким образом, сток охлаждающего воздуха для выходящего из системы охлаждения 29 охлаждающего воздуха, который служит для непосредственного охлаждения наружной стороны нижней изолирующей части W1.

Наряду с видной из фигуры 2 двойной системой охлаждения согласно стрелкам потока f1 и f2 предусмотрена последующая система воздушного охлаждения, стрелки потока которой обозначены f21 -f23 (сравните фигуры 2- 5). Первая система воздушного охлаждения согласно стрелкам потока f2 обозначена как одно целое ZL1, а другая система воздушного охлаждения согласно стрелкам потока f21 f23 обозначена как одно целое ZL2. Для вентиляции этой дополнительной системы воздушного охлаждения ZL2 (фигура 3) впускные каналы 50, которые проходят через окружающую стенку 7.2 несущей и защитной структуры 7 и экранирующее кольцо 37, впадают в верхнее пространство охлаждающего воздуха 45. Это пространство проходит снаружи верхней изолирующей части W3 вплоть до несущей кольцевой структуры 51 напорного резервуара реактора 6 и ограничено снаружи внутренним периметром окружающей стенки 7. 2. Текущий вверх охлаждающий воздух направляется несколькими частичными потоками на следующих охлаждающих поверхностях:
на внешнем периметре верхней изолирующей части W3 и на внутреннем периметре окружающей стенки 7.2. При этом поток охлаждающего воздуха f22 происходит из впускных каналов 50. Последние состоят из двух частей канала: части канала 50а, которая пронизывает окружающую стенку 7. 2 и проходит в направлении потока с легким подъемом, и второй части канала 50b, которая пронизывает экранирующее кольцо наклонно вверх под углом подъема порядка 45^o. Части канала 50а, 50b или соответственно весь впускной канал 50 могут быть выполнены в виде стенных труб 52, сравните фигуру 4. В области впадения впускных каналов 50 экранирующее кольцо 37 снабжено скосом 37а, причем направляющий поток лист 53 перекрывает место впадения впускного канала 50 и позволяет охлаждающему воздуху выходить через не представленные на чертеже более подробно выходные отверстия распределенным по поперечному сечению пространства охлаждающего воздуха 45;
поток охлаждающего воздуха f2l происходит от первой системы воздушного охлаждения ZL1; он направляется на внутреннем периметре окружающей стенки 7.2 вверх и образует распределенную над периметром биологического экрана завесу охлаждающего воздуха, которая объединяется выше пространства охлаждающего воздуха 45 с потоками охлаждающего воздуха f22 и в качестве потока охлаждающего воздуха f23 (смотри также фигуру 2,3) проходит вдоль внешних поверхностей несущей кольцевой структуры 51, в частности, на консолях 51а, на которые опираются несущие прихваты 54 напорного резервуара реактора 6, и на опоре 55 несущей кольцевой структуры 51;
далее согласно фигуре 2 через выпускные кольцевые каналы 7.4 (потоки охлаждающего воздуха f23), причем эти выпускные кольцевые каналы образованы между внешним периметром трубопроводов основного охлаждающего средства HL и внутренним периметром проемов стенки 7. 3 несущей и защитной структуры 7. Отсюда охлаждающий воздух попадает в защитную оболочку или соответственно во внутрь оболочки безопасности 1 и оттуда в не представленную на чертеже установку фильтрации отходящего воздуха.

В систему воздушного охлаждения ZL1 и ZL2 и внешней системы охлаждения 29 для водяного охлаждения целесообразно вводить дополнительное водяное охлаждение для поверхности возможного расплава ядра, который находится в улавливающем резервуаре 19, с одной трубой охлаждения расплава 56 (фигура 2, 3). Для этого улавливающий резервуар 19 пронизан в верхней половине своей боковой стенки 21, по меньшей мере, одной трубой охлаждения расплава 56, которая в представленной многослойной структуре улавливающего резервуара 19 проходит через его стенку тигля 19а, защитный слой 19b, запас жертвуемого материала 19с и через внутренний слой тепловой изоляции W1. На своем внутреннем конце эта труба охлаждения расплава 56 уплотнена плавкой пробкой 56а. Она, как уже упоминалось, проложена с легким наклоном снаружи внутрь (например, с углом наклона 20^o), а также подключена со стороны впуска к накопителю охлаждающей жидкости, который может быть идентичным с резервуаром охлаждающей воды 24 (фигура 1). В случае нахождения в улавливающем резервуаре 19 расплава ядра плавкая пробка 56а нагревается до своей температуры плавления (температура плавления лежит выше температуры, господствующей в пространстве камеры 39, однако значительно ниже температуры расплава ядра, например, при 600^oC). Приведенная к плавлению плавкая пробка 56а таким образом освобождает путь потока охлаждающей жидкости к поверхности гипотетического расплава ядра, так что он дополнительно экранируется наружу и охлаждается водяной пленкой, причем испаряющаяся охлаждающая среда, в частности, водяной пар уходит наверх через предусмотренные для воздушного охлаждения охлаждающие каналы. Впускной конец 56.1 трубы охлаждения расплава 56 находится снаружи окружающей стенки 7.2; он может быть соединен с представленной в правой части фигуры 2 или фигуры 1 отдельной поднимающейся трубой 30, так что если по нормальной поднимающейся трубе 30 при поднимающемся уровне охлаждающей воды охлаждающая вода проникает во впускные каналы 31 и тем самым в систему охлаждения 29, также и труба охлаждения расплава 56 соответственно снабжается охлаждающей водой. Поэтому особенно благоприятным является представленное выполнение, при котором впуск 56. 1 трубы охлаждения расплава 56 находится вне несущей и защитной структуры 7 и труба охлаждения расплава 56 соответственно этому пронизывает окружающую стенку 7.2 несущей и защитной структуры 7, а также дистанционирующее промежуточное пространство 28 внешней системы охлаждения 29.

Анкеры 57 служат для жесткого крепления вкладыша 22 и всей несущей и защитной структуры 7 в бетонной структуре 4. Анкеры 57 соединяют несущую и защитную структуру 7 с бетонной структурой 4 в таком большом количестве мест крепления, чтобы надежно справляться со всеми силами и моментами, которые исходят от напорного резервуара реактора 6 и воздействуют через его несущее кольцо 51 (фигура 4, 5) на несущую и защитную структуру 7 и наоборот (на чертеже показано только два места крепления). Кроме сил веса при этом, например, может идти речь о силах подъема, тангенциальных силах, опрокидывающих моментах или боковых силах, которые могут возникнуть в результате землетрясения или расчетной аварии. Для быстрого сброса избыточного давления, которое могло бы возникнуть при паро- и газообразовании в улавливающем резервуаре 19, может быть целесообразным, снабжать экранирующее кольцо 37 дополнительными разгрузочными отверстиями или соответственно перепускными (не представленными на чертеже) отверстиями. Далее рекомендуется тепловую изоляцию W или соответственно W1 W3 крепить снаружи на относительно тонкостенном изолирующем несущем держателе из нержавеющей стали и подвешивать и фиксировать этот изолирующий несущий держатель на консолях 51а несущего кольца 51 посредством подходящих выступов или кольцевых фланцев. Таким образом, гарантируется особенно устойчивое к землетрясению и надежное при аварии крепление для тепловой изоляции W. Подобный (не изображенный) изолирующий несущий держатель целесообразно снабжен одним или несколькими перекрываемыми крышками отверстиями для проверки, в результате чего облегчается монтаж изолирующего несущего держателя.

Несущее кольцо или соответственно структура несущего кольца 51 подключена через напряженные элементы 66 для вкладыша 22 к нему и тем самым дополнительно к окружающей стенке 7.2. Структура несущего кольца 51 может быть сварена (или свинчена) из кованных кольцевых сегментов с достаточным количеством мощных сегментов несущих прихватов, например, восемью, к которым приформованы консоли 51а. Другие анкеры, предусмотрены для стальной герметичной оболочки 3 защитной оболочки 1 (не представлено). С помощью жесткого крепления 58 фундаментная плита 59 фиксирована на поверхности дна канала 4.2, которое несет завихряющие тела 34а и на котором закреплены другие направляющие поток тела 60.

Фигура 4, 5 показывает в верхней области так называемый потолочный компенсатор 61 между бетонной структурой 4 окружающей стенки 7.2 и несущим кольцом 51. Последнее фиксировано наверх через контропору 62, а именно относительно потолка 63а кольцеобразной выемки 63 в окружающей стенке 7.2. Позицией 64 обозначена заглушка для отверстия повторной проверки 64а в структуре несущего кольца 51.

Как уже упомянуто, с помощью изобретения может осуществляться способ введения в действие и поддержания запасного охлаждения улавливающего резервуара 19 в установке ядерного реактора КА. Отдельными операциями способа (сравните фиг. 1 и 2) являются:
при нормальной работе установки ядерного реактора КА уровень охлаждающей воды резервуара охлаждающей воды 24 удерживают на нижнем уровне воды Р1, при котором в систему впускных каналов 31 системы охлаждения 29 улавливающего резервуара не может попадать охлаждающая вода, а только охлаждающий воздух согласно стрелкам потока f2, как уже пояснялось.

для дальнейшего хода способа следует предположить, что превосходящее расчеты событие еще предстоит или уже наступило. Подобное событие может, например, возникнуть из аварии потери охлаждающего средства LOCA (loss of coolant accident), что еще будет поясняться. В случае LOCA (loss of coolant accident) постулируется, что появилась трещина в одном из трубопроводов основного охлаждающего средства HL или отрыв такого трубопровода. При появлении подобной течи в первичном контуре вода запасного охлаждения запитывается активируемыми независимо от давления первичного контура напорными накопителями в трубопроводы основного охлаждающего средства HL напорного резервуара реактора 6, как например, поясняется в DE-PS 23 57 893. Это происходит за счет того, что обратные клапаны срабатывают на внешняя система охлаждения заполняется охлаждающей водой; однако еще не имеет места естественная циркуляция, поскольку отсутствует тепловое воздействие расплава ядра на улавливающий резервуар 19. Если в подъемной трубе 30 (которую можно обозначать также как сифон) вода поднимается, то открывается обратный клапан 65. Если уровень Р2 падает до уровня P1 или еще ниже, то несмотря на это охлаждающая вода по принципу сифона будет поступать через подъемную трубу 30 в во входную камеру 35, поскольку обратный клапан 65 закрыт. Внешняя система охлаждения 29 в результате описанного хода функционирования профилактически заполнена охлаждающей водой. Если теперь система запасного охлаждения, которая подводит к напорному резервуару реактора через его трубопроводы основного охлаждающего средства HL воду запасного охлаждения, по каким-либо причинам откажет, то уровень воды в напорном резервуаре реактора 6 начнет падать, наконец ядро 10 (фигура 1) больше не будет покрыто охлаждающей водой и также остаточная охлаждающая вода испарится из напорного резервуара реактора 6, без возможности пополнения, то наступает гипотетический аварийный случай расплавления ядра. Для этого аварийного случая улавливающий резервуар 19, как описано, надежно и без каких-либо управляющих команд, снабжен своей внешней системой охлаждения, то есть расплав ядра, который после расплавления полусферы 6.1 начал бы вначале капать, а затем и течь в улавливающий резервуар 19, будет смешиваться с запасом жертвуемого материала 19c (после того как он проплавит тепловую защиту W1) и распределяться внутри улавливающего резервуара 19. Поток тепла соответственно стал бы разогревать тигель 19а и тем самым содержащуюся во внешних охлаждающих каналах 29. 1, 29. 2 (еще стоящую) охлаждающую воду. В результате ввода тепла в эту колонну охлаждающей воды смогла бы развиваться естественная циркуляция, то есть подогретая вода поднимается согласно стрелкам потока fl вверх и покидает систему охлаждения 29 через систему выпускных каналов 32. Часть охлаждающей воды испаряется и конденсируется на расположенных внутри защитной оболочки оборотных охладителях или на стенках защитной оболочки. Конденсат капает или стекает обратно в резервуар охлаждающей воды 24 и, таким образом, снова стоит в распоряжении для циркуляции или соответственно охлаждения естественной циркуляцией. Если известное количество расплава ядра проникло в улавливающий резервуар 19, то тепловое излучение является настолько большим, что расплавляется также плавкая пробка 56а. Тогда через трубу охлаждения расплава 56 охлаждающая вода может втекать к поверхности расплава ядра и охлаждать ее сверху. Расплав ядра таким образом интенсивно охлаждается снизу через тигель 19а и сверху пленкой охлаждающей воды; так как защитный материал 19b также соединяется с расплавом ядра и образует с ним сплав, точка плавления которого предпочтительно понижена, так что на расплав оказывается эффект разжижения, то за счет этого оказывается благоприятное воздействие на теплоотвод от расплава ядра и его внутреннее катящееся ячеистое течение. Так как охлаждающая вода имеется в распоряжении в достаточном количестве, то через некоторое время, которое может составлять несколько дней, расплав ядра приводится к отверждению. После отверждения проходит еще несколько дней пока расплав ядра будет охлажден окончательно, и в этом состоянии можно начинать восстановление установки ядерного реактора. Для этого необходимо дезактивировать установку ядерного реактора и заменить соответствующими новыми компонентами поврежденный напорный резервуар реактора 6 вместе с улавливающим резервуаром 19, содержащим отвержденный расплав ядра.

Формула изобретения

1. Установка ядерного реактора, в частности установка ядерного реактора на легкой воде, с корпусом реактора, с активной зоной реактора и устройством удержания активной зоны, причем корпус реактора расположен и установлен в шахте реактора, которая образована несущей и защитной структурой и имеет область основания и окружную стенку, причем корпус реактора имеет вертикальный и боковой зазор относительно области основания или соответственно относительно окружной стенки шахты реактора, причем под корпусом реактора установлен охлаждаемый охлаждающей жидкостью улавливающий резервуар для расплава активной зоны таким образом, что его стенка имеет дистанционирующее промежуточное пространство относительно окружающей структуры, причем в дистанционирующем промежуточном пространстве предусмотрены охлаждающие каналы для внешнего охлаждения улавливающего резервуара охлаждающей жидкостью, отличающаяся тем, что улавливающий резервуар установлен в шахте реактора, стенка основания и боковая стенка устанавливающего резервуара имеют дистанционирующее промежуточное пространство относительно области основания или соответственно окружной стенки защитной структуры, причем в дистанционирующем промежуточном пространстве расположены со стороны основания и со стороны боковой стенки охлаждающие каналы, в дистанционирующем промежуточном пространстве в плоской области стенки основания предусмотрены завихряющие тела, выполненные в виде создающих турбулентность направляющих поток тел для создания турбулентного потока охлаждающей жидкости, текущего изнутри наружу через стенку основания к боковой стенке.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что охлаждающие каналы со стороны основания через систему впускных каналов, а охлаждающие каналы со стороны боковой стенки через систему выпускных каналов подключены к предусмотренному вне несущей и защитной структуры, образующему отстойник здания реактора или связанному с ним резервуару охлаждающей воды с такой высотой подъема, что при горячем улавливающем резервуаре и водонаполненных охлаждающих каналах возникает поток естественной циркуляции через охлаждающие каналы.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что улавливающий резервуар выполнен с такой высотой своей боковой стенки, что она проходит по меньшей мере до нижнего края активной зоны реактора.

4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что улавливающий резервуар установлен на области основания несущей и защитной структуры посредством завихряющих тел и/или отдельных опорных тел.

5. Установка по пп.1 4, отличающаяся тем, что улавливающий резервуар выполнен в виде тигля, при этом его стенка основания выгнута вниз или соответственно наружу и через скругленную краевую область переходит в боковую стенку, а боковая стенка от скругленной краевой области до верхнего края улавливающего резервуара легко конически сужена.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что основание улавливающего резервуара от самой нижней центральной области до краевой области выполнено в форме конуса, плоскости сечения которого, лежащие в аксиально-радиальной плоскости, проходят с небольшим углом подъема к горизонтали, выбранным из условия исключения прилипания пузырьков воздуха к стенке основания улавливающего резервуара при естественной циркуляции охлаждающей воды.

7. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что система впуксных каналов впадает в охлаждающие каналы со стороны основания в центральной области стенки основания улавливающего резервуара через впускную камеру, причем от впускной камеры охлаждающие каналы со стороны основания проходят наружу до краевой области улавливающего резервуара, а к краевой области примыкает проходящий вверх охлаждающий канал со стороны боковой стенки, который впадает в систему выпускных каналов.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что система впускных каналов пронизывает область основания несущей и защитной структуры и простирается от содержащей резервуар охлаждающей воды камеры до центральной области стенки основания улавливающего резервуара, а система выпускных каналов пронизывает окружающую стенку несущей и защитной структуры, образует продолжение охлаждающего канала со стороны боковой стенки и впадает в резервуар охлаждающей воды в его верхней области уровня.

9. Установка по пп.1 8, отличающаяся тем, что основное тело улавливающего резервуара образовано тиглем, состоящим из температуростойкого стального сплава, причем внутренние поверхности основания и боковой стенки тигля покрыты защитной оболочкой, которая служит для защиты материала тигля от воздействия расплава, а в качестве второго защитного слоя для тигля на защитную оболочку следует запас жертвуемого материала, количество которого достаточно для реакции с максимально возможным объемом расплава активной зоны, проникающего при возможном аварийном случае в улавливающий резервуар.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что защитная оболочка состоит из одного из следующих сплавов, в отдельности или в комбинации: MgO, UO₂, или ThO₂.

11. Установка по п.9, отличающаяся тем, что облицовка запасом жертвуемого материала выполнена в виде каменной кладки из экранирующих бетонных камней.

12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вокруг завихряющих тел расположены так называемые дельта-крылья в виде призм с трехсторонними плоскостями, которые закреплены на области основания несущей и защитной структуры, лежащей напротив стенки основания улавливающего резервуара с охлаждающим зазором.

13. Установка по п.1 или 4, отличающаяся тем, что завихряющие тела выполнены в виде патрубков, патрубки на своих обращенных к стенке основания улавливающего резервуара концах снабжены канальными выемками для создания частичных потоков охлаждающей воды, так что последние омывают стенку основания также в области патрубков.

14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что на каждый патрубок предусмотрено соответственно по две расположенные по одной линии в направлении потока канальные выемки, ограничения которых имеют кромки для увеличения турбулентности.

15. Установка по пп.1 14, отличающаяся тем, что экранирующее кольцо установлено выше улавливающего резервуара и примыкает к нему в кольцевом пространстве между окружающей стенкой несущей и защитной структуры и внешней поверхностью корпуса реактора.

16. Установка по п.15, отличающаяся тем, что экранирующее кольцо жестко закреплено на окружающей стенке несущей и защитной структуры.

17. Установка по п.15 или 16, отличающаяся тем, что экранирующее кольцо состоит из напряженного бетона и его стальное армирование объединено со стальным армированием, также состоящей из напряженного бетона несущей и защитной структуры в единую систему стального армирования.

18. Установка по пп.15 17, отличающаяся тем, что предусмотрена окружающая с зазором нижнюю часть корпуса реактора тепловая изоляция, которая в основном подразделена на три переходящие одна в другую изолирующие части:
а) нижнюю изолирующую часть, которая покрывает жертвуемый слой улавливающего резервуара и окружает полусферу основания корпуса реактора,
в) среднюю изолирующую часть, которая покрывает внутреннюю поверхность экранирующего кольца, и
с) верхнюю изолирующую часть, которая проходит от экранирующего кольца до области плоскости разъема крышки корпуса реактора и пронизана патрубками основного охлаждающего средства.

19. Установка по пп.2 18, отличающаяся тем, что внешняя система охлаждения улавливающего резервуара выполнена в виде двойной воздушной и водяной системы охлаждения, которая в нормальном режиме работы установки ядерного реактора, т. е. при сухой внешней системе охлаждения, служит для воздушного охлаждения корпуса реактора или соответственно внешней стороны окружающей его тепловой изоляции, причем для этой цели система впускных каналов подключена к источнику охлаждающего воздуха, а система выпускных каналов к стоку охлаждающего воздуха.

20. Установка по п. 19, отличающаяся тем, что дополнительно к внешней двойной системе охлаждения предусмотрена следующая система воздушного охлаждения для корпуса реактора, для вентиляции этой последующей системы воздушного охлаждения впускные каналы, пронизывающие окружающую стенку несущей и защитной структуры и экранирующее кольцо, впадают в верхнее пространство охлаждающего воздуха, последнее простирается вне верхней изолирующей части вплоть до несущей кольцевой структуры корпуса реактора, причем текущий вверх охлаждающий воздух является направляемым в виде нескольких частичных потоков вдоль следующих охлаждаемых поверхностей:
на внешней поверхности верхней изолирующей части и на внутренней поверхности окружающей стенки несущей и защитной структуры,
на внешней поверхности несущей кольцевой структуры, в частности на своих опирающих несущие прихваты корпуса реактора консолях и на своей собственной опоре,
и сквозь выпускные кольцевые каналы, образованные между внешней поверхностью трубопроводов основного охлаждающего средства и внутренней поверхностью приемов стенки несущей и защитной структуры, в защитную оболочку (контейнмент) или соответственно установку фильтрации отходящего воздуха.

21. Установка по пп.1 20, отличающаяся тем, что улавливающий резервуар в верхней половине своей боковой стенки пронизан по меньшей мере одной трубой охлаждения расплава, которая при многослойной структуре улавливающего резервуара проходит через его стенку тигля, защитный слой, запас жертвуемого материала и тепловую изоляцию, уплотнена на своем внутреннем конце с помощью плавной пробки и проложена с наклоном снаружи внутрь, а также подключена со стороны входа к накопителю охлаждающей жидкости, так что в случае находящегося в улавливающем резервуаре расплава активной зоны плавкая пробка нагревается до своей температуры плавления, приводится к расплавлению и тем самым освобождает путь потока охлаждающей жидкости к поверхности расплава активной зоны.

22. Способ ввода в действие и поддержания внешнего охлаждения устройства удержания активной зоны в установке ядерного реактора, причем устройство удержания активной зоны расположено в образованной несущей и защитной структурой шахте реактора под корпусом реактора и содержит охлаждаемый охлаждающей жидкостью улавливающий резервуар для расплава активной зоны, причем между стенкой улавливающего резервуара и граничащей структурой образовано дистанционирующее промежуточное пространство, причем в дистанционирующем промежуточном пространстве расположены охлаждающие каналы для внешнего охлаждения улавливающего резервуара, через которые протекает охлаждающая жидкость, отличающийся тем, что улавливающий резервуар установлен в шахте реактора так, что между стенкой основания и боковой стенкой образовано дистанционирующее промежуточное пространство относительно области основания или соответственно области окружающей стенки шахты реактора, в дистанционирующем промежуточном пространстве расположены со стороны основания и со стороны боковой стенки охлаждающие каналы, в плоской области стенки основания предусмотрены завихряющие тела, для создания турбулентного потока охлаждающей жидкости, текущего изнутри наружу через стенку основания к боковой стенке, охлаждающие каналы со стороны основания через систему впускных каналов и охлаждающие каналы со стороны боковой стенки через систему выпускных каналов подключены к предусмотренному вне несущей и защитной структуры, образующему отстойник здания реактора или связанному с ним резервуару охлаждающей воды с таким уровнем подъема, что при горячем улавливающем резервуаре и водонаполненных охлаждающих каналах возникает естественная циркуляция через охлаждающие каналы, причем при нормальном режиме работы установки ядерного реактора уровень охлаждающей воды резервуара охлаждающей воды удерживают на нижнем уровне воды, при котором в систему впускных каналов улавливающего резервуара системы охлаждения не может попадать охлаждающая вода, при появлении течи в первичном контуре воду запасного охлаждения запитывают активируемыми в зависимости от давления первичного контура напорными накопителями в трубопроводы основного охлаждающего средства корпуса реактора, причем эту воду запасного охлаждения через место течи и при необходимости параллельно ему через другие места запитывания вводят в резервуар охлаждающей воды, причем объем воды напорных накопителей является достаточным для поднятия уровня охлаждающей воды резервуара охлаждающей воды до высшего уровня, при котором охлаждающая вода от резервуара охлаждающей воды подается в систему впускных каналов и оттуда попадает в дистанционирующее промежуточное пространство системы охлаждения улавливающего резервуара и система охлаждения может заполняться вплоть до уровня системы выпускных каналов, так что при горячем улавливающем резервуаре запускается поток естественной циркуляции от резервуара охлаждающей воды через систему впускных каналов к охлаждающим каналам со стороны основания и со стороны боковой стенки системы охлаждения и оттуда через систему впускных каналов обратно к резервуару охлаждающей воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8