Устройство для улавливания расплавившихся тепловыделяющих элементов ядерного реактора Советский патент 1984 года по МПК G21C9/00 

2,Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что ванна выцолнена подвижной и установлена эксцентрично относительно активной зоны.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что основание улавливающей ванны облицовано слоем.

имеющим обволакивающий и поглощающий материал и наполнитель.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что слой обволакивающего и поглощающего материала и наполнителя содержит гомогенную смесь из 1/6 осколков стекла, 2/6 цемента, 1/6 стальных кубиков и 2/6 тяжелого шпата.

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

Изобретение относится к устройст- ву улавливания расплавивщихся тепловьщеляющих элементов ядерного реактора.

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

Известно устройство для улавливания расплавленных деталей активной зоны быстрого ядерного реактора, содержащее опускной лоток и ванну из высокотемпературного материала, установленную под активной зоной 13.

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

Наиболее близким по технической сущности к изобретении является устройство для улавлива я расплавившихся тепловьщеляющих элементов ядерного реактора, содержащее расположенный под активной зоной спускной лоток, ведущий к горизонтально расположенной ниже фувдамента реактора улавливающей ванне и заканчивающийся над верхним краем улавливающей ванны 23.

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

Целью изобретения является повышение ядерной безопасности путем исключения образования вторичной критмассы при стекании расплавленного топлива на вькоде из лотка.

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

При этом улавливающая ванна вы- . полнена подвижной и установлена эксцентрично относительно активной зоны.

Кроме того, основание улавливающей ванны облицовано слоем, имеющим обволакивающий и поглощаюпщй материал и наполнитель. 3 Причем слой обволакивающего и по глощающего материала и наполнителя содержит гомогенную смесь следующег состава, ч: 1/6 осколков стекла, 2/6 цемента, 1/6 стальных кубиков и 2/6 тяжелого щпата. Содержание 1/6 ч.осколков стекла в облицовочном слое выбрано потому, что при этом расплавленные частицы тепловьиеляющих элементов обволакиваются расплавленным стеклом и обра зуют области, которые не содержат вторичной критической массы. Более высокое содержание стекла вызвало бы сплавления более обширных областей, в которых существует возможность образования вторичной критмас сы, а более низкое содержание стекла не позволило, бы достичь обвола кивания. Содержание 2/6 ч. цемента выбрано потому, что при этом -цемент надежно защищает расплавленное стекло и связывает имеющуюся 1влагу. При меньшем количестве цемента часть ВОДЬ остава лась бы несвязанной, а при большем содержаний цемента част его безвозвратно терялась бы. Содер жание 1/6 ч. стальных кубиков выбра но потому, что именно такая часть обеспечивает удовлетворительные поглощающие свойства всей смеси, снижая тем самым вероятность обра, зования вторичной критмассы. Меньщее количество стали не позволило бы достичь нужного эффекта поглощения нейтронов, а большее количество препятствовало бы равномер ному распределению расплавленной массы по ванне. Содержание 2/6 ч. тяжелого шпата предотвращает дальнейшее расплавление имеющихся частиц, так как шпат не плавится при данной температуре. При более низком содержании щпата могло бы начаться сплавление более широких областей, которые могли бы увеличить вероятность образования вторичных критмасс и препятствовать равномерному распределению рас плавленной массы по ванне. При более высоком содержании тяжелого шпата увеличение его эффективного воздействия не наблюдается, так как он используется для образования неплавких промежуточных областей разд ла. Для того, чтобы создать дополнительную защиту, предусмотрена допол 04 нительная защитная ванна, основание которой проходит ниже спускного лотка и которая своим верхним краем в виде возвьш1ающейся над поверхностью земли стены охватывает все конструкции реактора, содержащие излучающий, материал. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2 - то же, без дополнительной ванны, вид сверху; на фиг. 3 - вид А на фиг. 1. Устройство содержит ядерный реактор. 1 с расположенной внутри купола (оболочки) 2 активной зоной реактоpa 3 с тепловьщеляющнми элементами 4. К фундаменту 5 купола реактора примыкает проходящий сначала вертикально вниз спускной лоток 6, который через изогнутую переходную область 7 переходит в горизонтальную область устья 8. В изогнутой переходной области спускной лоток 6 опирается на фундамент 9. Спускной лоток в-поперечном сечении имеет форму ванны (фиг. 3) шириной, равной приблизительно двойной ширине активной зоны 3, под которой проходит, перекрывая поверхность, переходная область 7 (фиг. 2). Спускной лоток состоит из основного слоя 10 из нержавеющей стали толщиной приблизительно 10 см, на который нанесен слой 11 толщиной также приблизительно 10 см из твердого промьшшенного фарфора, который несколько раз остеклован. Горизонтальная область устья 8 спускного лотка опирается своей нижней стороной на подшипник 12 скольжения на верхнем краю 13 карусельной улавливающей ванны 14. Эта карусельная ванна 14 по периметру своего основания 15 установлена вращающейся на шариковом подшипнике 16 на ундаментном кольце 17 и с помощью привода 18 приводится в медленное вращение. При одном примере осуществления верхний край 13 имеет высоту 3м, а основание 15 - диаметр, равный четырехкратной длине тепловьщеляющих элементов 4. Улавливающая карусельная ванна 14 также имеет основной слой 19 из прочной нержавеющей стали толщиной приблизительно 10 см, покрытый поерхностным слоем 20 из твердого промьшшенного фарфора. Этот слой 20 51 остеклован вдвое чаще, чем слой 11 спускного лотка 6. Внутреннее пространство ванны 14 заполнено до приблизительно двух тр тей ее высоты гомогенной смесью из 1/6 осколков стекла, 2/6 цемента, 1/6 стальных кубиков с размерами 10x10 см в качестве замедляющих эле ментов и 2/6 тяжелого шпата в качес ве дополнителя. Смесь является несвязанной и защищенной от влажности Ее поверхность обозначена на фиг. 1 позицией 21, Кроме того, к смеси мо гут предпочтительно также добавлять шифреные плИтки размером приблизительно 10x10 см, а также куски графи та с теми же размерами поверхности. Целью применения этой смеси явля ется надежное замедление в случае стекания поступающих через спускной лоток 6 тепловьщеляющих элементов, предупреждение дальнейшего стекания и, кроме того, улавливание радиоактивного излучения. Ванна 14 через вход 22 является доступной с поверхности земли 23 че рез пространство, также заэкранированное куполом 24 от окружающей сре ды. В этот купол также выводится снизу отсасывающая труба 25, служащая для отсасывания радиоактивных газов. Эти газы затем могут отводиться от верхнего выходного отверстия 26 отсасывающей трубы в надежное место хранения, например в футерованные тяжелым шпатом или т.п. герметичные газовые резервуары. Все устройства, включая устройства безопасности, для дополнительной защиты окружены дополнительной защитной ванной 27 с проходящим ниже улавливающей ванны 14 основанием ван .ны 28 и с замкнутой боковой стенкой 29, возвышающейся в форме ограждающей стены 30, например, до высоты 2 м над поверхностью земпи 23 и тем самым окружающей все содержащие излучающий материал конструкции ядерной силовой установки. Дополнительная защитная ванна состоит из беТона на основе тяжелого шпата и имеет толщину стен 1 - 2 м. Ввиду целесообразности ее основание покрыто такой же гомогенной- смесью из замедляюш 1х элементов и заполнителя, как и уванны 14. При этом является предпочтитёльным добавить 0 В смесь шиферные пттитки, а также куски графита с площадью поверхности приблизительно 10x10 см. Для того, чтобы также избежать любой утечки радиоактивного материала над землей, входы и выходы, и также подъезды через ограждающую стену 30 должны.вьшолняться в форме лестниц или наклонных въездов. Тогда как спускной лоток 10 и карусельная улавливающая ванна 14 могут предусматриваться с оправданными затратами в уже имеющихся ядерных реакторах, затраты на предусматривание дополнительной защитной ванны 27 уже не выглядят экономически оправданными. .Следовательно,, дополнительная защитная ванна рассматривается только для новостроек. Устройство работает следующим образом. После аварии и расплавления активной зоны тепловьщеляющие элементы расплавившейся активной зоны улавливаются спускным лотком 6 и, равномерно распределенные областью устья 8, сбрасываются на поверхность 21 карусельной ванны 14, приводимой во вращение, например, автоматически, что исключает образование вторичной критмассы. Там тепловьщеляющне элементы могут оставаться, не мешая ремонтным работам в реакторе 1, до того времени, когда их можно будет транспортировать. Отсасывающее устройство (не покаано) , предназначенное для отсасыающей трубы 25, в случае аварии акже включается, как только устанавивается, что вьщеляются радиоактивые газы, будь это в пространстве нутри купола 2 или над покрытой изишним количеством тепловьделяющих лементов поверхностью 21 карусельой ванны 14. Такие газы тогда отасываются в защищенное пространсто, а именно в зашишенный от излучения резервуар для газа, где вьщерживаются до транспортировки. Отсасывающая труба 25 открывается и закрывается гидравлическим или механиеским, но не электрическим механизами для того, чтобы избежать опасности взрыва. Этот механизм снабжен ля исключения утечки любого количества газа предохранителем. 711 Спускной лоток вьтолнен так, что стекающие тепловьщеляющие элементы получают на спускном лотке необходимую скорость для того, чтобы прийти в область устья 8 со скоростью, достаточной для падения на карусельную ванну 14. Фиг.2 Спускной лоток, кроме того, выполнен таким образом, что позволяет .уловить шаровидно рарпьшягадуюся .при стекании ядерную плазму и позволяет упасть ей в форме капель ипи шариков в карусельную ванну. Фаг.3