Устройство локализации расплава
Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к системам, обеспечивающим безопасность атомных электростанций (АЭС). Устройство локализации расплава включает охлаждаемый корпус с двойной стенкой, днище которого углублено к центру с уклоном, заполненный наполнителем. Наполнитель состоит из нескольких верхних и нижней кассет. В каждой кассете выполнены один центральный и несколько периферийных вертикальных каналов-накопителей. Диаметр центрального вертикального канала-накопителя превышает равные диаметры вертикальных периферийных каналов-накопителей. Горизонтальные радиальные каналы-распределители соединяют вертикальные периферийные каналы-накопители с центральным вертикальным каналом-накопителем. Горизонтальные радиальные каналы-распределители нижней кассеты выполнены с уклоном. Угол уклона совпадает с уклоном днища корпуса ловушки расплава. Верхние и нижняя кассеты содержат керамические пластины, выполненные с микроканалами, разделенными между собой горизонтальными и вертикальными щелевыми каналами, и установлены друг на друге. Изобретение позволяет повысить безопасность атомной электростанции за счет исключения выхода жидких и твердых радиоактивных материалов (кориума) за пределы устройства локализации расплава. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности, к системам, обеспечивающим безопасность атомных электростанций (АЭС), и может быть использовано при тяжелых авариях, приводящих к разрушению корпуса реактора и его герметичной оболочки.
Наибольшую радиационную опасность представляют аварии с расплавлением активной зоны, которые могут происходить при множественном отказе систем охлаждения активной зоны.
При таких авариях расплав активной зоны - кориум, расплавляя внутриреакторные конструкции и корпус реактора, вытекает за его пределы и вследствие сохраняющегося в нем остаточного тепловыделения может нарушить целостность герметичной оболочки АЭС - последнего барьера на пути выхода радиоактивных продуктов в окружающую среду.
Для исключения этого необходимо локализовать вытекший из корпуса реактора расплав активной зоны (кориум) и обеспечить его непрерывное охлаждение, вплоть до полной кристаллизации. Эту функцию выполняет система локализации и охлаждения расплава активной зоны реактора, которая предотвращает повреждения герметичной оболочки АЭС и тем самым защищает население и окружающую среду от радиационного воздействия при тяжелых авариях ядерных реакторов.
Известно устройство [1] локализации и охлаждения кориума аварийного ядерного реактора водо-водяного типа, содержащее расположенную в подреакторном пространстве охлаждаемую ловушку, защитную ферму, расположенную под днищем реактора, и консоль, расположенную сверху шахты над ловушкой, в ловушке размещены жертвенные материалы-разбавители урансодержащей оксидной и стальной составляющих расплава кориума, сформированные в кассеты, которые составлены в блоки.
Недостатком данного устройства является недостаточно эффективное охлаждение расплава, связанное с разделенной (ячеистой) установкой керамических элементов, при которой, при разрушении расплавом кориума стального каркаса, керамические элементы, как более легкие, всплывают в расплаве кориума и, практически, не взаимодействуют с его оксидной составляющей, переходя в шлак, что может привести к выходу жидких и твердых радиоактивных материалов (кориума) за пределы устройства локализации расплава.
Известно устройство [2] локализации и охлаждения кориума ядерного реактора, расположенное в подреакторном пространстве бетонной шахты, включающее охлаждаемый водой корпус в виде сосуда, днище которого углублено к центру с уклоном 10-20 градусов, а толщина днища не менее чем на 30% больше толщины боковой стенки корпуса, при этом в корпусе расположены брикеты материала-разбавителя урансодержащего оксидного кориума, связанные цементным раствором и размещенные в стальных блоках, размещенных в несколько горизонтальных слоев, днище нижнего блока идентично по форме днищу корпуса, расположенные над ним блоки имеют центральное отверстие, а узлы крепления блоков к корпусу и между собой размещены в вертикальных прорезях блоков, причем прорези и, частично, блоки заполнены бетоном.
Недостатком данного устройства является недостаточно эффективное охлаждение расплава, связанное с разделенной (ячеистой) установкой керамических элементов, при которой, при разрушении расплавом кориума стального каркаса, керамические элементы, как более легкие, всплывают в расплаве кориума и, практически, не взаимодействуют с его оксидной составляющей, переходя в шлак, что может привести к выходу жидких и твердых радиоактивных материалов (кориума) за пределы устройства локализации расплава.
Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство [3] локализации расплава, включающее охлаждаемый корпус с двойной стенкой, заполненный наполнителем, скомпонованным в блоки, каждый из которых разделен на сегменты узлами крепления, установленными радиально относительно вертикальной оси устройства, при это заполнение наполнителем сегментов осуществлено с образованием свободных зон, сообщающихся с центральным сквозным отверстием для прохода расплава.
Недостатком данного устройства является недостаточно эффективное охлаждение расплава, связанное с разделенной (ячеистой) установкой керамических элементов, при которой, при разрушении расплавом кориума стального каркаса, керамические элементы, как более легкие, всплывают в расплаве кориума и, практически, не взаимодействуют с его оксидной составляющей, переходя в шлак, что может привести к выходу жидких и твердых радиоактивных материалов (кориума) за пределы устройства локализации расплава.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении безопасности атомной электростанции за счет исключения выхода жидких и твердых радиоактивных материалов (кориума) за пределы устройства локализации расплава в случае возникновения тяжелой аварии с выходом расплава активной зоны за пределы ядерного реактора.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности и надежности устройства локализации расплава путем улучшения условий охлаждения кориума.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве локализации расплава, включающем охлаждаемый корпус с двойной стенкой, днище которого углублено к центру с уклоном, заполненный наполнителем, направляющий элемент для организации движения расплава, пассивную систему подачи воды на поверхность расплава, согласно изобретению, наполнитель состоит из нескольких верхних и нижней кассет, в каждой из которых выполнены один центральный и несколько периферийных вертикальных каналов-накопителей, диаметр центрального вертикального канала-накопителя превышает равные диаметры вертикальных периферийных каналов-накопителей, горизонтальные радиальные каналы-распределители, соединяющие вертикальные периферийные каналы-накопители с центральным вертикальным каналом-накопителем, при этом горизонтальные радиальные каналы-распределители нижней кассеты выполнены с уклоном, угол которого совпадает с уклоном днища корпуса ловушки расплава, горизонтальные азимутальные каналы-распределители, соединяющие вертикальные периферийные каналы-накопители верхних кассет друг с другом, при этом горизонтальные радиальные и азимутальные каналы-распределители имеют равные диаметры, при этом верхние и нижняя кассеты содержат керамические пластины, выполненные с микроканалами, разделенными между собой горизонтальными и вертикальными щелевыми каналами, и установлены друг на друге таким образом, что контуры их вертикальных центрального и периферийных каналов-накопителей совпадают друг с другом.
Дополнительно, в устройстве локализации расплава каждый периферийный вертикальный канал-накопитель расположен на одной аксиальной оси с соответствующим радиальным ребром охлаждаемого корпуса.
Дополнительно, глубина центрального вертикального канала превышает глубину периферийных вертикальных каналов-накопителей.
Дополнительно, в центральном вертикальном канале-накопителе установлен демпфер, состоящий из центральной обечайки, силовых ребер, соединенных с центральной обечайкой, наклонных пластин, расположенных между силовыми ребрами, фиксаторов, обеспечивающих крепление демпфера к охлаждаемому корпусу.
Одним отличительным признаком заявленного изобретения является то, что наполнитель состоит из нескольких верхних и нижней кассет, в каждой из которых выполнены один центральный и несколько периферийных вертикальных каналов-накопителей, диаметр центрального вертикального канала превышает равные диаметры вертикальных периферийных каналов-накопителей, горизонтальные радиальные каналы-распределители, соединяющие вертикальные периферийные каналы-накопители с центральным вертикальным каналом-накопителем, при этом горизонтальные радиальные каналы-распределители нижней кассеты выполнены с уклоном, угол которого совпадает с уклоном днища корпуса ловушки расплава, горизонтальные азимутальные каналы-распределители, соединяющие вертикальные периферийные каналы-накопители верхних кассет друг с другом, при этом горизонтальные радиальные и азимутальные каналы имеют равные диаметры, керамические пластины в верхних и нижней кассетах, выполненные с микроканалами и разделенные между собой горизонтальными и вертикальными щелевыми каналами, при этом все кассеты установлены друг на друге таким образом, что контуры их вертикальных центрального и периферийных каналов- накопителей совпадают друг с другом.
Еще одним отличительным признаком заявленного изобретения является то, каждый периферийный вертикальный канал-накопитель расположен на одной аксиальной оси с соответствующим радиальным ребром охлаждаемого корпуса.
Еще одним отличительным признаком заявленного изобретения является то, что глубина центрального вертикального канала-накопителя превышает глубину периферийных вертикальных каналов-накопителей.
Еще одним отличительным признаком заявленного изобретения является то, что в центральном вертикальном канале-накопителе установлен демпфер, состоящий из центральной обечайки, силовых ребер, соединенных с центральной обечайкой, наклонных пластин, расположенных между силовыми ребрами, фиксаторов, обеспечивающих крепление демпфера к охлаждаемому корпусу.
Такая структура наполнителя обеспечивает эффективное распределение расплава активной зоны внутри охлаждаемого корпуса за счет следующих элементов:
- центральный и периферийный вертикальные каналы-накопители обеспечивают одномоментный прием больших масс расплава активной зоны, а также распределение расплава по объему всего наполнителя при переполнении отдельных каналов-накопителей, что обычно происходит при неосесимметричном истечении расплава активной зоны из корпуса реактора;
- центральный и периферийные вертикальные каналы-накопители обеспечивают защиту вышерасположенных конструкций от теплового излучения со стороны перегретой стали на начальной стадии поступления расплава активной зоны из корпуса реактора в наполнитель, так как они не позволяют нагревать прямым тепловым излучением верхнюю часть корпуса ловушки (практически, блокируют прямой прострел), и обеспечивают сохранение тепла в жидкой стали, поступившей в наполнитель при двухстадийном процессе истечения расплава активной зоны из корпуса реактора, при котором на начальной стадии разрушения корпуса реактора из него вытекает в основном перегретая сталь с небольшим количеством жидких оксидов, затем, в течение от 30 минут до 3-4 часов, из корпуса реактора вытекает основной объем жидких оксидов, содержащий некоторое количество жидкой корпусной стали;
- центральный и периферийные вертикальные каналы-накопители обеспечивают эффективные условия для обеспечения работоспособности щелевых каналов в полном объеме, так как вертикальное расположение каналов-накопителей обеспечивает преимущественно вертикальную границу раздела при контакте расплава активной зоны с керамическими элементами, и образующиеся пары воды эвакуируются по щелевым каналам, слабо взаимодействуя с расплавом активной зоны;
- горизонтальные радиальные и азимутальные каналы-распределители обеспечивают связь между центральным и периферийными вертикальными каналами-накопителями, и, следовательно, азимутальное перераспределение расплава между ними, что позволяет эффективно выравнивать уровень расплава между вертикальными каналами-накопителями при неосесимметричном поступлении расплава активной зоны из корпуса реактора, не допуская перелива расплава через их края. Дополнительно, эти горизонтальные каналы-распределители позволяют избежать переполнения отдельных вертикальных каналов-накопителей, обеспечить выравнивание массы поступающего расплава по объему наполнителя, тем самым выравнивая термомеханическую нагрузку на наполнитель, и, в конечном итоге, обеспечить равномерный разогрев корпуса ловушки расплава по всему периметру и высоте.
- горизонтальные радиальные и азимутальные каналы-распределители, обеспечивая единый уровень расплава в наполнителе, позволяют полностью использовать преимущества такой структуры, а именно, низкий уровень расплава в каналах-накопителях позволяет использовать наполнитель в качестве пассивной защиты от воздействия теплового излучения на элементы конструкции ловушки расплава, фермы-консоли и направляющей плиты на ранних стадиях истечения расплава активной зоны из корпуса реактора. Например, при двухстадийном процессе поступления расплава расплав жидких металлов, вытекая из корпуса реактора в залповом режиме, полностью располагается в нижней части наполнителя, не имея возможности образовать единую открытую излучающую поверхность;
- щелевые каналы, разделяющие керамические элементы наполнителя, изначально заполнены связующим веществом, обеспечивающим монолитность кассеты наполнителя. В процессе разогрева зоны соприкосновения расплава и наполнителя начинается процесс физико-химического взаимодействия на границе соприкосновения, при этом связующее вещество, по мере повышения температуры, начинает деградировать, теряя воду. Пар, выделившийся из разрушающегося связующего вещества, движется, главным образом, по вертикальным щелевым периферийным каналам, обходя зоны, заблокированные расплавом. Только в тех местах, в которых расплав заливает сверху щелевые каналы, пар проходит сквозь толщу расплава, вступая с ним в химическое взаимодействие. Таким образом, чем более разветвленную структуру имеют щелевые каналы, тем легче пару обходить расплав, не вступая с ним во взаимодействие;
- микроканалы, расположенные внутри керамических элементов, образованные при спекании, обеспечивают заданную кинетику взаимодействия с расплавом активной зоны.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства локализации расплава с наполнителем, выполненным в соответствии с заявленным изобретением.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе наполнителя, в котором выполнены вертикальные центральный и периферийные каналы-накопители, а также горизонтальные радиальные и азимутальные каналы-распределители.
На фиг. 3 представлен увеличенный вид наполнителя, в котором выполнены щелевые каналы и микроканалы.
На фиг. 4 представлен общий вид демпфера.
Заявляемое изобретение работает следующим образом.
Заявленное устройство локализации расплава (далее - УЛР) представляет собой устройство тигельного типа, размещенное в подреакторном пространстве бетонной шахты.
Как показано на фиг. 1, устройство (1) локализации расплава содержит охлаждаемый корпус (2), который представляет собой стальной многослойный сосуд, установленный на опоре, зафиксированной на бетонной плите (3) шахты (4).
Опора УЛР (1), в свою очередь, выполнена в виде нескольких радиальных опор (5), соединяемых с закладной плитой (6), установленной в бетонной плите (3) шахты (4), посредством различных крепежных приспособлений (например, шпилек, болтов, штифтов). На радиальные ребра (5) устанавливаются ответные ребра (7) корпуса (2) УЛР (1), при этом вертикальные плоскости, проходящие вдоль оси симметрии каждого ребра (5) опоры и ответных ребер (7) корпуса (2) УЛР (1), являются плоскостями симметрии периферийных вертикальных каналов-накопителей.
Корпус (2) предназначен для приема и размещения в своем объеме расплава (8) кориума, а также для предотвращения выхода его за установленные границы зоны локализации.
Кориум состоит из двух основных компонентов: оксидного (главные компоненты которого - смесь оксидов урана, циркония, железа с небольшим количеством металлов) и металлического (главные компоненты которого - смесь железа, циркония с некоторым количеством оксидов урана, циркония, железа).
Корпус (2) заполнен наполнителем, а именно жертвенным материалом из композиции стали и относительно легких и легкоплавких оксидов, которые, в соответствии с заявленным изобретением, выполнены в виде элементов, скомпонованных в кассеты, установленные друг на друга по вертикальной оси корпуса (2).
При протекании тяжелой запроектной аварии наполнитель обеспечивает подкритичность кориума в установленных границах зоны локализации при любой конфигурации оксидного кориума и любом водоурановом отношении с чистой неборированной водой.
Для обеспечения подкритичности кориума наполнитель имеет в своем составе поглощающие материалы, сокристаллизующиеся с оксидами урана и плутония.
Для изменения свойств кориума в УЛР могут применяться жертвенные керамические материалы на основе оксида железа Fe2O3 (гематит) и оксида алюминия Al2O3.
Гематит активно взаимодействует с оксидной частью кориума и расплавленным цирконием из его металлической компоненты, но медленно с расплавленным железом и хромом металлической составляющей кориума.
Как показано на фиг. 2, кассеты наполнителя по форме периферийных каналов-накопителей разделены на две группы: верхние кассеты (9), отличающиеся профилированием по высоте корпуса друг от друга (например, цилиндрические и торовая кассеты), и нижняя кассета (10).
Корпус (2) выполнен с внутренними радиальными опорами (11), на которые установлена нижняя кассета (10) наполнителя.
Нижняя кассета (10) имеет вертикальный центральный канал-накопитель (12) и несколько периферийных каналов-накопителей (13).
Периферийные каналы-накопители (13) выполнены с уклоном, угол которого совпадает с углом наклона днища корпуса (2) ловушки расплава.
На нижней кассете (10) установлены верхние кассеты (9). Каждая верхняя кассета (9) наполнителя имеет вертикальный центральный канал-накопитель (14) и несколько вертикальных периферийных каналов-накопителей (15). Вертикальные центральный и периферийные каналы-накопители (14, 15) соединены между собой горизонтальными радиальными каналами-распределителями (16).
Кроме того, верхние кассеты (9) имеют горизонтальные азимутальные каналы-распределители (17), соединяющие вертикальные периферийные каналы-накопители (15) с вертикальным центральным каналом-накопителем (14).
Диаметр вертикального центрального канала-накопителя (14) превышает диаметр вертикальных периферийных каналов-накопителей (15).
Вертикальные центральные каналы-накопители (14) и периферийные каналы-накопители (15) у каждой из верхних кассет (9) имеют одинаковые размеры, соответственно. Горизонтальные радиальные и азимутальные каналы-распределители (16, 17) верхних кассет (9) имеют также одинаковые размеры.
На фиг. 3, 5 изображен наполнитель, в котором выполнены щелевые каналы (18) и микроканалы (19). Щелевые каналы (18), разделяющие керамические элементы (20) наполнителя, изначально заполнены связующим веществом, обеспечивающим монолитность кассет наполнителя. В процессе разогрева зоны соприкосновения расплава и наполнителя начинается процесс физико-химического взаимодействия на границе соприкосновения, при этом связующее вещество, по мере повышения температуры, начинает деградировать, теряя воду. Пар, выделившийся из разрушающегося связующего вещества, движется, главным образом, по вертикальным щелевым периферийным каналам (18), обходя зоны, заблокированные расплавом (8). Только в тех местах, в которых расплав (8) заливает сверху щелевые каналы (18), пар проходит сквозь толщу расплава (8), вступая с ним в химическое взаимодействие. Таким образом, чем более разветвленную структуру имеют щелевые каналы (18), тем легче пару обходить расплав (8), не вступая с ним во взаимодействие. Микроканалы (19), расположенные внутри керамических элементов (20), образованные при спекании, обеспечивают заданную кинетику взаимодействия с расплавом (8) активной зоны, то есть, определяют скорость взаимодействия расплава (8) с гематитом и оксидом алюминия на границе керамического элемента (20), от которой, в конечном итоге, зависит энергетический баланс ванны расплава кориума, скорость окисления циркония и выход непрореагировавшего кислорода в ванну расплава кориума.
Кассеты (9, 10) установлены друг на друга таким образом, что, фактически, формируют монолитную структуру, в которой каналы-накопители (14, 15) каждой кассеты (9, 10), после составления кассет (9, 10) друг на друга, образуют своего рода «колодцы», в которые и поступает расплав (8) активной зоны после попадания в УЛР (1).
Внутри центрального вертикального канала-накопителя (14) устанавливается демпфер (21), предназначенный для распределения потоков расплава (8) в различных радиальных направлениях.
Демпфер (21), изображенный на фиг. 4, состоит из центральной обечайки (22), силовых ребер (23), соединенных с центральной обечайкой (22), наклонных пластин (24), расположенных между силовыми ребрами (23), фиксаторов (25), обеспечивающих крепление демпфера (21) к корпусу УЛР (1).
Наклонные пластины (24) демпфера (21), расположенные между силовыми ребрами (23), устанавливаются от 1 до 5 штук, параллельно друг другу в каждом сегменте между силовыми ребрами (23). Число наклонных пластин (24) более 5 не дает дополнительного перераспределяющего эффекта ввиду того, что толщина наклонных пластин (24) должна уменьшаться для обеспечения необходимого угла наклона пластин (24), обеспечивающего отклонение перегретых струй расплава активной зоны в сторону наполнителя.
Число радиальных опор (11) внутри корпуса (2) УЛР (1) устанавливается в диапазоне от 3 до 10 штук. Число радиальных опор (11) менее 3 не обеспечивают эффективную работу по поглощению кинетической энергии удара, так как в этом случае зона действия удара не перераспределяется по днищу корпуса (2), а концентрируется в локальных его областях, что может привести к его разрушению. Число радиальных опор (11) более 10 не дает увеличения перераспределяющего эффекта, требует уменьшения толщины силовых ребер (23), что негативно сказывается на их способности поглощать и перераспределять кинетическую энергию удара от падения обломков днища корпуса реактора и поглощать энергию струй расплава активной зоны при истечении расплава из корпуса реактора.
В процессе залпового поступления расплава (8) из корпуса реактора в наполнитель с установленным демпфером (21) обеспечивается гидромеханическое перераспределение расплава (8) между кассетами (9, 10) и их частями, а также обеспечивается защита от прямого воздействия перегретых струй расплава активной зоны на основание нижней кассеты (10) и коническую часть корпуса (2) УЛР (1). Разрушаясь и расплавляясь в процессе истечения расплава активной зоны из корпуса реактора, демпфер (21) перераспределяет кинетическую энергию расплава между верхними и нижней кассетами (9, 10). Перераспределение энергии происходит при первом залповом поступлении большого объема расплава (8), содержащего, в основном, жидкую перегретую сталь, за счет гидромеханического отклонения расплавленного металла плоскостями демпфера (21) в сторону горизонтальных радиальных каналов-распределителей (16), которые, в свою очередь, обеспечивают перераспределение расплава (8) между вертикальными каналами-накопителями (14, 15).
Ориентация и угол наклона пластин (24) демпфера (21) выбраны таким образом, чтобы происходило отклонение струй расплава из центрального в сторону торцевых поверхностей верхних кассет, сквозь которые проходят горизонтальные радиальные и азимутальные каналы-распределители (16, 17).
При залповом поступлении, например, 60 тонн перегретой стали в течение 30 с живучесть демпфера (21) составляет порядка 10 с, но этого времени достаточно, чтобы ограничить первое ударное поступление расплавленной перегретой стали в нижнюю кассету (10) до образования над ней безопасного уровня расплава и перенаправить часть кинетической энергии расплава в верхние кассеты (9), вытекая из которых расплав увеличивает свой уровень над нижней кассетой (10), защищая ее от последующего прямого воздействия кинетической энергии струй расплава и летящих предметов.
В процессе залпового поступления перегретой стали при осесимметричном или неосесимметричном падении струй расплава происходит частичное заполнение наполнителя и его поступление не только в центральный вертикальный канал-накопитель (14), но и в периферийные вертикальные каналы-накопители (15) верхних кассет (10). В этом случае демпфер (21) выполняет функцию гидродинамического гасителя, обеспечивая направленное столкновение струй расплава, горизонтально вытекающих из периферийных вертикальных каналов-накопителей (15) в вертикальный центральный канал-накопитель (14) через горизонтальные радиальные каналы-распределители (16), с вертикальными струями расплава, движущимися в вертикальном центральном канале-накопителе (14) и отклоняемыми наклонными пластинами (24) демпфера (21) в радиальном направлении в сторону горизонтальных радиальных каналов-распределителей (16).
Нижняя кассета (10) в процессе залпового поступления расплава играет особую роль: вместе с демпфером (21) защищает днище корпуса (2) УЛР (1), причем, демпфер (21) это делает в самый начальный момент поступления расплава, а нижняя кассета (10) выполняет эту функцию после разрушения демпфера (21), за счет особой формы расположения периферийных вертикальных каналов-накопителей (13). Центральный и периферийные вертикальные каналы-накопители (12, 13) нижней кассеты (10) выполнены таким образом, что расплав кориума, поступающий в периферийные вертикальные каналы-накопители (13) нижней кассеты (10) из расположенных выше кассет (9), стекает по наклонным периферийным каналам-накопителям (13) нижней кассеты (10) в ее центральный вертикальный канал-накопитель (12), образуя уровень расплава над керамическими элементами (20) нижней кассеты (10), расположенными в ее основании. Толщина установленных керамических элементов (20), расположенных в основании и на боковой конической поверхности нижней кассеты (10), подобрана таким образом, чтобы обеспечить предварительный подогрев конического днища корпуса (2) УЛР (1), имеющего большую толщину, чем его цилиндрическая часть, для выравнивания температурных полей корпуса (2) УЛР (1) к моменту поступления в наполнитель оксидной (энерговыделяющей) части расплава кориума. Наклонные периферийные вертикальные каналы-накопители (13) нижней кассеты (10) обеспечивают равномерный подогрев конической части днища корпуса (2) УЛР (1), а основание корпуса (2) УЛР (1) подогревается со стороны основания центрального вертикального канала-накопителя (12) нижней кассеты (10), для чего он выполнен несколько глубже, чем расположенные вокруг наклонные вертикальные периферийные каналы-накопители (13).
Уровень расплава (8), образующийся в центральном вертикальном канале-накопителе (12) нижней кассеты (10), защищает основание нижней кассеты (10) и коническое днище корпуса (2) УЛР (1) от ударного воздействия со стороны обломков активной зоны и обломков днища корпуса реактора, падение которых при другой конфигурации центрального канала наполнителя могло бы привести к повреждению как тепловой защиты конического днища корпуса (2) УЛР (1), обеспечиваемой керамическими элементами (20) нижней кассеты (10), так и самого конического днища.
Применение керамических элементов (20) вместо бетона в основании нижней кассеты (10) для защиты конического днища корпуса (2) УЛР (1) имеет следующие преимущества: наполнитель становится однородным. В этом случае исключаются процессы взаимодействия расплава с элементами наполнителя, протекающие в разных условиях: расплав - керамические элементы на цементном связующем и расплав - монолитный бетон. В последнем случае разогрев конического днища корпуса (2) УЛР (1) невозможно синхронизировать с разогревом цилиндрической и торовой частей корпуса (2), при этом возрастают риски локального термошокового воздействия расплава на корпус (2) УЛР (1) с возможной потерей прочности из-за различных термомеханических нагружений корпуса (2): со стороны днища теплопередача блокирована бетоном, а со стороны торовой и цилиндрической частей корпуса (2) УЛР (1) процесс разогрева определяется скоростью взаимодействия керамических элементов (20) с расплавом активной зоны, то есть, микропористостью керамических элементов (20) и процессами, протекающими в щелевых каналах (19). Учитывая, что толщина конической торовой и цилиндрической частей корпуса (2) УЛР (1) различна, проблема выравнивания температурных полей корпуса (2) УЛР (1) является определяющей в процессе сохранения корпусом прочности и устойчивости к остальным типам воздействий.
Исключение бетона из нижней кассеты (10) дает еще один положительный эффект: уменьшение выхода водорода и аэрозолей при взаимодействии расплава активной зоны с бетоном.
Таким образом, применение наполнителя, выполненного в соответствии с заявленным изобретением, в виде монолитной структуры, имеющей вертикальные центральный и периферийные каналы, а также горизонтальные каналы, образуемые вертикальными центральным и периферийными каналами-накопителями и горизонтальными каналами-распределителей в кассетах, установленных друг на друге, позволило повысить надежность устройства локализации расплава за счет обеспечения распределения энергии обломков корпуса реактора и расплава активной зоны между различными видами каналов в наполнителе, обеспечения надежной защиты корпуса ловушки расплава от перегрева в начальный период залпового поступления расплава активной зоны из корпуса реактора в корпус ловушки расплава, что, в свою очередь, позволяет минимизировать образование водорода при взаимодействии расплава с паром в наполнителе при взаимодействии расплава со связующим веществом.
Источники информации:
1. Патент РФ №35464, МПК G21C 9/016, приоритет от 18.08.2013 г.;
2. Патент РФ №2514419, МПК G21C 9/016, приоритет от 01.06.2012 г.;
3. Патент РФ №100327, МПК G21C 9/016, приоритет от 17.06.2010 г. (прототип).
1. Устройство локализации расплава, включающее охлаждаемый корпус с двойной стенкой, днище которого углублено к центру с уклоном, заполненный наполнителем, направляющий элемент для организации движения расплава, пассивную систему подачи воды на поверхность расплава, отличающееся тем, что наполнитель состоит из нескольких верхних и нижней кассет, в каждой из которых выполнены один центральный и несколько периферийных вертикальных каналов-накопителей, диаметр центрального вертикального канала-накопителя превышает равные диаметры вертикальных периферийных каналов-накопителей, горизонтальные радиальные каналы-распределители, соединяющие вертикальные периферийные каналы-накопители с центральным вертикальным каналом-накопителем, при этом горизонтальные радиальные каналы-распределители нижней кассеты выполнены с уклоном, угол которого совпадает с уклоном днища корпуса ловушки расплава, горизонтальные азимутальные каналы-распределители, соединяющие вертикальные периферийные каналы-накопители верхних кассет друг с другом, при этом горизонтальные радиальные и азимутальные каналы-распределители имеют равные диаметры, при этом верхние и нижняя кассеты содержат керамические пластины, выполненные с микроканалами, разделенными между собой горизонтальными и вертикальными щелевыми каналами, и установлены друг на друге таким образом, что контуры их вертикальных центрального и периферийных каналов-накопителей совпадают друг с другом.
2. Устройство локализации расплава по п. 1, отличающееся тем, что периферийные вертикальные каналы-накопители верхних и нижней кассет расположены на одной аксиальной оси с соответствующим радиальным ребром охлаждаемого корпуса.
3. Устройство локализации расплава по п. 1, отличающееся тем, что глубина центрального вертикального канала-накопителя, образуемого кассетами, превышает глубину его периферийных вертикальных каналов-накопителей.
4. Устройство локализации расплава по п. 1, отличающееся тем, что в центральном вертикальном канале-накопителе установлен демпфер, состоящий из центральной обечайки, силовых ребер, соединенных с центральной обечайкой, наклонных пластин, расположенных между силовыми ребрами, фиксаторов, обеспечивающих крепление демпфера к охлаждаемому корпусу.
