Устройство локализации кориума ядерного реактора водо-водяного типа Российский патент 2019 года по МПК G21C9/16 

Техническое решение относится к ядерной энергетике, конкретно к системам безопасности атомных электростанций (АЭС) с ядерными реакторами водо-водяного типа (ВВЭР), а именно, к устройствам для локализации и охлаждения расплавленного кориума при аварийном выходе его за пределы корпуса реактора при тяжелых авариях с нарушением охлаждения и плавлением активной зоны.

Развитие ядерной энергетики, основой которой являются ВВЭР, требует комплексного обеспечения безопасности АЭС. Наибольшую радиационную опасность представляют аварии с расплавлением активной зоны, которые могут происходить при множественных отказах систем ее охлаждения. 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 защитной оболочки контейнмента АЭС - последнего барьера, препятствующего распространению радиоактивных продуктов в окружающую среду. Для предотвращения этого необходимо локализовать вытекший кориум и обеспечить его непрерывное охлаждение вплоть до полной кристаллизации. Эту функцию выполняют системы локализации и охлаждения расплава активной зоны реактора (кориума), которые предотвращают повреждение защитной оболочки контейнмента АЭС и тем самым защищают население и окружающую среду от радиационного воздействия при тяжелых авариях ядерных реакторов.

Известны несколько путей защиты от выхода кориума из контейнмента. Так, в Швеции [Safety against Releases in Severe Accidents. Final Report of the Nordic Nuclear Safety Research Project RAK-2. NKS(97)FR2. ISBN 87-7893-022-7. Edited by I. Lindholm, O. Berg, E. Nonbol. December 1997] для реакторов с кипящим теплоносителем предложено размещать под реактором в шахте бассейн, заполненный водой. Однако при этом существует опасность разрушения защитной оболочки контейнмента в результате парового взрыва, возникающего при падении расплава в воду.

В техническом решении по патенту US №3702802 (опубл. 14.11.1972) предложено поместить под реактором заслон из материала на основе базальта, который разбавляет кориум. По мнению авторов решения, это понижает температуру расплава и предотвращает его выход из подреакторного пространства бетонной шахты реактора. Однако это может только замедлить процесс распространения кориума, поскольку располагаемый для загрузки базальта объем бетонной шахты ограничен. Кроме того, в системе компонентов кориума и SiO₂ (SiO₂ - основной компонент базальта) происходит расслаивание двух жидкостей с разным химическим составом, что также ограничивает возможность разбавления кориума.

Известен ряд патентов РФ, где описаны решения, в соответствии с которыми кориум локализуется и захолаживается в водоохлаждаемой ловушке расплава, размещенной в подреакторном пространстве бетонной шахты. Ловушка заполнена крупноячеистыми жертвенными материалами. Назначение последних:

а) защитить стенки ловушки от механических и/или тепловых ударов в момент поступления кориума в подреакторное помещение,

б) обеспечить окисление активных восстановителей кориума окислителями, входящими в состав жертвенных материалов, для того, чтобы минимизировать выход водорода в газовую фазу при последующем охлаждении расплава водой,

в) разбавить кориум более легкими примесями для уменьшения плотности оксидного расплава, что приведет к всплытию оксидного материала над металлическим (так называемую инверсию, обмен положением оксидного и металлического слоев расплава) и этим предотвратить образование водорода при последующей подаче воды на поверхность ванны,

г) обеспечить более эффективное охлаждение разбавленного расплава из-за уменьшения объемного остаточного энерговыделения и существенного уменьшения теплового потока в стенку корпуса реактора.

Так, известно техническое решение по патенту РФ №2165652 (опубл. 20.04.2001), где корпус ловушки выполнен в виде кольцевого теплообменника, который установлен на полу шахты. Защитная ферма под реактором имеет в центре тепловую и радиационную защиту, при этом ферма повторяет профиль днища корпуса реактора и выполнена из связанных между собой радиальных ребер, балок, составных профилей. Жертвенный материал, размещаемый в подреакторном помещении бетонной шахты, представляет собой крупноячеистые перфорированные элементы из легких легкоплавких оксидов (например, из SiO₂ или Al₂O₃) и выполнен в виде Т-образных, прямоугольных, Z-образных, П-образных или фасонных кирпичей, уложенных в замок со смещением в горизонтальной плоскости относительно друг друга. Между крупноячеистыми перфорированными элементами и кольцевым теплообменником установлены защитные экраны, выполненные из тугоплавких элементов в виде керамических пластин, пластин из тугоплавких оксидов, карбидов, пластин из чугуна, стали.

В решении по патенту РФ №2253914 (опубл. 10.06.2005) водоохлаждаемый стальной корпус ловушки выполнен в форме сосуда (ловушка тигельного типа), закрытого сверху тонкостенным стальным листом. Днище корпуса углублено к центру, толщина стенки днища не менее чем на 30% больше толщины боковой стенки корпуса. Между днищем реактора и ловушкой расположен направляющий элемент с бетонным покрытием. Жертвенный материал - разбавитель урансодержащей части кориума - размещен в виде брикетов в стальных оболочках, а брикеты - в стальных блоках. Стальные элементы служат в качестве материала-разбавителя металлической части кориума. Массу материала-разбавителя урансодержащей части кориума определяют из условия обеспечения инверсии урансодержащей и металлической частей кориума и из условия ограничения теплового потока, подводимого к корпусу, допустимым уровнем. Массу материала-разбавителя металлической части кориума определяют из условия ограничения температуры металлической части кориума допустимым уровнем.

Решение по патенту РФ №2514419 (опубл. 27.04.2014) развивает предыдущее изобретение тем, что блоки с брикетами жертвенного материала, частично заполненные бетоном, размещены в несколько горизонтальных слоев, днище нижнего блока идентично по форме днищу корпуса, расположенные над ним блоки имеют центральное отверстие. Масса материала-разбавителя урансодержащей части кориума не меньше максимальной из величин, полученных расчетами для условий обеспечения инверсии расплавов урансодержащей и металлической частей кориума, для условий ограничения теплового потока, подводимого к корпусу, допустимым уровнем и для условия окисления содержащегося в расплаве кориума неокисленного циркония. Также максимальная масса воды в бетоне корпуса не должна превышать 3,5 массовых процента, а в цементном связующем брикетов материала-разбавителя - 8 массовых процентов.

Общим недостатком известных устройств локализации кориума, размещаемых в бетонных шахтах реакторов, является сложность исполнения и размещения жертвенного материала в подреакторном пространстве, а также ограничения по размещению и охлаждению большой массы кориума, которая увеличивается с увеличением мощности реактора, что обусловлено ограниченным объемом подреакторного пространства бетонной шахты. Помимо этого, ограниченный объем подреакторного пространства бетонной шахты увеличивает период полной кристаллизации расплава. Кроме того, необходимость в устройстве локализации кориума существует для повышения безопасности большого числа действующих блоков АЭС, в конструкции которых не предусмотрено наличие данных устройств, и рассмотренные устройства (ловушки) могут быть размещены в бетонной шахте только в процессе сооружения блоков, но не при их модернизации.

Известны устройства локализации кориума, размещаемые вне бетонной шахты реактора.

Устройство такого типа сконструировано для реактора с кипящей водой в США [Т.G. Theofanous, Trac-Nam Dinh. Integration of multiphase science and technology with risk management in nuclear power reactors. Application of the Risk-Oriented Accident Analysis Methodology to the Economic, Simplified Boiling Water Reactor Design // Multiphase Science and Technology. 2008. Vol. 20, No. 2, p. 81-211]. Оно представляет собой систему слабо наклонных к горизонту и расположенных вплотную друг к другу труб, в которых циркулирует охлаждающая вода. В совокупности трубы образуют емкость, в которой происходит локализация и захолаживание кориума, при этом внутренняя поверхность емкости покрыта тугоплавким защитным материалом.

Другим примером устройства такого типа является ловушка кориума для проекта реактора EU-APR1400 (Республика Корея) [V.S. Granovsky, А.А. Sulatsky, V.B. Khabensky et al. Modeling of Melt Retention in EU-APR1400 Ex-Vessel Core Catcher // Proceedings of ICAPP'12, Chicago, USA, June 24-28, 2012. Paper 12348]. Ловушка представляет собой толстостенный стальной короб, внутренняя поверхность которого покрыта жертвенными материалами, назначение которых такое же, как в ловушках тигельного типа. Вода охлаждает короб снаружи и подается на поверхность расплава.

Ряд конструкторских решений, предложенных фирмой Siemens, приведены в описаниях к патенту DE №19512287 (опубл. 08.08.1996) и к заявке DE №4319094 (опубл. 15.12.1994). В заявке DE №4319094 приведена конструкция устройства улавливания расплава, которое применяется для реакторов с водой под давлением, и которое содержит расположенную под реактором предкамеру (предловушку), сообщенную каналом с камерой (помещением) растекания. В канале расположена перегородка (заглушка), которая разрушается расплавом активной зоны через заданный промежуток времени после его поступления в предловушку. Заглушка может, в частности, быть выполнена в виде металлической пластины.

В патенте DE №19512287 (опубл. 08.08.1996) описано устройство удержания кориума при его охлаждении путем растекания по большой площади в помещении растекания, примыкающим к бетонной шахте водо-водяного реактора, с покрытием из огнеупорного (защитного) материала, с последующей подачей воды на поверхность расплава. Охлаждающая вода протекает по трубам, расположенным в слое защитного материала. Устройство оснащено расположенной в бетонной шахте под реактором и выполненной в виде металлического тигля предловушкой - накопителем/сборником кориума, выпуск которого в помещение (камеру) растекания происходит через канал при проплавлении плавкого затвора, расположенного в боковой стенке предловушки. Функции предловушки, канала и камеры растекания, и их конструкция подробно представлены в описании к приведенной выше заявке DE №4319094.

В устройствах удержания кориума, используемых в реакторах с водой под давлением, с целью облегчения растекания кориума содержится жертвенный материал, который растворяется в расплаве кориума. Состав жертвенного материала приведен в статье [S. Hellmann, F. Funke, V. Lansmann, В. Friedrich. Physico-Chemical and Material Aspects of the Core Melt Retention Concept of the EPR // OECD Workshop on Ex-Vessel Debris Coolability, Karlsruhe Germany, Nov. 15-18, 1999]. В статье описано также устройство для удержания и охлаждения расплава активной зоны реактора водо-водяного типа, которое содержит предловушку - накопитель/сборник расплава активной зоны (кориума), расположенную в подреакторном пространстве бетонной шахты. Предловушка имеет цилиндрическую форму. Стенки предловушки, образованные слоем жертвенного материала, примыкают к стенке бетонной шахты, покрытой слоем защитного материала. Нижняя часть предловушки сужается на конус, в стенке которого расположена проплавляемая заглушка. После проплавления заглушки расплав поступает в наклонный сливной канал, стенки которого покрыты слоем защитного материала, и далее - в помещение растекания. На полу помещения растекания, примыкающего к бетонной шахте со стороны канала, расположены три слоя (сверху вниз): жертвенный материал, сталь, защитный материал. Защитный материал снизу охлаждается водой. После растекания расплава кориума его поверхность также охлаждается водой.

В состав жертвенного материала (бетона) входят оксиды железа (Fe₂O₃), оксиды кремния (SiO₂), В₂О₃ и другие оксиды типа Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂. Функции жертвенного материала заключаются в улучшении жидкотекучести за счет уменьшения температур ликвидус и солидус при растворении жертвенного материала в оксидной части расплава кориума, в окислении металлического циркония, содержащегося в расплаве кориума, при его взаимодействии, главным образом, с Fe₂O₃ и в обеспечении инверсии металлической и оксидной частей расплава кориума (расположение расплава металлической части под оксидной) за счет уменьшения плотности расплава оксидной части кориума при растворении в нем жертвенного материала.

Устройство работоспособно, однако проблема состоит в том, что:

1. устройство не может быть использовано при модернизации действующих блоков АЭС, т.к. изготовление и монтаж его предловушки возможны только до монтажа реактора;

2. состав жертвенного материала, являющегося важнейшим элементом устройства локализации, а именно наличие оксидов кремния, обусловливает высокую вязкость расплава, образующегося после растворения жертвенного материала в расплаве кориума, что затрудняет равномерное растекание расплава. Кроме того, жертвенный материал обладает высоким влагосодержанием, присущим бетонам на основе портландцемента и составляющим приблизительно 22-28 масс. %. Это приводит к большой генерации водорода в результате паро-циркониевой реакции при взаимодействии жертвенного материала с расплавом кориума.

Задача заключается в том, чтобы уменьшить указанные недостатки путем внесения таких изменений в конструкцию устройства и состав жертвенного материала, являющегося обязательным компонентом (составной частью) устройства, которые гарантируют технологичность конструкции, обеспечив возможность монтажа на модернизируемых АЭС с реакторами водо-водяного типа без изменения конструкции реакторной установки. Дополнительный технический результат заключается в улучшении свойств жертвенного материала, обеспечивающего, при взаимодействии с ним расплава кориума, уменьшение генерации водорода и вязкости расплава, что создает дополнительные условия для выполнения монтажа устройства наиболее простым и экономичным способом.

Поставленная задача решается тем, что устройство локализации кориума ядерного реактора водо-водяного типа содержит размещенную в бетонной шахте реактора предловушку с жертвенным и защитным материалами и примыкающее к бетонной шахте помещение растекания с расположенными на его полу последовательно сверху вниз слоями жертвенного, стального и защитного материалов. Канал с проплавляемой заглушкой выполнен в стенке бетонной шахты и сообщает предловушку с помещением растекания. Заглушка размещена со стороны предловушки и представляет собой часть стенки бетонной шахты, толщина указанной части определена с учетом времени перемещения расплава кориума в предловушку и с учетом скорости взаимодействия расплава кориума и жертвенного материала с указанной частью бетонной стенки, при этом жертвенный материал, являющийся неотъемлемой составляющей устройства, изготовлен по бетонной технологии с минимальным содержанием воды. Указанная совокупность признаков, а именно, использование в устройстве жертвенного материала, изготовленного по бетонной технологии с содержанием минимально возможного количества воды, послойное размещение жертвенного и защитного материалов в бетонной шахте, выполнение заглушки в виде части стенки бетонной шахты, а также выполнение упомянутой части с учетом времени перемещения расплава кориума и скорости взаимодействия расплава кориума и жертвенного материала с указанной частью бетонной стенки (с заглушкой), позволяет решить проблему повышения безопасности действующих АЭС при их модернизации, т.к. выполнение и установка заявляемого устройства не требует демонтажа существующих конструкций и длительного пребывания персонала в подреакторном пространстве бетонной шахты.

Предпочтительно, чтобы жертвенный материал в качестве вяжущего включал алюмокальциевый цемент, содержащий 80 масс. % Al₂O₃ и 20 масс. % СаО, а также сверх того 10 масс. % H₂O, и заполнитель, содержащий 20…40 масс. % Fe₂O₃ и 80…60 масс. % Al₂O₃, причем массовая доля заполнителя в смеси с вяжущим составляла 40…80%. Использование жертвенного материала, изготовленного по бетонной технологии, обеспечивает относительно простой процесс его размещения, поскольку материал применяется не в виде, например, фасонных кирпичей или брикетов, требующих специальной укладки, а в виде раствора, который подается по шлангу с насадкой, извне бетонной шахты, например, через существующий проем в стенке бетонной шахты (дверь).

Перечисленная совокупность существенных признаков неизвестна заявителю из доступных источников информации, что подтверждает новизну устройства. Она не вытекает также явным образом из современного уровня техники и неочевидна для специалиста.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего решения поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемую фигуру.

На фигуре представлен общий вид устройства локализации кориума ядерного реактора водо-водяного типа (упрощенно), где приняты следующие обозначения: 1 - реактор; 2 - бетонная шахта; 3 - предловушка; 4 - жертвенный материал; 5 - защитный материал; 6 - стенка бетонной шахты; 7 - сливной канал; 8 - заглушка; 9 - помещение растекания; 10 - стальной материал.

Устройство содержит ядерный реактор 1, размещенный в бетонной шахте 2. В подреакторном пространстве бетонной шахты расположена предловушка 3. На полу предловушки расположены сверху вниз слои жертвенного материала 4 и защитного материала 5. В стенке 6 бетонной шахты 2 выполнен сливной канал 7, сообщающий предловушку 3 после проплавления заглушки 8 с помещением растекания 9, которое примыкает к бетонной шахте. На полу помещения растекания расположены слои жертвенного материала 4 и охлаждаемого защитного материала 5, а также слой стального материала 10.

Вытекающий из реактора расплав оксидной и металлической частей кориума поступает в предловушку и взаимодействует с жертвенным материалом. Жертвенный материал, изготовленный по бетонной технологии, состоит из вяжущего - алюмокальциевого цемента, содержащего 80 масс. % Al₂O₃, 20 масс. % СаО и, сверх того, 10 масс. % Н₂О (соотношение компонентов отвечает серийно выпускаемому высокоглиноземистому цементу марки SECAR 80, данный цемент выбран по критерию минимального влагосодержания - менее 10 масс. %), и заполнителя, содержащего 20…40 масс. % Fe₂O₃ и 80…60 масс. % Al₂O₃, (оксид железа обеспечивает окислительные ресурсы жертвенной композиции, оксид алюминия обеспечивает понижение плотности оксидной части кориума до инверсии ее с металлической частью, данные критерии выполняются в указанном диапазоне изменения отношения выбранных оксидов), причем массовая доля заполнителя в смеси с цементом - вяжущим составляет 40…80% (верхняя граница данного диапазона ограничена по критерию удобоукладываемости смеси, а нижняя - по влагосодержанию жертвенной композиции).

Масса жертвенного материала принимается максимальной из двух величин, определенных, исходя из следующих условий:

- во-первых, она достаточна для окисления всего циркония, содержащегося в кориуме, и,

- во-вторых, она достаточна для такого разбавления оксидной части расплава кориума, что его плотность становится меньше плотности металлической (стальной) части расплава кориума, обеспечивая их инверсию. Первому условию соответствует выражение (1) - массовый баланс реакции окисления циркония оксидом железа (III):

второму условию соответствует выражение (2) - допущение аддитивности плотностей компонентов расплава:

где

М_жм - масса жертвенного материала (ЖМ);

М_р - масса расплава, поступившего из корпуса реактора в бетонную шахту;

ρ_р,окс - плотность оксидного расплава, поступившего в бетонную шахту из корпуса реактора, включая расплав оксида циркония;

ρ_р,жм - плотность расплава компонентов ЖМ после взаимодействия с расплавом, поступившим в бетонную шахту из корпуса реактора;

С_жм - массовая доля расплава компонентов ЖМ после взаимодействия с расплавом, поступившим в бетонную шахту из корпуса реактора, от исходной массы ЖМ;

С_окс - массовая доля оксидной части в расплаве, поступившем в бетонную шахту из реактора, с учетом массы оксида циркония;

ρ_ст - плотность расплава стали;

ρ_окс - плотность оксидного расплава в бетонной шахте;

C_Zr - массовая доля неокисленного циркония в расплаве, поступившем из корпуса реактора в бетонную шахту;

С_Fe2O3 - массовая доля гематита в ЖМ;

μ_Zr - атомная масса циркония;

μ_Fe2O3 - молярная масса гематита.

После плавления/растворения жертвенного материала плотность расплава оксидной части кориума становится меньше плотности расплава металлической части кориума, и происходит инверсия расплавов. При этом расплав металлической части кориума (расплав стали) начинает взаимодействовать с защитным материалом, расположенным в предловушке под жертвенным материалом. Защитный материал изготовлен на основе тугоплавкого диоксида циркония (ZrO₂) или другого тугоплавкого материала, поэтому скорость абляции защитного материала при взаимодействии с расплавом стали несоизмеримо меньше, чем скорость абляции жертвенного материала и бетона при взаимодействии с расплавом кориума.

Расплав кориума взаимодействует со стенкой бетонной шахты в районе заглушки в течение практически всего времени от начала поступления расплава в предловушку до проплавления заглушки. Толщина заглушки определяется выражением

где

δ₃ - толщина заглушки;

w_б - средняя скорость взаимодействия расплава с бетонной стенкой (средняя скорость плавления/абляции бетона). Данная величина определяется либо экспериментально, либо оценивается на основании данных об интенсивности теплообмена расплава кориума с бетоном, плотности, энтальпии плавления бетона и энтальпии бетона при комнатной температуре [State-of-the-Art Report on Molten Corium Concrete Interaction and Ex-Vessel Molten Core Coolability. NEA Report No. 7392. 2017. p. 43-45];

t_p - длительность поступления расплава в предловушку, которая определяется на основании расчетных оценок и зависит от конкретного типа реактора АЭС и сценария развития аварии [Nuclear Safety in Light Water Reactors. Severe Accident Phenomenology. Edited by Bal Raj Sehgal. Academic Press. 2012. 714 p.].

После проплавления заглушки 8 расплав кориума по каналу 7 поступает из предловушки 3 в помещение растекания 9. Наличие на полу помещения растекания поверхностного слоя относительно легкоплавкого жертвенного материала 4 способствует лучшему растеканию расплава, наличие слоя стального материала 10 обеспечивает уменьшение температуры расплава кориума при плавлении этого слоя, а расплав стали из-за большей плотности относительно оксидов остается на поверхности защитного материала. Слой защитного материала 5 снизу охлаждается водой, что обеспечивает уменьшение температуры на границе взаимодействия с расплавом стали до величины, при которой абляция защитного материала полностью прекращается.

Заявленное устройство может быть применимо для повышения безопасности в случае тяжелой аварии с плавлением активной зоны ядерного реактора при модернизации, например, АЭС с ВВЭР-1000, а также зарубежных реакторов PWR и BWR.

Для проверки и подтверждения эффективности предлагаемого устройства были проведены расчетно-экспериментальные исследования, в ходе которых были установлены оптимальные соотношения «вяжущее-заполнитель». Был выполнен расчет тяжелой аварии, при которой из корпуса реактора после его проплавления в предловушку поступает расплав кориума, в состав которого входит 80 т UO₂, 16,9 т ZrO₂, 12,5 т Zr (при характерной степени окисленности 50%) и 100 т стали.

В качестве жертвенного материала был принят бетон с составом цементной смеси (вяжущего) 80 масс. % Al₂O₃, 20 масс. % СаО и, сверх того, 10 масс. % Н₂О. В качестве заполнителя - смесь Fe₂O₃ и Al₂O₃ в соотношении 34,4 масс. % и 65,6 масс. %, а массовая доля заполнителя - 80 масс. %.

В соответствии с долей Fe₂O₃ в жертвенном материале для окисления 12,5 т Zr потребовалось бы, используя для вычисления зависимость (1), приблизительно 39 т жертвенного материала (без учета окисления при взаимодействии Zr с Н₂О). Однако этого недостаточно для обеспечения инверсии, для чего, в соответствии с зависимостью (2) требуется приблизительно 100 т жертвенного материала. Это количество и принято для применяемого устройства.

В соответствии с долей воды в цементной смеси (как сорбированной, так и кристаллизационной) суммарная масса водорода, который может выделиться в реакции Zr с H₂O, составляет 400 кг. Эта величина существенно меньше той, которая выделится в случае применения портландцемента, используемого, например, в устройстве, описанном в статье [S. Hellmann, F. Funke, V. Lansmann, В. Friedrich. Physico-Chemical and Material Aspects of the Core Melt Retention Concept of the EPR // OECD Workshop on Ex-Vessel Debris Coolability, Karlsruhe Germany, Nov. 15-18, 1999], т.к. в нем содержание воды составляет более 20 масс. %, вместо 10 масс. % в заявляемом устройстве.

Длительность поступления расплава кориума в предловушку из корпуса реактора не превышает 2-х часов. Исходя из величины скорости абляции бетона при взаимодействии с расплавом кориума приблизительно 1 мм/мин, толщина заглушки, в соответствии с зависимостью (3), будет составлять 120 мм. Учитывая, что толщина стенки бетонной шахты составляет приблизительно 1 м, абляция стенки бетонной шахты в зоне поступления расплава не может существенно ослабить ее несущую способность.

После проплавления заглушки расплав по сливному каналу поступает в помещение растекания, где и происходит его окончательная локализация и захолаживание подачей воды на поверхность (например, через шахту реактора). Наличие жертвенного и стального материалов на полу помещения растекания обеспечивают равномерность растекания и снижение начальной температуры расплава, а охлаждение защитного материала исключает возможность его абляции при взаимодействии с расплавом стали.

Таким образом, заявляемая конструкция устройства обеспечивает его эффективность при локализации и последующем захолаживании расплава кориума. При этом простота конструкции с использованием жертвенного материала, изготовленного по бетонной технологии, позволяет применять устройство при модернизации действующих АЭС с реакторами водо-водяного типа, причем применение изготовленного по бетонной технологии жертвенного материала с содержанием минимально возможного количества воды обеспечивает минимизацию выхода водорода, что повышает безопасность АЭС и улучшает растекание расплава, что способствует его равномерному распределению в помещении растекания и, благодаря этому, минимизирует время полной кристаллизации.

Сведения о заявленном техническом решении, охарактеризованном в независимом пункте формулы, свидетельствуют о возможности его осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов. Следовательно, заявленное устройство соответствует условию промышленной применимости.

Изобретение относится к системе безопасности атомных электростанций (АЭС) с ядерными реакторами водо-водяного типа (ВВЭР), а именно к устройствам для локализации и охлаждения расплавленного кориума при аварийном выходе его за пределы корпуса реактора при тяжелых авариях с нарушением охлаждения и плавлением активной зоны. Устройство содержит размещенную в бетонной шахте реактора предловушку с жертвенным и защитным материалами, примыкающее к бетонной шахте помещение растекания с расположенными на его полу последовательно сверху вниз слоями жертвенного, стального и защитного материалов, канал с проплавляемой заглушкой, выполненный в бетонной стенке шахты и сообщающий предловушку с помещением растекания. Заглушка размещена со стороны предловушки и представляет собой часть стенки бетонной шахты, толщина указанной части определена с учетом времени перемещения расплава кориума в предловушку и с учетом скорости взаимодействия расплава кориума и жертвенного материала с указанной частью стенки бетонной шахты. Жертвенный материал изготовлен по бетонной технологии с минимальным содержанием воды. Техническим результатом является обеспечение возможности монтажа на модернизируемых АЭС с реакторами водо-водяного типа без изменения конструкции реакторной установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство локализации кориума ядерного реактора водо-водяного типа, характеризующееся тем, что содержит размещенную в бетонной шахте реактора предловушку с жертвенным и защитным материалами, примыкающее к бетонной шахте помещение растекания с расположенными на его полу последовательно сверху вниз слоями жертвенного, стального и защитного материалов, канал с проплавляемой заглушкой, выполненный в бетонной стенке шахты и сообщающий предловушку с помещением растекания, при этом заглушка размещена со стороны предловушки и представляет собой часть стенки бетонной шахты, толщина указанной части определена с учетом времени перемещения расплава кориума в предловушку и с учетом скорости взаимодействия расплава кориума и жертвенного материала с указанной частью стенки бетонной шахты, а жертвенный материал изготовлен по бетонной технологии с минимально возможным содержанием воды.

2. Устройство по п. 1, в котором жертвенный материал в качестве вяжущего включает алюмокальциевый цемент, содержащий 80 мас.% Al₂O₃ и 20 мас.% СаО, а также сверх того 10 мас.% Н₂О, и заполнитель, содержащий 20…40 мас.% Fe₂O₃ и 80…60 мас.% Al₂O₃, причем массовая доля заполнителя в смеси с вяжущим составляет 40…80%.