CN103733268A - 用于处理核反应堆中的熔融的燃料棒的设备 - Google Patents

用于处理核反应堆中的熔融的燃料棒的设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种设备，该设备在因核反应堆的故障导致的主要事故发生时，所述核反应堆的故障在核反应堆中使用的燃料棒变熔融之后引起了核反应堆内部的燃料棒容器的熔融/损坏，在没有动力或人力的情况下通过自动处理熔融的燃料棒而阻止或最小化了辐射泄露。

Description

用于处理核反应堆中的熔融的燃料棒的设备
技术领域
本发明总体上涉及一种用于自动处理熔融的燃料棒的设备，当因自然灾害或核反应堆的异常操作（其引起了核反应堆的堆芯冷却功能丧失、核反应堆的燃料棒熔融、反应堆安全壳损坏和熔融的燃料棒外部排放）而导致发生严重事故时，该设备在不使用机器或人力的情况下阻止或最小化了辐射泄露。
背景技术
核电站通常被分成基于核反应堆的核蒸汽供应系统、通过蒸汽供应以操纵发电机的涡轮机/发电机系统以及其它次级设施。在此，核反应堆控制了大量的在发生核反应时逐步产生的能量，由此起允许核能转化成电能的作用。
图1示出了核电站的核反应堆和安全壳，安全壳将核反应堆与外部隔开。如图1中示出的，反应堆安全壳1通过主阻隔体2、次级阻隔体4和封闭建筑物3来与外部环境隔开。封闭的冷却循环结构被设置在反应堆安全壳1和外部蒸汽涡轮机之间。在封闭的冷却循环结构中，加热的蒸汽操纵核反应堆外部的蒸汽涡轮机，并且冷却的蒸汽再次流入反应堆安全壳中。
燃料棒6被设置在常规的反应堆安全壳1的下部处。当外部环境的突发变化或自然灾害发生时，核反应堆的安全特性可能由于故障而不受控制。因此，核反应堆的内部温度能够突然升高。在这种情况下，燃料棒6变成熔融的，并且熔融的燃料棒在反应堆安全壳的外部被排放。熔融的燃料棒熔融了核反应堆下方的混凝土结构和地基，并且可引起导致周围的石油和地下水流经岩床中的节理的污染的情况。
因此，已经研究出一种阻止并且冷却熔融的燃料棒6的设备和方法。通常，已经提出了一种用于通过冷却剂来直接使高温的熔融的燃料棒起反应的冷却设备。冷却设备具有以下问题：高温的熔融的燃料棒和冷却剂在封闭的空间中直接相互反应，由此引起突然产生蒸汽，蒸汽引起了蒸汽喷发的可能性。冷却设备对冷却的允许量有限制并且可用于蒸汽的扩散现象而引起二次问题。
为此，能够防止这种问题的熔融的燃料棒的安全处理是必须的。
发明内容
因此，本发明考虑到现有技术中出现的上述问题而提出，并且本发明的目的在于提供一种用于处理熔融的燃料棒的设备，其中，当因自然灾害或核反应堆的异常操作（其引起了核反应堆的堆芯冷却功能丧失、核反应堆的燃料棒熔融、反应堆安全壳损坏和熔融的燃料棒的外部排放）而导致发生严重事故时，在不适用机器或人力的情况下使熔融的燃料棒与内部聚集体或混凝土自动反应以便减少能量，并且因此熔融的燃料棒在封闭建筑物中被逐渐冷却并保持很长一段时间并且放射性的泄露被阻止或最小化。
为了实现上述目标，本发明提供了一种用于处理核反应堆中的熔融的燃料棒的设备，该设备包括熔融对象装载容器和熔融对象注入管道，熔融对象装载容器位于核反应堆的反应堆安全壳的外部，熔融对象注入管道被设置为将熔融对象从熔融对象装载容器注入到反应堆安全壳下方的部分中。
在此，位于反应堆安全壳下方的熔融对象注入管道的下端部可由支撑构件来封闭。
进一步，该设备可进一步包括设置为从外部移除支撑构件的装置。
进一步，该设备可进一步包括混凝土浇注管道，该混凝土浇注管道被设置为从外部将混凝土注入到反应堆安全壳下方的部分中。
进一步，该设备可进一步包括用于对位于核反应堆的反应堆安全壳下方的断层或节理进行灌浆的装置以阻止地下水的流动。
另外，该设备可进一步包括防渗壁，该防渗壁阻止地下水围绕核反应堆的反应堆安全壳的流动并且该防渗壁围绕核反应堆的反应堆安全壳。
如上所述，本发明能够产生以下效果：当因自然灾害或核反应堆的异常操作（其引起了核反应堆的堆芯冷却功能丧失、核反应堆的燃料棒熔融、反应堆安全壳损坏和熔融的燃料棒的外部排放）而导致发生严重事故时，在不适用机器或人力的情况下使熔融的燃料棒与内部聚集体或混凝土自动反应以便减少能量，并且因此熔融的燃料棒在封闭建筑物中被逐渐冷却并保持很长一段时间。
进一步，本发明通过使用连接到反应堆安全壳的周缘上的混凝土浇注管道来注入混凝土并且浇注混凝土，并且因此将核反应堆与外部完全隔开以便防止辐射泄露到周围环境。
另外，本发明对断层或节理进行灌浆并且安装有地下防渗壁，并且因此能够防止地下水被放射性污染。
附图说明
图1为常规的核电站的核反应堆和安全壳的剖视图，安全壳将核反应堆与外部隔开；
图2为根据本发明的实施例的用于处理核反应堆的熔融的燃料棒的设备的剖视图；
图3A-3C为示出了根据本发明的实施例的用于处理核反应堆的熔融的燃料棒的设备的操作的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例，以便于本领域技术人员容易地实施。
图2示出了根据本发明的实施例的用于处理核反应堆的熔融的燃料棒的设备的整体结构。如图2中示出的，在本发明的设备中，封闭建筑物3围绕反应堆安全壳1形成，主阻隔体1和次级阻隔体4安装在封闭建筑物3中。主阻隔体2由基板8来支撑。
在主阻隔体2的底部形成有开口，并且用于埋置熔融的燃料棒的腔7在主阻隔体2的下方形成。优选地，熔融对象装载容器100安装在安全壳的外部（更具体地，围绕主阻隔体2安装）。提供有用于将诸如聚集体之类的熔融对象101从熔融对象装载容器100注入到反应堆安全壳1下方的腔7中的熔融对象注入管道103。
在熔融对象注入管道103上安装有能够对打开/关闭进行控制的开/关阀104，并且熔融对象注入管道103下方的部分由支撑构件105来封闭。因此，当核反应堆正常操作时，熔融对象注入管道103由开/关阀104和支撑构件105来封闭。
在本发明的第一实施例中（如图2中示出的），支撑构件105为封闭熔融对象注入管道103下方的部分的构件。
替代性地，在本发明的第二实施例中，当支撑构件设置在两个或多个熔融对象注入管道103之间时，支撑构件为封闭熔融对象注入管道的下端部的构件。在第二实施例的这种结构中，当核反应堆的熔融的燃料棒从反应堆安全壳1落下时，支撑构件被熔融或被损坏，并由此打开熔融对象注入管道的下端部。
另外，开/关阀104和支撑构件105通过钢丝被连接到外部。由于装置的故障，当开/关阀104无法打开时，以及当支撑构件105无法移除时，操作者能够从外部手动地拉动钢丝，由此打开开/关阀104并且将支撑构件105从熔融对象注入管道103移除。
通过该构型，当发生严重事故时，燃料棒6熔融并且从反应堆安全壳1落下。由此，支撑构件被移除，并且熔融对象注入管道103的开/关阀105被打开。因此，熔融对象101进入反应堆安全壳1下方的腔7。在下文中，熔融的燃料棒6与腔7内部的熔融对象反应以减少反应热，并且熔融的燃料棒6被逐渐冷却。
围绕反应堆安全壳1连接有混凝土浇注管道30，并且混凝土浇注管道30能够通过使用外部泵31来将混凝土推送至腔7中。另外，更优选地，混凝土浇注管道30被连接到主阻隔体2和次级阻隔体4之间的空间，从而能够将混凝土浇注到该空间中。
混凝土浇注管道30可根据需要改型为与附图中示出的形式不同的各种形式。
图3A-3C示出了根据本发明的实施例的用于处理核反应堆的熔融的燃料棒的设备的操作。如图3A-3C中示出的，熔融的燃料棒6从反应堆安全壳6落下，并且从熔融对象装载容器排出的熔融对象与熔融的燃料棒反应以吸收燃料棒6的热量。然后，将混凝土从外部注入。
图3A为这样的操作：当熔融的燃料棒6与反应堆安全壳1分离时，熔融对象从熔融对象装载容器进入到反应堆安全壳1下方的腔7中。
随后，如图3B中示出的，熔融的燃料棒6落下并进入反应堆安全壳下方的腔7，并且与熔融对象反应。然后，熔融的燃料棒6的反应热被耗散以将熔融对象熔融，并且熔融的燃料棒6被逐渐冷却。
随后，如图3C中示出的，混凝土通过围绕反应堆安全壳连接的混凝土浇注管道30被注入到反应堆安全壳1和主阻隔体2之间的空间中。因此，熔融的燃料棒与外部完全隔开。因此，能够防止辐射泄露到外部。
另外，混凝土通过混凝土浇注管道30被进一步注入到主阻隔体2和次级阻隔体4之间的空间中，从而能够更显著地防止辐射泄露到外部。
更优选地，该设备进一步包括用于对围绕腔7的断层或节理进行灌浆的装置以阻止地下水的流动。从而能够防止沿地下岩床的断层或节理流动的地下水被放射性污染。灌浆装置示出为圆形点200，以便对图2中的位于腔下方的波形的断层或节理进行灌浆。
更优选地，该设备进一步包括防渗壁，该防渗壁阻止地下水围绕竖直腔的流动并且该防渗壁围绕竖直腔7。因此，能够更显著地产生上述效果。防渗壁示出为图2的围绕用于处理核反应堆的熔融的燃料棒的设备向下延伸的壁。
通过该构型，本发明的用于处理核反应堆中的熔融的燃料棒的设备能够产生以下效果：当因自然灾害或核反应堆的异常操作（其引起了核反应堆的堆芯冷却功能丧失、核反应堆的燃料棒熔融、反应堆安全壳损坏和熔融的燃料棒的外部排放）而导致发生严重事故时，在不适用机器或人力的情况下使熔融的燃料棒与内部聚集体或混凝土自动反应以便减少能量，并且因此熔融的燃料棒在封闭建筑物中被逐渐冷却并保持很长一段时间。
具体地，本发明通过绕反应堆安全壳连接的混凝土浇注管道将混凝土注入到反应堆安全壳1和主阻隔体2之间的空间和主阻隔体2和次级阻隔体4之间的空间中。因此，熔融的燃料棒与外部完全隔开。因此，可防止辐射泄露到周围环境。
另外，本发明对断层或节理进行灌浆并安装有防渗壁，并且因此，能够防止地下水被放射性污染。
上文已经描述了本发明的实施例，但是本发明的技术理念不限于所述实施例，并且在不偏离本发明的技术理念的情况下，本发明能够以各种构造被实施。

Claims (6)

1.一种用于处理核反应堆中的熔融的燃料棒的设备，所述设备包括：
熔融对象装载容器，所述熔融对象装载容器位于所述核反应堆的反应堆安全壳的外部；以及
熔融对象注入管道，所述熔融对象注入管道被设置为将熔融对象从所述熔融对象装载容器注入到所述反应堆安全壳下方的部分中。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，位于所述反应堆安全壳下方的所述熔融对象注入管道的下端部由支撑构件来封闭。
3.根据权利要求2所述的设备，进一步包括设置为从外部移除所述支撑构件的装置。
4.根据权利要求1所述的设备，进一步包括混凝土浇注管道，所述混凝土浇注管道被设置为从外部将混凝土注入到所述反应堆安全壳下方的部分中。
5.根据权利要求1所述的设备，进一步包括用于对位于所述核反应堆的反应堆安全壳下方的断层或节理进行灌浆以阻止地下水流动的装置。
6.根据权利要求1所述的设备，进一步包括防渗壁，所述防渗壁阻止围绕所述核反应堆的反应堆安全壳的地下水流动并且所述防渗壁围绕所述核反应堆的反应堆安全壳。
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