Устройство для улавливания расплавленных материалов из ядерного реактора

 

Использование: при локализации аварии на АЭС для улавливания компонентов активной зоны и их обломков из разрушенного корпуса. Сущность изобретения: устройство содержит расположенную ниже корпуса реактора и предназначенную для охлаждающей жидкости камеру, в которой установлено средство для приема расплава, выполненное в виде вертикальных труб, внутренние полости которых соединены с межтрубным пространством камеры, а верхние концы соединены, по крайней мере, на части своих торцов, и, по крайней мере, часть внутренних полостей которых содержит проплавляемые вытеснители объема. Техническим результатом является повышение степени разделения всей массы расплава на отдельные объемы при одновременном увеличении теплосъема. 16 з. п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к системам локализации аварии, и предназначено для улавливания расплавленных компонентов активной зоны и их обломков из разрушенного корпуса ядерного реактора при тяжелых авариях на АЭС.

Рост количества АЭС и приближение их к крупным населенным пунктам вместе с повышением требований по обеспечению безопасности делает необходимым проведение анализа прохождения тяжелых запроектных аварий, включая гипотетические, и разработку комплекса как технических, так и организационных мероприятий, направленных на минимизацию их последствий и прежде всего гарантирующих недопустимость распространения радиоактивных продуктов на широких территориях и т.д.

Проблема повышения уровня безопасности действующих и вновь проектируемых АЭС с реакторами ВВЭР имеет различные пути решения. Одним из направлений решения этой задачи является проектирование специальных устройств улавливания и локализации расплава топливосодержащих масс активной зоны, называемых "ловушками расплава активной зоны".

Идея ловушки заключается в "размазывании" расплава топливосодержащих масс (при плавлении активной зоны PWR мощностью 1300 МВт масса расплава, по оценкам американских и немецких специалистов, будет около 200 тонн с остаточным энерговыделением 40 МВт в начале процесса и 10 МВт через 10 дней) на возможно большой площади и/или фрагментации расплава на множество отдельных масс и охлаждении расплава непосредственно водой и/или через жаростойкие стенки ловушки. Тепло отводится с паром, который конденсируется на стальной стенке контайнмента, а дренажи возвращаются назад в нижнюю часть контайнмента. В конечном итоге тепло передается через стенку контайнмента в атмосферу.

Поэтому под корпусом реактора целесообразно устанавливать своеобразные барьеры: различного рода ванны или ловушки расплавленных материалов активной зоны. Конструктивное оформление таких устройств для улавливания расплава (кориума) может быть различно и обусловлено конкретной решаемой задачей.

Известно устройство для предотвращения проникновения в почву расплава активной зоны ядерного реактора, содержащее бетонную плиту, в которую встроен охлаждаемый приемный резервуар удержания расплава со средствами отклонения вбок расплава (см. Патент Франции 2616578, кл. G 21 С 13/10, 1988 г. ). Средства отклонения расплава выполнены в виде концентрических полостей в бетонной плите, которые способствуют растеканию расплава по большей площади перед попаданием его в приемный резервуар. Тем самым достигается более эффективное охлаждение расплава в приемном резервуаре, поскольку теплосъем происходит с большой поверхности. В случае локализации всей массы расплава на небольшом участке, особенно при малой величине вязкости расплава, средства отклонения расплава не смогут распределить его должным образом, что не позволит осуществить требуемый режим охлаждения расплава. По этой причине возникает вероятность дальнейшего продвижения расплава вниз.

Приемный резервуар может быть набран из большого числа автономных модулей, представляющих вертикальные цилиндрические колодцы с глухим дном, выполненные из жаростойкого материала (см. Патент Франции 2683375, кл. G 21 C 9/016, 1993 г. ). Верхние торцы колодцев закрыты пробками из легкоплавкого материала, которые разрушаются при поступлении кориума. Колодцы расположены с зазором, заполненным водой. Наличие приемной емкости, разделенной на отдельные приемные резервуары в виде модулей-колодцев, не позволяет расплаву локализоваться в одном месте. Однако, при поступлении расплава в модули существует возможность застывания его в верхней части модуля, т.е. имеет место неполное заполнение модулей, что может привести к образованию над поверхностью модулей монолитной части расплава с вытекающими негативными последствиями - образование критмассы, ограниченный теплосъем и пр.

Кроме того, описанные выше приемные устройства относятся к ловушкам сухого типа, в которых теплосъем от кориума происходит через жаропрочную стенку, что снижает отбор тепла. Наличие разделительной стенки затрудняет также перераспределение расхода охлаждающей среды между модулями в случае поступления в них разного количества расплава, что обуславливает неравномерное выделение тепла в разных модулях.

Наряду с устройствами для улавливания расплава, исключающими прямой контакт расплава с охлаждающей средой, разработаны ловушки различной конфигурации, в которых расплав подвергается охлаждению при его непосредственном взаимодействии с хладагентом.

Известно улавливающее устройство, содержащее слой графитовых частиц, обладающих высокой теплопроводностью, расположенных в приемном резервуаре, и устройство для заливки резервуара теплоносителем (см. Патент США 4113560, кл. G 21 C 9/00, 1978 г.). Расплавленная активная зона, попадая в резервуар, отдает часть тепла графитовой структуре и, растекаясь, заполняет ее. Сверху на резервуар с расплавом подается теплоноситель, который перемещается через слой графитовых частиц вниз резервуара, снимая тепло с расплава. При достаточно высоком уровне теплосъема за счет прямого контактирования охлаждающей среды с кориумом, устройство не позволяет обеспечить разделение объема расплава на множество мелких фрагментов, что увеличило бы охлаждение в большей степени, а растекание расплава между графитовыми частицами затруднено вследствие застывания внешней границы расплава. Перемешивание же графита и воды с топливосодержащими массами может привести к достижению критичности.

Аналогичную конструкцию с точки зрения взаимодействия расплава с хладагентом имеет контейнер для приема расплава, содержащий набор блоков из вещества, растворяемого в окисной части расплава (см. Патент США 4300983, кл. G 21 C 9/00, 1981 г.). Блоки окружены оболочкой из металла с точкой плавления ниже температуры расплава. После расплавления оболочек, сопровождаемого теплосъемом, расплав взаимодействует с веществом внутри блоков и образует легко растворимый водой состав, которая поступает сверху, охлаждая расплав и вымывая полученный состав. При этом в устройстве также не предусмотрены средства, позволяющие разделять расплав на несколько объемов. В данном устройстве обеспечение подкритичности также представляется проблематичным.

Наиболее близким к описываемому является устройство для улавливания расплавленных материалов из ядерного реактора, содержащее расположенную ниже корпуса реактора и предназначенную для охлаждающей жидкости камеру, в которой установлено средство для приема расплава (см. Заявка ЕПВ 0392604, кл. G 21 C 9/016, 1990 г. ). Данное устройство относится к "мокрым" ловушкам, предусматривающим непосредственное охлаждение расплава жидкостью, заполняющей ванну. Средство для приема расплава выполнено в виде двутавровых балок, размещенных по высоте рядами параллельно друг другу с зазором. Причем направление расположения балок в соседних рядах ортогонально. Расплав, попадая в образованную таким образом ячеистую структуру, перемещается вниз по своеобразному извилистому лабиринту с заполненными водой пустотами между балками, распределяясь на множество отдельных потоков, ограниченных балками. Происходит интенсивный теплосьем с большого количества небольших объемов расплава.

Тем не менее, в случае затвердевания первоначально поступающего объема расплава между балками, дальнейшее извилистое движение расплава по всему объему ячеистой структуры затруднено, что приводит к скапливанию расплава в одном месте и ухудшению условий его охлаждения. Ситуация усугубляется тем, что в данной конструкции отсутствуют специальные области приема расплава, отделенные от полостей, заполненных охлаждающей жидкостью, поскольку структура, образованная балками, однородна.

Таким образом все вышеописанные устройства для приема расплавленной активной зоны имеют существенный общий недостаток, связанный с отсутствием средств, позволяющих значительно уменьшить вероятность концентрации расплава в небольшом объеме приемных резервуаров. Наличие локализованной достаточно большой массы топлива предполагает образование критмассы и снижает теплосъем.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для приема и локализации расплавленных компонентов активной зоны ядерного реактора, позволяющего в большей мере осуществить фрагментирование поступающего кориума.

В результате решения данной задачи обеспечивается получение нового технического результата, заключающегося в том, что повышается степень разделения всей массы расплава на отдельные объемы при одновременном увеличении теплосъема.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для улавливания расплавленных материалов из ядерного реактора, содержащем расположенную ниже корпуса реактора и предназначенную для охлаждающей жидкости камеру, в которой установлено средство для приема расплава, средство для приема расплава выполнено в виде вертикальных труб, установленных друг относительно друга с зазором по смежным трубам, верхние концы которых соединены, по крайней мере, на части своих торцов.

Отличительная особенность изобретения состоит в следующем. Наличие вертикальных труб, установленных с зазором, позволяет организовать в камере, заполненной охлаждающей жидкостью, приемную структуру, в которой расплав поступает в основном лишь в полости труб, не заполняя зазоры между ними, что обусловлено соединением верхних концов труб, по крайней мере по части торцов труб. Такое выполнение труб, находящихся в охлаждающей жидкости и заполненных этой жидкостью, позволяет рассредоточить расплав при одновременном обеспечении его прямого контакта с охлаждающей жидкостью. Модули могут быть выполнены в виде цельнотянутого профиля и/или сварными и из материала, содержащего поглотитель нейтронов, в частности из бористой стали.

Верхние концы труб соединены посредством дистанционирующих элементов, выполненных целиком из тугоплавкого материала или имеющих наружную поверхность, снабженную тугоплавким покрытием и/или чехлом, а в нижней части, по крайней мере одной трубы установлена тугоплавкая приемная чаша.

Трубы имеют открытые или закрытые нижние торцы, а внутри труб расположены вытеснители объема в виде тонкостенных пустотелых герметичных емкостей для задерживания расплава, перекрывающие поперечное сечение труб и служащие для предотвращения прямого контакта расплава, поступающего в трубы, и охлаждающей жидкости (воды или раствора бора), заполняющей камеру. Причем конструкция вытеснителей объема выбирается из условия задержки расплава на короткий (до 2-10 секунд) период времени, после чего оболочка вытеснителя объема проплавляется и расплав перемещается на высоту данного элемента вниз. Вытеснители объема предотвращают таким образом интенсивное взаимодействие расплава с водой в процессе заполнения труб, что, в свою очередь, позволяет избежать паровых взрывов и поршневого выталкивания расплава из труб образующимся при кипении воды паром.

На трубах, в частности под вытеснителями объема выполнены отверстия.

Внутри труб установлены защищающие втулки, выполненные из керамического термостойкого материала. Причем верхние втулки имеют большую толщину для снижения теплового потока на трубы в зоне ухудшенного теплоотвода (выше уровня воды).

Смежные торцы соседних труб соединены посредством тугоплавких дистанционирующих элементов, перекрывающих верхнюю часть межтрубного пространства и закрывающих верхние торцы труб.

Ячеистая структура труб снабжена внутри приемными элементами, для чего в нижней части труб размещены тугоплавкие приемные чаши для удержания расплава на период его охлаждения.

Верхняя поверхность камеры перекрыта плавкой металлической мембраной, профиль которой повторяет профиль верхней поверхности труб, и которая служит для распределения поступающего из околореакторного пространства расплава по верхней поверхности камеры с целью более равномерного заполнения расплавом труб. При этом время проплавления мембраны расплавом выбирается на период, не превышающий нескольких минут, чтобы избежать разрушающего влияния расплава на конструкции, расположенные выше камеры устройства. В мембране выполнены отверстия для прохода воды, поступающей сверху из околореакторного пространства, а также каналы для выхода пара, проходящие также через дистанционирующие элементы и соединяющие межтрубные зазоры с полостью над мембраной. Размер каналов выбирается из условия предотвращения прохода по ним кориума в расплавленном состоянии. Для улучшения распределения расплава профиль мембраны и, соответственно, верхних торцов и высоты труб выбран с увеличением высоты в центре и на периферии по отношению к средней высоте. При этом возможно радиальное расположение отдельных труб, имеющих равную высоту, что создает межтрубные каналы большего по отношению к среднему значению сечения, что облегчает выход пара.

Камера, предназначенная для охлаждающей жидкости, может быть выполнена в виде по крайней мере одного автономного блока и соединена через соединительные трубопроводы, по крайней мере, с одной емкостью, содержащей охлаждающую жидкость.

Перечень фигур чертежей.

На фиг. 1 изображена схема устройства для улавливания расплава, на фиг. 2 - вертикальный разрез трубы, на фиг. 3 - горизонтальный разрез труб, на фиг. 4 - вертикальный разрез дистанционирующего элемента.

Устройство содержит камеру 1, заполненную охлаждающей жидкостью 2, располагаемую ниже корпуса 3 ядерного реактора. Камера 1 может быть выполнена как единое целое с шахтой 4 реактора, но может быть установлена в подреакторном пространстве как, по крайней мере, один автономный дополнительный блок. Блоки можно располагать в свободных пространствах ниже реактора 3. Для поступления кориума в камеру применяются подводящие каналы 5, выполненные, например, в виде желобов.

Внутри камеры 1 расположены вертикальные трубы 6, установленные друг относительно друга с зазором 7. Трубы 6 целесообразно выполнять из материала, содержащего поглотитель нейтронов, например из бористой стали. Полости труб 6 и зазоры 7 между ними гидравлически связаны друг с другом посредством отверстий 21, выполненных в трубах, а также за счет каналов 17 в вертикальных опорах 16.

Трубы 6, расположенные в камере 1, залиты охлаждающей жидкостью 2, в качестве которой используется вода или вода, включающая добавки поглотителя нейтронов, в частности водный раствор бора.

Между днищем камеры 1 и трубами 6, например непосредственно на днище камеры 1, можно установить дополнительную ячеистую приемную структуру 8, выполненную, в частности в виде опор и/или пластин из нейтронопоглощающего материала. Наиболее целесообразно для изготовления структуры 8 использовать отходы, получаемые при изготовлении труб 6, что обеспечивает подкритичность кориума в структуре 8.

Трубы можно устанавливать непосредственно на днище камеры 1, а также на вертикальные опоры 16, располагаемые внизу камеры 1, или соединяемые со стенками камеры 1.

Верхняя часть камеры 1 перекрыта плавкой металлической мембраной 9, выполняющей роль элемента, обеспечивающего растекание расплава по возможно большей площади с целью равномерного заполнения расплавом труб 6. Соединение верхних торцов соседних труб 6, по крайней мере по части их смежных торцов, осуществлено посредством дистанционирующих элементов 11, рассекающих поток расплава. На элементы 11 устанавливается мембрана 9 и фиксируется посредством крепежных элементов 10. В мембране 9 над трубами 6 выполнены отверстия для прохода воды 26, а над межтрубным зазором 7 выполнены каналы для выхода пара, проходящие через дистанционирующие элементы 11, и соединяющие тем самым пространство над мембраной с межтрубным зазором 7. Дистанционирующие элементы изготовляются целиком из тугоплавкого материала и соединяются с торцами труб 6 известным образом, например штифтами 22 или резьбовыми крепежными элементами. Нижние концы труб 6 соединены аналогичным образом с помощью элементов 19. Целесообразно выполнить из тугоплавкого материала лишь наружную поверхность дистанционирующих элементов 11 (в виде чехла), под которым сами трубы соединяются металлическими проставками 23. Трубы 6 могут быть выполнены в виде цельнотянутого профиля или сварными из отдельных труб.

Внутри труб 6 размещаются вытеснители объема 13, выполняющие роль элементов для удерживания расплава, перекрывающих поперечное сечение труб 6. Вытеснители объема 13 могут быть выполнены в виде пустотелых герметичных емкостей, прилегающих к внутренней поверхности труб 6 и повторяющих в поперечном сечении сечение трубы, что способствует увеличению массы расплава, задерживаемого одним элементом. Размеры отверстий 21 выбраны из условия обеспечения перетекания воды из зазоров 7 в трубы 6, т.к. замещение воды в зазоре 7, выполняющей вместе с трубами 6 роль ловушки быстрых нейтронов, может привести к росту размножения нейтронов и тем самым привести к достижению критичности.

Внутри труб установлены защищающие втулки 12 и 14, выполненные из керамического термостойкого материала. Причем верхние втулки 12 имеют большую толщину, чем нижние втулки 14, для снижения теплового потока на трубы в зоне ухудшенного теплоотвода (выше уровня воды).

Выше уровня охлаждающей жидкости 2 на пути потока расплава размещена мембрана 9 для распределения расплава. Проплавляемая мембрана служит для кратковременного удержания, распределения по верхней поверхности камеры 1 потока расплава и направляет после проплавления расплав в отдельные трубы 6. Проплавляемая мембрана 9 устанавливается непосредственно на верхних торцах труб 6 и может прикрепляться к дистанционирующим элементам 11 с помощью крепежных элементов 10.

Выполнение структуры 8 из вертикальных опор 16, на которые опираются трубы 6, позволяет не только обеспечить дистанционирование труб, но и обеспечить надежный подвод воды в трубы 6 за счет вертикальных 17 и горизонтальных 18 каналов для прохода охлаждающей жидкости (воды) 2.

Нижние торцы труб модулей 6 соединяются таким образом элементами 19 с вертикальными опорами 16, верхняя часть которых входит в зазор 7 между трубами и повторяет форму этого зазора. На опорах 16 также устанавливаются приемные элементы 15, которые служат для удержания расплава во время его охлаждения и затвердевания, выполнены из тугоплавкого материала и имеют каналы 20 для прохода охлаждающей жидкости, размеры которых выбираются таким образом, чтобы предотвратить попадание кориума в расплавленном виде на дно камеры 1.

Камера 1 для охлаждающей жидкости и трубы 6 дополнительно соединяются через соединительные трубопроводы 24 с емкостями, содержащими охлаждающую жидкость (на фигурах не показаны). Причем в режиме ожидания камера 1 и трубы 6 могут не содержать охлаждающей жидкости, оставаясь сухими. Для выхода пара и выравнивания давления предусмотрены каналы 25, соединяемые с верхней частью зазоров 7.

Устройство функционирует следующим образом. Расплав с компонентами активной зоны, вытекая из разрушенного корпуса 3 ядерного реактора, поступает через канал (желоб) 5, который может перекрываться плавкой перемычкой, непосредственно на плавкую металлическую мембрану 9 для распределения расплава и, растекаясь по поверхности мембраны и проплавляя ее, поступает в трубы 6, разбиваясь тем самым на отдельные потоки, соответствующие размерам труб и подвижности расплава. Распределение расплава по мембране позволяет разнести во времени количество расплава, поступающего в отдельные трубы, и наряду с вытеснителями объема предотвращает возможность парового взрыва, а также обеспечивает улучшение условий охлаждения расплава путем его рассредоточения.

Учитывая необходимость рассредоточения расплава по трубам, находящимся не только в центре камеры 1, профиль поверхности мембраны и, соответственно, профиль труб по высоте выбраны такими, чтобы высота труб в центре и на периферии превышала среднюю высоту, создавая возможность расплаву растекаться от центра к более удаленным трубам, что дает большую площадь распределения и, соответственно, большие объемы труб, вовлеченных в прием кориума. С учетом необходимости отвода пара желательно по лучам, направленным от центра, также расположить трубы, высота которых превышает среднюю, формируя тем самым в зазорах 7 каналы для отвода пара большей по отношению к средней высоты.

После проплавления мембраны кориум попадает в трубы б, где тормозится вытеснителями объема 13, предотвращающими интенсивное парообразование и связанное с этим паровое выталкивание расплава из труб, но не препятствующими заполнению расплавом труб в силу тонкостенности своих расплавляемых оболочек. Находясь короткое время в верхней части труб над вытеснителями объема, расплав охлаждается слабо в силу низких коэффициентов теплоотдачи к пару, заполняющему верхнюю часть зазора 7 выше уровня охлаждающей жидкости (воды). Для предотвращения проплавления труб в этой зоне внутри труб установлены защищающие втулки 12, выполненные из керамического термостойкого материала и прилегающие к внутренней поверхности труб 6. Толщина втулок 12 выбрана из условия снижения теплового потока на трубы до допустимых по условиям работоспособности труб величин, а также предотвращения всплытия пустотелых вытеснителей объема 13. Высота зоны, заполненной втулками 12, превышает высоту зазора 7, находящегося выше уровня охлаждающей жидкости.

Опустившись ниже уровня, защищенного втулками 12, расплав после расплавления оболочек вытеснителей объема 13 начинает охлаждаться при соприкосновении с охлаждающей жидкостью 2, находящейся внутри труб 6 в первую очередь в зазорах между внутренней поверхностью труб 6 и наружными стенками оболочек вытеснителей объема 13. Снизу вода поступает к расплаву по каналам 20 и 21.

Основным каналом теплоотвода от расплава служит поток тепла, передаваемого через стенки труб 6 к воде, находящейся в зазоре 7. Для уменьшения термических нагрузок на трубы и с учетом большого запаса по теплоотдающей поверхности труб между вытеснителями объема 13 и стенками труб 6 размещены защищающие втулки 14 из керамического термостойкого материала, снижающие поток тепла, передаваемый от расплава к воде. Проведенные эксперименты показали, что целесообразно в качестве тугоплавкого материала, из которого выполняются дистанционирующие элементы 11, выполняющие функции рассекателей потока расплава и предотвращающие попадание расплава в зазоры 7 между трубами 6, использовать оксид урана и/или циркония, являющиеся составными компонентами кориума. Из этих же материалов могут выполняться и защищающие втулки 12 и 14.

Трубы 6 в камере 1 могут размещаться как по треугольной сетке, так и по ортогональной (квадратной), что в свою очередь создает возможности управлять как степенью заполнения расплавом объема камеры 1, так и условиями отвода тепла от труб 6 к воде в зазорах 7, форма которых соответствует сетке размещения, а также газодинамическими условиями течения пара в зазорах 7. В случае выполнения камеры 1 в режиме ожидания без охлаждающей жидкости 2, предварительно следует обеспечить подачу жидкости в камеру 1 и модули 6, что может быть произведено любым известным путем. Например, охлаждающая жидкость в режиме ожидания хранится в емкости, расположенной выше камеры 1 и изолированной от камеры 1 плавкими вставками в трубопроводах 24. При поступлении кориума на мембрану 9 происходит нагрев плавких вставок, их расплавление и освобождение трубопроводов 24 для поступления воды в трубы 6.

Дополнительным каналом подачи воды в камеру 1 служит конденсат, поступающий из разрушенного контура реактора, скопление которого на поверхности мембраны 9 перед началом поступления расплава из желоба 5 предотвращается за счет отверстий 26 для прохода воды, выполненных в мембране 9. Расплав растекается по трубам 6, чему способствуют дистанционирующие элементы 11, рассекающие поток расплава, который растекается по трубам 6, практически не попадая в зазоры 7 между трубами 6. Проникая в полости труб 6, заполненные жидкостью 2, кориум интенсивно охлаждается. Образующийся пар жидкости 2, выходя между стенками труб 6 и поступающим расплавом, уменьшает вероятность закупоривания полости труб 6 затвердевшим расплавом.

Если количества охлаждающей жидкости, находящейся в зазоре между трубами 6, достаточно для снятия тепла от расплава, поступающего в одну из труб 6, то такая труба будет заполнена полностью, т.к. паровая прослойка между расплавом и стенками труб 6 позволяет двигаться вниз даже затвердевающему расплаву, исключая его адгезию со стенками труб 6, защищенными втулками 12 и 14. Именно в этом состоит свойство саморегулируемости описываемой конструкции, позволяющее распределить расплав по большему объему камеры в зависимости от условий охлаждения в том или ином модуле. В нижней части труб 6 находятся приемные элементы 15 и вертикальные опоры 16, выполняемые из тугоплавких материалов, попадая в которые расплав при взаимодействии с водой застывает. В случае проникновения части расплава в зазоры 7 он также застывает при охлаждении водой, чему способствует разветвленность каналов водоподвода, не препятствуя в то же время подводу воды в другие участки системы зазоров вокруг труб 6.

Следует отметить, что в данном техническом решении основная масса расплава удерживается в пределах труб 6, а попадание расплава в структуру опор 16 возможно в случае выполнения торцов труб 6 открытыми или в случае проплавления элементов конструкции труб 6, в частности при разрушении закрытых торцов.

В камере 1 дополнительно можно установить теплообменное устройство (на чертежах не показано) для снижения температуры охлаждающей жидкости 2, которая за счет естественной конвекции и выпаривания в зазорах 7 снимает тепло от расплава. Более быстрое заполнение жидкостью 2 (при ее выпаривании) зазоров 7 и полостей труб 6 происходит за счет отверстий 21 в стенках труб 6 и через каналы 17 в опорах и каналы 20 в приемных элементах 15 труб 6.

В ячеистой структуре опор 16 полностью удается локализовать остатки расплава, не задержанные в трубах 6.

Подпитка охлаждающей жидкостью камеры 1 осуществляется через трубопроводы 24, соединяющие камеру 1 с емкостями запаса охлаждающей жидкости, которые могут непосредственно примыкать к камере 1 или располагаться в свободных местах внутри защитной оболочки. Образовавшийся пар собирается в верхней части камеры 1 и по зазорам 7, а затем по трубопроводам 25 выводится в защитную оболочку или непосредственно в систему его конденсации.

При попадании расплава в полости труб 6 происходит его охлаждение, сопровождающееся уменьшением плотности воды в полости труб 6, которая будет не выше плотности воды в зазорах 7, поскольку в них поступает вода (снизу) из емкостей запаса через каналы 17, а количество расплава, которое может попасть в зазоры 7, существенно меньше за счет установки дистанционирующих элементов 11 на пути потока расплава (перекрывающие, в случае необходимости, полностью верхнее сечение зазоров 7), что создает необходимые условия для достижения подкритичности расплава в устройстве.

Примером выполнения такого устройства может служить конструкция, состоящая из труб из бористой стали, используемых в стеллажах уплотненного хранения топлива реактора ВВЭР-1000 с толщиной стенки 6 мм. При установке таких труб с шагом 330 мм в шахте реактора можно разместить до 250 труб. При этом объем для принятия расплава при средней высоте ловушки 3 м составит около 40 м³. Вся топливная композиция, которая занимает объем в 10 м³, может разместиться лишь в 60 трубах, площадь поверхности которых составит 150 м². Наличие гарантированного зазора между трубами порядка 60 - 80 мм (при указанных выше размерах труб и шаге их установки) исключает достижение критичности.

Таким образом, описываемое устройство снижает локальные концентрации значительных масс расплава в небольших объемах приемной камеры, обеспечивая тем самым подкритичность при одновременном улучшении условий его охлаждения.

Формула изобретения

1. Устройство для улавливания расплавленных материалов из ядерного реактора, содержащее расположенную ниже корпуса реактора и предназначенную для охлаждающей жидкости камеру, в которой установлено средство для приема расплава, отличающееся тем, что средство для приема расплава выполнено в виде вертикальных труб, внутренние полости которых соединены с межтрубным пространством камеры, а верхние концы соединены, по крайней мере, на части своих торцев, и, по крайней мере, часть внутренних полостей которых содержит проплавляемые вытеснители объема.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проплавляемые вытеснители объема выполнены в виде тонкостенных пустотелых герметичных емкостей.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что трубы по радиусу камеры выполнены разновысотными, образуя в продольном сечении камеры профиль равномерного изменения верхней поверхности труб такой, что высота труб увеличена по отношению к средней высоте в центре и на периферии устройства.

4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что над трубами установлена плавкая металлическая мембрана, профиль которой повторяет профиль верхней поверхности труб.

5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что внутри труб установлены защищающие втулки из термостойкого материала, по крайней мере, часть внешней поверхности которых прилегает к внутренней поверхности труб.

6. Устройство по любому и пп.1 - 5, отличающееся тем, что верхние торцы труб соединены между собой дистанционирующими элементами, перекрывающими верхнюю часть межтрубного пространства.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дистанционирующие элементы закрывают верхние торцы труб и выполнены из тугоплавкого материала.

8. Устройство по любому из пп.4 - 7, отличающееся тем, что мембрана установлена на дистанционирующие элементы.

9. Устройство по любому из пп.5 - 8, отличающееся тем, что в верхней части труб защищающие втулки имеют большую толщину, чем нижерасположенные втулки.

10. Устройство по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что трубы размещены по треугольной сетке.

11. Устройство по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что трубы размещены по квадратной сетке.

12. Устройство по любому из пп.4 - 11, отличающееся тем, что межтрубная полость соединена с пространством над плавкой металлической мембраной каналами, выполненными в виде отверстий в дистанционирующих элементах и мембране.

13. Устройство по любому из пп.1 - 12, отличающееся тем, что предназначенная для охлаждающей жидкости камера соединена через отверстия в своей нижней части по крайней мере с одной емкостью, содержащей жидкость, в качестве которой выбрана вода или водный раствор бора, а в верхней части имеет отверстия для выхода воды и/или водяного пара.

14. Устройство по любому из пп.1 - 13, отличающееся тем, что трубы выполнены из материала, содержащего поглотитель нейтронов.

15. Устройство по любому из пп.5 - 14, отличающееся тем, что защищающие втулки выполнены из материала, содержащего оксид урана и/или циркония.

16. Устройство по любому из пп.6 - 15, отличающееся тем, что дистанционирующие элементы выполнены из материала, содержащего оксид урана и/или циркония.

17. Устройство по любому из пп.6 - 16, отличающееся тем, что мембрана выполнена с отверстиями для прохода воды и/или пара, соединяющими полость внутри труб и пространство над мембраной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4