CN114068045A - 反应堆和用于反应堆的针对堆芯熔化事件的安全方法 - Google Patents

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CN114068045A CN202110859243.0A CN202110859243A CN114068045A CN 114068045 A CN114068045 A CN 114068045A CN 202110859243 A CN202110859243 A CN 202110859243A CN 114068045 A CN114068045 A CN 114068045A
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弗兰克·莫兰
吉勒·阿瓦基扬
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Abstract

本发明涉及用于反应堆(1)的安全方法，该反应堆(1)包括至少第一级回路(100)和第二级回路(200)，该第二级回路与第一级回路(100)流体隔离并且包括至少一个蒸汽发生器(210)。在反应堆(1)的堆芯(30)熔化、在容器(10)的底部(12)中形成堆芯熔化物(70)的熔池(71)并在堆芯熔化物(70)的熔池(71)的表面处形成液态金属层(72)的情况下：该方法包括通过流体绝缘体的爆炸破裂，以将第二级回路(200)设置为与第一级回路(100)流体连通，使得第二级流体遵循第一级回路(100)流过容器(10)内的堆芯熔化物(70)的熔池(71)的所述液态金属层(72)。

Description

反应堆和用于反应堆的针对堆芯熔化事件的安全方法
技术领域
本发明涉及核电站安全领域，且更具体地涉及压水核反应堆(PWR)严重事故的管理。更具体地，本发明适用于：在严重事故发生情况之后，在用于将堆芯熔化物保持或保留在容器中的策略的背景下，与在容器底部形成堆芯熔化物的熔池有关的事故的管理。
背景技术
图1和图2中示出了PWR型核电站。
通常，这样的设备包括包围壳体600，反应堆(反应器)1容置在该包围壳体内。反应堆1包括容器10，该容器与盖子20一起形成紧密的壳体。该紧密壳体容纳堆芯30的燃料组件。在图2中，为清楚起见，堆芯由虚线区域表示。
容器10还包括连接到第一级回路100的至少一个所谓的冷流体入口13以及同样连接到第一级回路100的至少一个所谓的热出口14。加压水在第一级回路100中循环。
因此，在反应堆1的正常运行期间，第一级回路10确保了将热从堆芯30朝向第二级回路200传输，在第二级回路内也循环有水。
第二级回路200包括一个并且优选地多个蒸汽发生器210。第一级回路100和第二级回路200之间的热交换在蒸汽发生器210内部进行。在图1所示的示例中，蒸汽发生器210中示出了第一级回路100的环路214。
图1和图2的简化图图示了第一级回路100和反应堆1堆芯30的其他完美经典元件，例如：控制棒40、容器10入口处的用以使水在第一级回路100中循环的液压泵102、在容器10出口处的增压器110、包围壳体600以及形成界定了容器10的腔体603的基部601和壁602的结构。
仍然在反应堆1的正常运行期间，在其进入蒸汽发生器210的通道中，第二级回路200的一部分水蒸发并到达能量转换装置，例如由蒸汽减压可移动地驱动的涡轮机220。之后，涡轮机220的输出端处的机械能在被传送到消耗地点之前被发电机500和变压器510转化成电能。
在涡轮机220的出口处，流体在通过泵240再次被注入蒸汽发生器210之前在冷凝器230中冷凝。
为了冷凝来自涡轮机220的蒸汽，冷凝器230通过由水源310诸如河流供给的开放式回路300冷却。该回路300还包括提升泵320、330和冷却塔340。
如图1的示意图中清楚地显示，第一级回路100的水旨在提取由反应堆1产生的卡路里，以便将它们转移到第二级回路200，以使用能量转换系统例如涡轮发电机将它们转化为电能。在正常运行期间，堆芯30处于临界状态(极重要的)，并且所产生的热能由第一级回路100排出。堆芯的临界状态的监测通过控制棒40在堆芯30中的位置来确保，还通过第一级回路的水中水溶性硼的含量来确保。
不同事故情景诸如大破口型第一级冷却剂损失事故，结合加重系数例如分级应急系统失效，可能导致严重的事故发生情况。
此后，随着堆芯熔化物的产生，堆芯30转变为熔化状态。堆芯熔化物是处于熔化状态的容器内部构件10的部分或全部熔化燃料组。堆芯熔化物通过重力流入容器10的底部12并在其中形成熔池。因此，堆芯熔化物包括全部或部分熔化燃料的量，包含所有固体裂变产物和与其相关的残余热能。
图3A至图3C以非常示意性的方式图示了PWR容器的严重事故，其中形成了堆芯熔化物的熔池，然后容器被刺穿。
在图3A中，示出了堆芯30的解聚和部分熔化、堆芯熔化物70的形成和堆芯熔化物70的熔池71在容器10底部12处的出现。以已知的方式，在形成堆芯熔化物70的熔池71时，表面液态金属层72出现在熔池71的自由表面处。堆芯熔化物70的熔池71的热能的一部分被传递到该层72。
图3B以非常示意性的方式示出了该金属层72的外观(为清楚起见有意夸大了其厚度)。带有附图标记A的区域示出了由金属层72造成的容器10的刺穿的开始。容器10的这种刺穿是由通常称为“聚焦效应”的现象引起的。金属层72是良好的热导体并吸收了堆芯熔化物的熔池71的大部分热能。聚焦效应对应于下述情况：其中金属层72在容器10的侧壁11的小表面上通过传导传递其一部分热。这种集中在小表面上的热能可能会导致容器10的壁11的刺穿。
图3C示出了容器10的刺穿完成。然后，堆芯熔化物70溢出到容器10的腔体603中。此外，在堆芯熔化物与腔体603中容纳的冷却水之间直接接触时，爆炸，称为蒸汽爆炸(突然的水的减压和蒸汽的膨胀)，以及氢气的产生。考虑到由反应堆壳体600形成的第三包围屏障破裂的风险，这些后果是不可接受的。在浸泡的容器10的腔体603的情况下，容器刺穿的风险应被消除。此外，必须避免堆芯熔化物70不受控制的扩散，堆芯熔化物是具有非常高热能的高放射性材料。在基部601水平处扩散的堆芯熔化物70产生刺穿该基部和向下传播到可能的潜水层区域的风险。
根据PWER核锅炉的设计者，在PWR发生严重事故事件时，有两种管理堆芯熔化物的模式。第一系列的方案称为容器外保留，包括使堆芯熔化物70刺穿容器10，第一级回路减压，并在用于扩展堆芯熔化物并管理其冷却的区域中流动。这种类型的方案的缺点是需要一个可观的平台来接收和传播堆芯熔化物，所谓的同流换热器，其大大降低要建造的结构的重量和反应堆壳体的基础设施成本。另一个主要缺点涉及由反应堆壳体形成的第三包围屏障的完整性证明，以避免环境污染，因为由第一级回路形成的包围屏障已被破坏。
被称为容器内保留或其首字母缩写词IVR的第二系列的方案在于设置用于通过避免刺穿容器10而将堆芯熔化物70保持在该容器内的系统。
在这一系列的方案中，一种策略旨在在浸泡的容器10的腔体602之后将堆芯熔化物70保持在容器10中并通过外部冷却来通过容器10的壁提取其残余能量，特别是通过设置(自然或强制)对流环路。
例如在文献WO2009/053322中描述了这种类型的方案。在该文献中，位于容器底部的泵允许增加位于容器腔体603中与容器10的外壁接触的水的强制对流。
也可以建立与容器接触的水的自然循环，然后在壳体的上部再次蒸发和冷凝。在WestinghouseTM公司的AP1000反应堆中发生严重事故时，建议使用此类方案来管理残余电力的排出。与文献WO2009/053322中描述的方案相比，该冷却装置是完全被动的。
此外，根据关于聚焦效应起源处的金属层72的厚度的所考虑的假设，仍然存在无法达到用以避免刺穿容器的足够的冷却性能的可能性。这就是为什么总的来说，即使在严重事故的IVR管理的情况下，还是描述了用于处理氢气风险的补偿装置，以及对蒸汽爆炸后果限制的研究，提供了额外的手段，以便处理容器刺穿的最坏情况假设。
文献FR2763168或EP0907187中描述的IVR策略在于提供用于回收容器底部的堆芯熔化物的装置。堆芯熔化物通过重力从堆芯流向该同流换热器。此外，它被提供用于通过连接到容器腔体的附加罐通过重力来注入水。
该方案的缺点是需要存在由同流换热器形成的附加系统，这会降低反应堆容器的重量并显着增大其尺寸。此外，将水注入由直接连接到第一级回路的罐形成的容器中的装置只是对已经存在的用于处理尺寸事故的那些装置进行补偿的备用注入装置。发生严重事故时存在的残余第一级压力需要为该罐提供相当大的重力高度，这大大降低了要建造的结构的重量。
因此，为管理堆芯熔化物的冷却而提出的所有少数方案都存在缺陷。需要提供一种限制并可能抑制这些缺陷中的至少一些缺陷的方案。本发明旨在实现这样的目的。
本发明的另一个目的在于降低并有可能消除通过聚焦效应刺穿容器的风险。
发明内容
为了实现这些目标中的至少一个，本发明提供了一种用于压水核反应堆的针对反应堆的堆芯至少部分熔化并形成堆芯熔化物的熔池的情况的安全方法，反应堆在运行阶段期间包括至少：
·第一级回路，水基第一级流体在其中循环，第一级回路被配置成使第一级流体渗入反应堆的容器并穿过容纳在容器内的堆芯，以提取由堆芯产生的热，
·第二级回路，水基第二级流体将在其中循环，第二级回路与第一级回路流体隔离，并包括至少一个蒸汽发生器，第二级回路被配置成从第一级回路吸收热并将其至少部分转化为蒸汽发生器中的蒸汽。
该方法至少包括以下步骤，响应于检测到表征反应堆的堆芯至少部分地熔化、在容器底部中形成堆芯熔化物的熔池并且在堆芯熔化物的熔池表面处形成金属层的事件：
·通过流体绝缘体的爆炸，以将第二级回路设置为与第一级回路流体连通，使得第二级流体遵循第一级回路流过容器内的堆芯熔化物的熔池的所述液态金属层。
因此，容纳在第二级回路中并且特别是在蒸汽发生器中的加压第二级流体，通常是处于饱和压力和温度的水，流过容器的底部的金属层。
因此，这种冷却剂注入是以被动方式执行的，因为第二级回路的水处于比第一级回路更高的压力下。
通常，蒸汽发生器中容纳的水压在60到70巴之间，而当发生严重事故时，第一级回路的水压通常低于20巴。
在很短的时间内，第二级回路的水开始与过熔液态金属层接触，使得通过聚焦效应导致刺穿起点处的热流急剧减少。来自第二级回路的全部或部分水通过沿反应堆容器冷支路侧、有利地沿通常称为降液管的体积流出，在与液态金属层和堆芯熔化物的熔池接触时蒸发。
来自第二级回路的水流过足够长的时间段，以至少在该液态金属层具有小到足以产生刺穿容器的风险的厚度的整个时间段内冷却该液态金属层。因此，可以将此流视为受监测的。然而，流过液态金属层的流体的流速不必非常高。
用于管理该流速和从第二级回路向容器中注入水的持续时间的一种方式在于准确校准第二级回路和第一级回路之间打开的裂口的截面。
作为非限制性示例，进入容器的第二级水的流速对应于直径为约20mm并且更通常在10至30mm之间的裂口。
然后，一个或多个蒸汽发生器(GV)中容纳的所有水逐渐流入反应堆容器。从第二级回路进入第一级回路的液体流速的典型值约为5kg/s。作为非限制性示例，该流速更一般地包括在2kg/s至10kg/s之间。该值大大低于所有旨在浸泡堆芯的安全注射。因此，根据本发明的方法允许将水从GV长时间转移到容器的被聚焦效应潜在刺穿的区域，而且还显着限制了由水/液态金属产生的蒸汽相互作用，从而限制了第一级回路中的超压。
同样作为非限制性实施例，从第二级回路向容器中注入水的持续时间在三小时的范围内，并且更一般地在30分钟至5小时之间。相比之下，在通过将水从第二级回路倒入容器中来浸泡堆芯的方案中，注入的持续时间将持续约一分钟到几分钟。
根据意外情况，对于功率为1300MWe的反应堆(法国PalierN4型)，每个蒸汽发生器的可用水量在每个蒸汽发生器29吨至70吨之间变化。
关于严重事故的时间尺度，特别是关于堆芯熔化和形成堆芯熔化物的时间尺度，在实施根据本发明的方法时，来自第二级回路的水流过堆芯熔化物的熔池的时间很短。
然而，在本发明的开发的背景下，已经观察到该持续时间足以相当显着地降低甚至消除通过聚焦效应刺穿容器的风险。
事实上，已经注意到聚焦效应可能导致容器刺穿的时间段是相对有限的。已经观察到，由于聚焦效应造成的刺穿风险对应于时间间隔，在该时间间隔中，堆芯熔化物的熔池在表面具有相对小的厚度通常为几厘米的液态金属层。在这种配置中，来自堆芯熔化物的熔池的大部分热能被传递到这个薄金属毯，然后该能量通过接触容器的内壁而被传递，并导致容器的内壁逐渐被刺穿。
随着时间的推移，由于熔化金属存量增加，逐渐熔化的容器的内部元件继续供给堆芯熔化物的熔池，并且表面的液态金属层变厚。液态金属层与容器内壁之间的接触面增加。传递到此后的热能然后分布在更大厚度的液态金属层上，并且容器穿刺功率然后不那么集中。容器刺穿的风险于是变得更低。
一旦所有内部金属原料都熔化，则表面金属层的厚度使得外围和与容器接触的热能不再足以刺穿容器。通常，在此水平下，容器的外部冷却足以有效地排出来自熔池槽的热能。然后确定地停止对容器的刺穿。
例如，如果3MWth传输到厚度为10cm、周长为12m的金属层上，而上表面没有任何热排空的可能性，那么将有一热流施加到3/1.2＝2.5mw/m2。当容器浸泡在浸泡的容器中时，这种流不能通过常规的外部冷却来排出。然后将传递到容器的多余热能转化为容器本身的熔化热，并从内部刺穿容器。一旦液态金属层达到两倍或三倍的厚度，流量就会减少很多，然后外部冷却变得足以阻止容器刺穿的进程，因为来自熔池的全部热能被排空到外部水，而不会导致容器金属熔化。
当第二级液态水与来自第一级回路的冷支路的液态金属层接触时，优选在容器的刺穿位置处，即在降液管的外围，如稍后将详细描述的，每秒蒸发的每千克水会导致液体层冷却约2到3MWth。在约3小时内以约5kg/s的流速的情况下，液态金属层的冷却对应于在3小时内排出约10至15MWth的热能，这大大减少甚至防止刺穿容器。
此外，一旦堆芯熔化物的熔池达到给定的高度，表面的液态金属层就会与堆芯支撑板接触，如图2和图3A中的附图标记17所示。被堆芯熔化物的熔池的热能过热的液态金属的温度因堆芯支撑板下部的显着熔化而显着降低。事实上，金属的熔点远低于导致聚焦效应的液态金属层可能达到的熔点。
因此，在本发明的开发的上下文中，已经注意到，通过在容器内以相对低的流速注入一定量的水，可以有效地防止通过聚焦效应造成的容器的刺穿。容纳在蒸汽发生器中的水的体积然后足够大，以在液态金属层具有的厚度小到足以使得聚焦效应现象导致容器刺穿的整个时间段内有效地冷却液态金属层。
以特别有利的方式，本发明不需要反应堆中的任何附加部件，例如同流换热器，或容器腔体中的附加系统，例如强制对流装置。
此外，本发明不需要放置在相当高的高度的任何附加罐。然而，通过利用第二级回路的压力，本发明允许非常快速的注水。
然而，在将堆芯熔化物保持在容器内的构造中，需要为容器的外壁提供冷却，并且通过充分浸泡容器来冷却。
因此，建议的方案允许被动操作，即没有任何泵将冷却剂倒在堆芯熔化物的熔池上，通过对抗该聚焦效应的影响，增强了管理容器内堆芯熔化物的策略危及防止刺穿反应堆容器的成功。
此外，本发明没有直接在反应堆容器上提供额外的部件或分接头，这些可能导致反应堆安全可靠性的降低。
因此，本发明允许在堆芯熔化并形成堆芯熔化物的熔池的情况下显着提高压水反应堆的安全性。
本发明还包括一种压水核反应堆，其至少包括：
·容纳反应堆芯的容器，该容器包括至少一个入口和至少一个出口，
·第一级回路，其至少一个第一端连接到容器的入口，并且其至少一个端部连接到容器的出口，以便第一级流体，优选水基第一级流体，在第一级回路中循环，通过所述入口渗入到反应堆的容器中并通过所述出口出来同时穿过堆芯，以提取由堆芯产生的热，
·第二级回路，与第一级回路流体隔离，水基第二级流体旨在在其中循环，并且包括至少一个蒸汽发生器，第二级回路被配置成吸收第一级回路的热并将其至少部分地转化为蒸汽发生器中的蒸汽。
反应堆包括安全系统，该安全系统包括安全装置，该安全装置包括至少一个爆炸装置，该爆炸装置被配置成爆炸以破坏第二级回路和第一级回路之间的流体绝缘，从而产生至少一个，优选仅一个通道，使存在于至少一个蒸汽发生器中的第二级流体能够在第一级回路内流动。
有利地，爆炸装置被配置成在堆芯至少部分熔化的情况下爆炸，在容器底部形成堆芯熔化物的熔池并且在堆芯熔化物的熔池表面形成液态金属层。
因此，爆炸装置的暴露使得包含在至少一个蒸汽发生器中的第二级流体能够在容器中流动，同时预先通过第一级回路。
更具体地，当形成堆芯熔化物的熔池并且在熔池表面出现液态金属层时，容纳在蒸汽发生器中的加压第二级流体溢出到第一级回路中，有利地逸出到冷分支中，然后逸出到容器中。该流体冷却液态金属层，从而减弱聚焦效应现象。因此，避免了容器的刺穿。
Sbreach是所述通道的最小截面，其能够将存在于至少一个蒸汽发生器中的第二级流体注入第一级回路内部。
根据非限制性示例，Sbreach小于20cm2(10-2米)。
根据一个实施例，Sbreach大于2cm2，并且优选地Sbreach大于3cm2。根据一个实施例，Sbreach在2cm2至20cm2之间。
根据一个实施例，Sbreach在0.2cm2至20cm2之间，优选地在0.8cm2至20cm2之间，且更优选在2cm2至7cm2之间。
反应堆容器冷分支侧的入口部分远大于第二级回路和第一级回路之间形成的缺口部分。
通常，根据非限制性实施例，Sbreach<0.05*Sinlet，优选Sbreach<0.01*Sinlet，优选Sbreach<0.005*Sinlet并且优选Sbreach<0.001*Sinlet，Sinlet是第一级流体在第一级回路直至容器的通路的最小截面。
如果第一级回路在容器中包括多个入口，即有多个蒸汽发生器的情况，则截面Sinlet是第一级回路到容器入口的截面之和。
通常，冷支路侧的第一级流体的通道截面在6000cm2的范围内。
通常，当Sinlet具有圆形截面时，Sinlet的直径在800至900mm(10-3米)之间。
因此，第二级流体流入第一级回路的截面比第一级流体通常在容器中流动的截面小得多。截面Sbreach和Sinlet的这种比率允许在相对较长的时间段内将第二级流体流注入到第一级并因此注入到容器中。更具体地，在足够长的时间段内，以覆盖液态金属层的厚度小到足以通过聚焦效应刺穿容器壁的持续时间。
这些特征允许降低并可能抑制通过聚焦效应造成的刺穿容器的风险。
附图说明
本发明的目的、目标以及特征和优点将从本发明的实施方式的详细描述中更好地显现出来，这些实施方式由以下附图示出，其中：
图1描绘了PWR型核电站。
图2示意性地示出了处于不包括严重事故情况的运行状态的PWR型反应堆容器在其容器腔体中的竖向截面。
图3A至图3C示意性地示出了严重事故的不同阶段，导致堆芯部分或全部熔化，形成堆芯熔化物的熔池，然后通过聚焦效应刺穿图2中所示的反应堆中的容器。
图4示意性地示出了本发明的实现方式，其中通过将水从第二级回路通过第一级回路注入到容器底部上来冷却堆芯熔化物的熔池。
图5A和图5B示意性地示出了集成有根据本发明的第一实施方式的安全系统的PWR型核电站。图5B以放大视图示出了容器和蒸汽发生器之间的液压连接。
图6A至图6C是对应于以更一般的方式在图5A和5B中表示的第一实施方式的非限制性实施例的详细视图，该实施例使得能够在蒸汽发生器内注入第一级回路内的第二级水。
图7是以实施图5A和图5B所示的实施方式的方案的立体图示出了本发明的操作的图。
图8以非常示意性的方式示出了容器部分和允许沿容器母线定位熔断器的参数。
附图仅作为示例提供，并不限制本发明。它们表示旨在促进对本发明的理解的框图并且不一定按照实际应用比例进行绘制。特别地，设备的不同组成元件的相对尺寸，特别是反应堆及其管道、液态金属层和设备的不同构件的相对尺寸并不代表现实。
具体实施方式
在开始详细审查本发明的实施方式之前，应当记住，根据本发明第一方面，本发明可能特别地包括下文中可以组合或替代地使用的可选特征。
根据一个实施例，使用设置在容器壁上的至少一个熔断器来执行对在堆芯熔化物的熔池表面处形成液态金属层的所述检测，至少一个熔断器被配置成在液态金属层到达它时熔化。
根据一个实施例，至少一个熔断器具有高于或等于温度阈值Tf的熔断器的熔化温度，其中Tf≥400℃，优选地Tf≥500℃并且优选地Tf＝600℃。
根据一个实施例，反应堆包括根据容器壁的至少一个母线分布的多个熔断器，使得两个相邻的熔断器限定容器切片，切片的体积Vslice相同。
根据一个实施例，与第一级回路连通的第二级回路的设置根据例如使用至少一个熔断器检测到容器内壁温度高于温度阈值Tf而被触发，其中Tf高于400℃，且优选Tf高于500℃。
根据一个实施例，容器中液态金属层的高度演变的曲线通过设置在容器内壁上并且优选地根据该壁的至少两个母线设置的熔断器来确定。根据该曲线确定第二级回路被设定成与第一级回路流体连通的时间点。
优选地，一系列熔断器设置在容器壁的内部面上。优选地，熔断器放置在容器底部和容器侧壁的母线上。通过该母线的熔断器的连续失效，可以检测到堆芯熔化物水平上升的进展以及容器表面处由液态金属层造成的容器的降解的开始。从确定的堆芯熔化物的高度开始，流体连通的启动被激活。
根据一个实施例，反应堆包括在容器壁上的至少一个熔断器。熔断器被配置成使得当液态金属层到达熔断器时，它会使熔断器熔化。例如，熔断器的熔化温度高于或等于温度阈值Tf，其中Tf≥350℃，优选Tf≥450℃，且优选Tf＝600℃。
根据一个实施例，反应堆包括根据容器壁的至少一个母线分布的多个熔断器。熔断器沿着母线设置，使得如果液态金属层的体积以恒定速率增加，则分隔液态金属层到达母线的两个连续熔断器的时间点的时间间隔保持恒定。
根据一个实施例，至少在液体金属层具有的厚度e72小到足以至少部分地刺穿容器的内壁的整个时间段内，第二级流体在容器内流过液体金属层。
根据一个实施例，在至少三十分钟期间并且优选地在至少一小时期间并且优选地在至少两小时期间，第二级流体在容器内流过液态金属层。
根据一个实施例，第二级水流在第一级回路中穿过一通道，该通道的最小截面Sbreach在0.2cm2(0.2.10-4m2)至20cm2之间并且优选地在0.8cm2至7cm2之间。如果该通道的最小截面Sbreach是圆形，则其直径在5mm至50mm之间，优选在10mm至30mm之间。通常，该直径约为20mm。
根据一个实施例，第二级流体以低于10kg/s(103克/秒)并且优选低于7kg/s的流速在容器(10)内流动。
根据一个实施例，反应堆包括位于容器内部的内壳体，该内壳体封围堆芯并用容器的内壁限定称为降液管的环形体积，该降液管被配置成使得在反应堆的正常运行期间：
·入口通向壳体外部和降液管，以便将来自入口的第一级流体引导至容器底部，
·出口通向壳体内部，以便堆芯中存在的第一级流体可以通过出口流出反应堆。
反应堆被配置成当爆炸装置产生抑制第二级回路和第一级回路之间的流体绝缘的至少一个通道时，容纳在蒸汽发生器中的第二级流体然后流入容器的底部，同时预先通过所述容器的入口，然后通过降液管。
该实施方式促进了第二级水在容器内壁上的流出。与第二级流体从容器的出口或在热分支侧渗入到容器中且因此不会通过降液管的情况相比，这允许更有效地冷却液态金属层。实际上，通过在降液管侧流出，第二级水的蒸发以及因此液态金属层的冷却发生在容器刺穿所在的区域中。为实现本实施方式，第二级侧上的连接应在蒸汽发生器的冷支路侧进行，也就是说在第一级温度对应于第一级回路的冷回流(冷水箱)的换热器侧。
根据一个实施例，反应堆包括设置在容器壁上的至少一个熔断器，熔断器被配置成使得当液态金属层到达熔断器时，它使熔断器熔化，熔断器的熔化温度高于或等于温度阈值Tf，其中Tf≥400℃，优选Tf≥500℃，且优选Tf＝600℃。
根据一个实施例，反应堆包括根据容器壁的至少一个母线分布的多个熔断器，熔断器沿着母线分布，使得根据该母线的两个相邻的熔断器限定容器切片，切片的体积Vslice是相同的。
根据一个实施例，蒸汽发生器包括封围第二级流体和第一级流体的壳体，该壳体封围使第二级流体和第一级流体流体隔离的绝缘体，安全系统被配置成抑制在蒸汽发生器的壳体内第二级流体和第一级流体之间的绝缘，从而形成所述通道。这种绝缘的抑制对应于具有受限和受监测直径(通常直径为20mm)的裂口。
根据一个实施例，蒸汽发生器包括管，第一级流体在管内循环，第二级流体与管的外壁接触，安全系统包括爆炸装置，该爆炸装置包括触发装置和容纳在所述管的至少一个管内的至少一个爆炸插塞，爆炸插塞被配置成当它被触发装置触发时进行爆炸，从而至少将容纳爆炸装置的管断开，从而形成所述通道。在爆炸之前，插塞至少部分地且有利地自身形成第二级回路和第一级回路之间的所述流体绝缘。
根据另一实施例，蒸汽发生器包括：
·第一级流体在其中循环的第一部分，
·第二级流体在其中循环的第二部分，
·具有流体地隔离第一和第二部分的管的板，带有管的板包括至少一个管，至少一个管至少部分地在第二部分中延伸并且第一级流体在管内循环，存在于第二部分中的第二级流体与管的外壁接触，
安全系统包括：
·第一部分和第二部分之间的至少一个连通通道，
·爆炸装置包括至少：
ο爆炸插塞，容纳在所述通道内并防止流体循环到所述通道中；
ο触发装置。
炸药插塞被配置成当它被触发装置触发时爆炸，以至少部分地破坏自身，从而实现通过所述通路的循环，从而在第一部分和第二部分之间形成通道。在爆炸之前，插塞至少部分地且有利地自身形成第二级回路和第一级回路之间的所述流体绝缘。
根据一个实施例，触发装置被配置成从蒸汽发生器的外部被启动。
根据一个实施例，触发装置包括穿过蒸汽发生器的壳体的壁的至少一根线。
根据非限制性的可能性，触发装置包括：
·磁性接触器，位于蒸汽发生器壳体内并通过线连接到爆炸插塞，以及
·磁性激发器，位于蒸汽发生器壳体外部，被配置成与磁性接触器配合，以便当磁性激发器被启动时，它会致动磁性接触器，磁性接触器触发爆炸插塞的爆炸。
根据一个实施例，安全装置被配置成使得容纳在蒸汽发生器中的第二级流体以4至5kg/s的流速在容器中流动，蒸汽发生器的压力在68bar的范围内。
因此，即使冷却流体的量有限，也可以减缓聚焦效应的现象，避免刺穿容器。
术语“基本上”、“约”、“在……范围内”是指同时考虑到制造和/或测量公差，并且可以特别对应于“在10％以内”。
在以下描述中，反应堆1或电站的正常运行是指没有事故或严重事故的运行阶段。事故例如第一级冷却剂损失、大裂口或特大裂口事故并不代表反应堆1的正常运行阶段。
现在将参考图4至图8详细描述本发明。
图4示出了反应堆1，例如与参照图2至图3A描述的相同类型的反应堆。
参照图2至图3A描述的所有特征适用于图4所示的实施方式。在该图4中，堆芯30是熔化的或部分熔化的。在容器10的底部12中已经形成了堆芯熔化物70的熔池71。在熔池71的表面，液态金属层72已经形成或即将形成。
在该液态金属层72开始刺穿容器10之前或在该部分刺穿开始之后迅速提供将冷却流体倒入容器10的底部12中，并因此倒在该层72上。
该冷却流体来自第一级回路100的入口13和/或出口14。
如稍后将详细解释的，该冷却流体包括来自第二级回路200的水，其在第一级回路100中流动。
应当注意，通常，在发生严重事故的情况下，第一级回路100的减压被触发。这可以通过打开位于例如增压器110顶部的特定阀门来执行。一旦达到阈值温度，例如组件套管的温度将达到650℃或者更大，就可以触发第一级回路的减压。第一级回路100的这种减压导致第一级回路的压力低于第二级回路200的压力。通常，减压的第一级回路100中的压力低于20巴。通过第一级回路100和第二级回路200之间的压差的影响，这些回路100、200的连通导致第二级回路200的流体快速注入第一级回路100。
根据特别有利的实施方式，第二级回路200的流体800溢出到第一级回路100中并通过入口13到达容器10的内部。优选地，反应堆1包括位于容器10内部的内壳体15，封围堆芯30并与容器10的内壁11一起限定环形体积，通常称为降液管16(下降部分)。该内壳体15被配置成使得在反应堆1的正常运行期间(也就是说，例如在没有严重事故的情况下)：
·入口13通向壳体15的外部和降液管16，使得来自入口13的冷流体被引导至容器10的底部12，
·出口14通向壳体15的内部，以便堆芯30中存在的热流体可以通过出口14从反应堆1出来。
因此，在反应堆1的正常运行期间，第一级回路100的冷流体通过入口13渗入到反应堆1中；在降液管16中靠重力下降到达容器的底部12，在通过通常称为支撑板17的孔板的同时在壳体15内上升；穿过堆芯30以提取来自裂变的热并通过出口14从反应堆1出来。
在本发明的实现方式的上下文中，源自第二级回路200并且经由回路100渗入801到容器10中的冷却流体因此也沿着容器10的壁11下降并且到达液态金属层72。因此，该安全冷却流体遵循反应堆1中水的自然路线。该冷却流体与液态金属层72的表面接触。更具体地，冷却流体在最临界位置，即在液态金属层和容器10的壁11之间的界面处，到达液态金属层72。因此，冷却流体确保了在液态金属层72可能通过聚焦效应刺穿容器10的内壁11之处的整个周边上的冷却功能。因此，来自降液管16的冷却流体供应提供了一种特别有效的方案，以降低通过聚焦效应刺穿容器的风险。
同样有利地，液态水与过熔金属层72接触的这种模式是通过从容器10的内壁流出来进行的，这比将大量水注入到堆芯熔化物的熔池上要温和得多。向堆芯熔化物的熔池中大量注入水可能会引起蒸汽冲击，这对反应堆容器的完整性有害。
在图4中，冷却流体以扩散在金属层72的自由表面上的本体802的形式表示。自然地，当金属层仍未充分冷却时，冷却流体在与金属层72接触时蒸发。
应当注意的是，高度优选地保持第一级回路100的减压阀打开，以便排出在源自第二级回路200的冷却流体与液态金属层72接触时产生的蒸汽。此外，第一级回路100的减压有利于冷却流体从第二级回路注入容器10中。
因此，该冷却流体允许：当液态金属层72具有足够薄的厚度e72以将熔池72的热能集中在太小的表面上使得它可以刺穿容器10的内壁11时，冷却该液态金属层72。
继续倒入这种冷却流体，直到液态金属层72的厚度e72大到足以使该层72的热能在更大的表面上传输，因此单位表面积的能量低到足以防止刺穿容器10的内壁11。
如图4所示，它还被提供用于冷却容器10的外壁。为此，可以浸泡容器10的腔体603，即在容器10和腔体603之间注入或倒入水。这种冷却通常在IVR型(容器内保留)事故的情况下是足够的，但如果出现聚焦效应现象则自然不是。
实际上，通过浸泡容器10的腔体603从容器外部冷却允许例如提取每平方米1兆瓦(1MW/m2)。在聚焦效应情况下，这种冷却不再足够，因为必须能够在聚焦效应造成容器10刺穿的区域中提取1.5MW/m2，甚至2MW/m2。
根据非限制性实施例，为了浸泡容器10的腔体603，可以使用容纳在罐中的水，例如燃料装载池中的水。该罐可用于反应堆的建筑物内或反应堆的建筑物外部。优选地，该罐的至少一部分应相对于容器603被设置得足够高以使得流体能够通过重力进入容器中。大多数情况下，该罐的至少一部分应位于反应堆1的盖子或覆盖件20上方。
根据一个实施方式，不监测源自第二级回路200的冷却流体的流速。相反，一旦第二级回路200的压力以及可选的第一级回路100的压力已知，就可以容易地计算该流速的建模。主要是蒸汽发生器210的初始水存量以及第二级回路200和第一级回路100之间的通道的决定了冷却持续时间的截面Sbreach。计算表明，蒸汽发生器210的该总存量的相当有限的部分足以充分冷却过熔金属层72，并避免刺穿容器10，同时表面处的金属层72充分增厚。
通常，安全装置被配置成使得第二级回路200和第一级回路100之间的通道的通道截面Sbreach使得第二级水能够以低于10kg/s且优选低于7kg/s的流速进入容器10。通常，对于在68巴范围内的蒸汽发生器(GV)中的初始压力(即在通道朝向第一级回路100打开之前)，该流速包括在4到5kg/s之间。
这允许在足够长的持续时间内对液态金属层进行充分冷却，以避免刺穿容器。
根据非限制性实施例，为了监测该冷却时间，可以提供对截面Sbreach的精细校准。
根据一个实施例，Sbreach小于20cm2(10-2米)。优选地，Sbreach大于2cm2。根据一个实施例，Sbreach在2cm2至20cm2之间。有利地，它包括在2cm2至7cm2之间。
Sinlet是第一级回路100和容器10的入口13之间的最小通道截面。因此，通常，它由反应堆正常运行期间第一级流体通过的最小截面组成。例如，Sinlet对应于容器中的入口13的截面。该截面在图8中示出。如果容器10中的第一级回路100存在多个入口，例如如图7所示，则Sinlet是容器10的所有入口的总和。
Sbreach是通道的截面，或当存在多个通道时通道截面的总和，将存在于至少一个蒸汽发生器210中的第二级流体设定为与第一级回路100流体连通。
反应堆容器的冷分支侧的入口截面远大于第二级回路和第一级回路之间形成的缺口的截面。通常，根据非限制性实施例，Sbreach<0.05*Sinlet并且优选地Sbreach<0.01*Sinlet并且优选地Sbreach<0.005*Sinlet。
通常，冷支路侧的第一级流体的通道截面在6000cm2的范围内。
通常，容纳在蒸汽发生器210中的水的压力在60至70巴的范围内。进而，第一级回路100被减压。实际上，万一发生严重事故，用于打开在增压器110的水平处的阀门的装置被致动，以使第一级回路100减压。这允许在容器被刺穿的情况下避免在压力下喷射堆芯的裂变产物。此外，第一级回路的这种减压允许促进第二级回路在容器30内的注入。
在导致严重事故的大多数情况下，第二级回路被下述两方面关闭和隔离：两方面中的一方面是通向涡轮机的蒸汽注入管线的关闭，两方面中的另一方面是大气排放阀。
根据一个实施例，安全装置的触发由操作员执行。为了确定第二级回路200的流体应该被倒入第一级回路100中的时间点，有利的是能够估计堆芯熔化物的熔池的高度并且优选地估计该高度的演变曲线。
为此，可以提供设置在容器10的壁上的一个或多个熔断器900。这些熔断器被配置成当阈值温度Tf施加到这些熔断器900时熔化。通常，当堆芯熔化物在容器10中形成并与熔断器900接触时达到温度Tf。当容器内的温度对应于反应堆的正常运行时，熔断器900不会熔化。根据一个实施例，Tf>400℃，优选Tf≥500℃，优选Tf≥600℃。
当熔断器900熔化时，它会阻止电信号通过。因此，集成到该熔断器的回路的电阻是无穷大的。
熔断器包括由导电材料制成的芯部和电绝缘的护套。因此，避免了金属容器和导电芯部之间的短路。
例如，芯部由金属诸如熔点接近600℃的铝或锑制成。例如，绝缘护套由陶瓷制成。
例如，熔断器形成电缆，该电缆具有连接到安全装置的两端和位于这两端之间的弯管。弯管对应于熔断器的最低点。因此，当熔断器从其中电流在芯部中从一端流向另一端(电阻R1)的导电配置转换为电流在芯部中没有从一端流向另一端(电阻R2>R1，优选地无穷大R2)的非导电配置时，这意味着堆芯熔化物的熔池已经熔化了弯管。因此，可以推断出，堆芯熔化物的熔池的自由表面的高度对应于熔断器900的弯管相对于容器10底部的高度。
事实证明，使用熔断器比使用温度传感器更加坚固和可靠。
优选地，熔断器定位在容器10的内壁11上。这允许增强对聚焦效应显现的检测的可靠性。实际上，通过将熔断器放置在容器10的外壁上，温度测量将主要取决于与容器壁接触的水的沸腾温度，这不能有效地检测堆芯熔化物的熔池的上升，以及聚焦效应层的形成。
优选地，安全装置包括沿容器10的内壁11的至少一个母线定位的一系列熔断器900。优选地，熔断器沿至少两个母线定位。因此，如果沿母线出现堆芯熔化物流，则可能到达放置在上部的熔断器并且不表征在容器底部的堆芯熔化物的熔池的逐渐上升。
优选地，对于每个母线，一系列熔断器900设置在形成该容器10的底部12的半球形部分的母线上，后者和熔断器的另一部分设置在容器10的侧壁之上。
这些熔断器允许确定堆芯熔化物的熔池71开始形成的时间点以及来自第二级的水应该被注入第一级回路100的时间点。
例如，根据堆芯熔化物的熔池的高度的演变曲线——堆芯熔化物的熔池的高度是根据熔断器发送的信号估计的——可以通过模拟来决定将水从第二级回路注入第一级回路100的最合适的触发时间。
该温度的演变曲线还允许检测容器10中的堆芯熔化物水平的上升。该曲线还允许检测容器被液态金属层72刺穿的开始。
例如，可以提供相同母线的熔断器900，或者提供两个不同母线的具有不同熔化温度的熔断器900。为此，可以为熔断器的护套和/或芯部提供不同的材料。优选的是提供一种例如在十年检查期间可完全拆卸和更换的装置，以便能够拥有一套对安全至关重要的装置，其使用寿命不超过反应堆运行的10年。
根据特别有利的实施例，希望的是将堆芯熔化物的熔池高度检测器定位成使得通过熔断器揭示堆芯熔化物的熔池的上升速率。这允许更准确地监测可能发生聚焦效应的时间点和应该将蒸汽发生器210的流体注入第一级回路100的时间点。因此，执行熔断器900的这种定位，使得位于两个连续或相邻熔断器900之间的堆芯切片的体积Vslice是恒定的。
更具体地，根据竖向分布的两个相邻熔断器限定容器切片。该容器切片由下述两方面界定：两方面中的一方面是容器10的内壁11，两方面中的另一方面是两个竖向平面，每个竖向平面穿过这些相邻熔断器900中的一个熔断器。至少一些、优选的所有容器切片的体积是相同的。优选地，根据竖向分布的相邻熔断器根据优选地形成容器10的母线的相同曲线布置。
图8以非常示意性的方式示出了容器10的一部分，以及根据母线G设置的熔断器900。熔断器900限定了具有基本相等体积Vslice的切片。
因此，如果堆芯熔化物的熔池的形成速率(以及因此堆芯熔化物体积的形成速率)是恒定的，则堆芯熔化物的熔池以在该母线的两个连续熔断器之间相同的时间间隔到达相同母线的熔断器。
参考图8，现在将描述计算熔断器位置的实施例。
在该实施例中，可熔检测器沿着围绕容器10的半球形底部的轴均匀分布的2到4条母线放置。因此，对于分别等于2、3和4的母线数量，这些母线将被分开角度分别为180°、120°和90°。
认为容器10的底部由球体部分形成，该球体具有4米的直径。
期望的是将堆芯熔化物的熔池高度检测器放置成对应于3、6、9、12和15m3溢出的堆芯熔化物。这允许确定堆芯熔化物的熔池上升的曲线。通过清楚地了解堆芯熔化物的熔池的上升速率的变化，操作员(或自动安全装置)可以确定哪个时间最适合触发将蒸汽发生器210的水注入第一级回路100。
半球形底部的总填充量为16.75m3。
在图8中，引用了以下参数：
·R＝容器半球部分的半径，
·h＝熔断器相对于容器底部的高度，
·Larc＝沿容器壁、在容器底部和熔断器位置之间的长度
·r＝容器10的柱状部分的柱体的轴线之间的距离(即，通过球心并垂直于平面P的轴线)。
平面P对应于容器的半球形部分与根据柱体延伸的容器的侧壁之间的接合处。
立方体的半球形部分的体积Vcap可以根据以下公式计算：
Figure BDA0003185231200000241
熔断器的位置可以根据值Larc确定，该值根据以下等式计算：
Figure BDA0003185231200000242
如果需要在每条母线上设置五个熔断器，可以按以下方式布置熔断器，以便在堆芯熔化物的熔池的上升速度与这些熔断器的熔断之间具有对应关系：
·1号熔断器：高度h＝0.738m；Larc＝1.776m；
·2号熔断器：高度h＝1.079m；Larc＝2.185m；
·3号熔断器：高度h＝1.362m；Larc＝2.492m；
·4号熔断器：高度h＝1.617m；Larc＝2.756m；
·5号熔断器：高度h＝1.860m；Larc＝3.002米。
可替代地，可以基于从由于熔断器900检测到堆芯熔化物的熔池71的形成的时间点开始的时间表，来控制第二级回路200与第一级回路100的连通的设置。
通过模拟，可以很早地确定在开始形成堆芯熔化物的熔池71和开始形成在容器10的刺穿处的液态金属层72之间的持续时间D1。自然，此持续时间因反应堆而异。对于某些反应堆，此持续时间D1约为一小时。操作者应在时间点t1致动安全装置，t1＝t0+(D1-k1)，k1是一安全系数，以确保第二级水足够早地倒在液态金属层72上，以避免容器10的明显弱化，并且优选地避免开始刺穿容器。例如，k1包括在-5分钟至15分钟之间。
通过模拟，还可以确定从开始形成堆芯熔化物的熔池71到液态金属层72具有的厚度e72大到足以使其无法刺穿容器10的时间点t2之间的持续时间D2。
第二级回路200和第一级回路100之间的通道的通道截面的尺寸被设计成使得能够在时间点t1和t2之间倒入足以冷却该液态金属层72的流量Qmin.
如上所述，非常有利的是，源自第二级回路并且被倒入过熔金属层72上的流体800通过沿着容器10的壁11流出而下降。然而，替代地或与该实施方式组合，可以通过出口孔14渗入到容器10中来使该流体800到达容器的内部。
图5A至图7示出了允许经由第一级回路100将第二级回路200的流体注入容器10中的不同实施方式。
所有这些实施方式的方案在于将第二级回路200设置为与第一级回路100连通。由于安全系统被配置成有意地打破隔离这两个回路100、200的包围屏障，从而执行该连通。应该记住，在正常运行期间，也就是说在没有事故的情况下以及在工厂的电力生产阶段，第一级回路100和第二级回路200彼此流体绝缘。
由图5A到图7示出了第一实施方式。
在该实施方式中，第二级回路200和第一级回路100之间的液压连接由蒸汽发生器210内部的液压连接组成。
蒸汽发生器210形成封围第二级回路200的流体并且同时封围至少一个管道214的壳体，第一级回路100的流体循环通过该至少一个管道。因此，第二级回路200的流体与管道214的外壁接触。
根据第一方案，安全系统包括允许在所述管道214的内部与存在于蒸汽发生器210的壳体中的第二级回路200的流体之间产生至少一个缺口的装置。
因此，缺口形成所述通道，使得第二级水能够注入到第一级回路100中。
图5B示意性地示出了该方案。将参考图6A至图7以几种变体的形式对其进行详细描述。
图6A示出了蒸汽发生器210的下部。该蒸汽发生器210包括具有大致柱形形状的壳体260。该壳体260限定了具有与第二级回路200连通的开口211b、211b'的上部211和具有与第一级回路100连通的开口212b、212b'的下部212。上部211和下部212通过带有管的板213分开。带有管的板213的下表面与下部212界定形成水箱的体积。优选地，水箱具有半球形形状。它被隔板2121分成两个部分212a、212a'。
部分212a具有与容器10的入口13液压连接的开口212b。部分212a'具有与容器10的出口14液压连接的开口212b'。因此，部分212a和212b以及管214是第一级回路100的一部分。
在容器10的出口14处来自核反应堆1的堆芯30的处于高温的加压水渗入水箱的部分212a'，然后在蒸汽发生器210的管网的管214中循环。实际上，带有管的板213承载多个管214，管的一端通向部分212a'，管的另一端通向部分212a。通常，这些管214为倒“U”形。这些“U”形管浸泡在存在于蒸汽发生器210的上部211中的第二级回路200的水中。
因此，加压热水循环，从部分212a'开始，首先从底部到顶部，直到“U”形弯管的顶部，然后从顶部到底部到达水箱的部分212a。在整个路线中，在管214中循环的水将热传递给存在于蒸汽发生器210的上部211中的第二级回路200的流体。一旦它到达水箱的部分212a，水就可以经由出口212b逸出并返回到容器10的入口13，以被堆芯30再次加热。
应当注意的是，水箱的每个部分212a、212a'都设置有由插塞2123封闭的舱口开口2122。该舱口开口2122具有足够大的尺寸以使得人或机器人能够进入水箱的内部。
以特别有利的方式，安全系统包括装置，也称为构件，其被配置成破坏蒸汽发生器210内部的第一级回路100和第二级回路200之间的绝缘。
通常，该装置是爆炸装置216，其被配置成产生能够产生有意破坏第一级回路100和第二级回路200之间的液压包围屏障的裂口的爆炸。优选地，该裂口在管道214的所谓的冷部分，即倒“U”形弯管的下游。这允许通过重力促进第二级流体在第一级回路100中的流动。此外，根据竖向轴线，该缺口优选地位于尽可能低的位置，即理想地紧邻带有管213的板，即这样做是为了有利于通过重力来使容纳在蒸汽发生器210中的所有第二级水流动。
根据第一实施方式，在图6B中带有附图标记216的该装置包括容纳在管214'内的爆炸插塞216a。优选地，该管214'与带有管的板213的管214相同，这大大简化了蒸汽发生器210的制造。
爆炸插塞216a插入管214'中，在带有管的板213上方。当被启动时，爆炸插塞216a至少将容纳其的管214'断开。该管214'的内部然后与存在于蒸汽发生器210的上部211中的第二级回路200的水流体连通。
然后，这些水迅速溢出到罐中，然后进入第一级回路100，以到达反应堆1的容器10和堆芯30。在蒸汽发生器210中占主导地位的压力作用下，这些水迅速流入反应堆1。实际上，应该优选地记住，蒸汽发生器210在发生事故时非常快速地液压隔离，从而捕获其中容纳的水体并保持其中的压力。
根据该实施方式，如果仅对一个管214进行断开，则截面Sbreach基本上等于已断开的管214的截面，如果对多个管214进行断开，则Sbreach基本上等于已断开的管214的截面的总和。截面Sbreach的尺寸被设计成使得第二级水以受监测的方式流入容器，如前所述。
在图6B的示意图中，存在于上部211中的水溢出到水箱的部分212a中。优选地，水箱的该部分与容器10的入口13液压连接，这使得水能够通过下降穿过降液管16而到达过熔金属层，从而赋予上述优点。
应在热发生器210的壁中形成用于爆炸装置216的控制线217b的紧密通过的孔215。因此，这些控制线217b具有的一端能够从蒸汽发生器210的外部接近以触发爆炸。这些线217b在爆炸装置216的设置期间安装。
根据一种变型，除了爆炸插塞216a之外，安全系统还包括热电偶套管、磁性连接器和用于触发爆炸的磁性激发器。热套管具有在蒸汽发生器210内部延伸直至爆炸插塞216a的部分。该部分包括磁性接触器和将磁性接触器连接到爆炸插塞216a的线。热电偶套管具有能够从蒸汽发生器210外部接近的部分。该部分承载磁性激发器或能够从磁性激发器接近，磁性激发器被配置成启动接触器。当接触器被启动时，它触发爆炸插塞216a的爆炸。
在这种情况下，热套管优选地由非磁性材料制成。
该方案的优点是避免线穿过蒸汽发生器210的壁，这简化了系统的密封。
自然地，可以为多个管214'配备爆炸装置216，以引入冗余并降低爆炸插塞216a的任何故障风险。这还允许增加第二级回路200的流体在第一级回路100内的通道的总截面Sbreach。
还可以将多个爆炸装置216集成在同一管214'中以引入冗余并降低爆炸插塞216a的任何故障风险。为此，最上面的管214'的控制线216b在放置在较低水平的装置的设置期间应保持可接近。
爆炸装置216可以在蒸汽发生器210的制造期间被放置。或者，该方案也可以设置在活动中的工厂的蒸汽发生器上。为此，对已经存在爆炸插塞216a的管214或若干管214进行堵塞的操作。
该实施方式的优点在于没有将附加元件引入蒸汽发生器210中。实际上，爆炸装置被集成到常规蒸汽发生器210中存在的管之一中。
图6C中示出了爆炸装置216的实施例。在该图中，表示了由爆炸插塞216a密封的管214'。爆炸插塞216a包括本体216c，在本体216c内容纳主要装载物216d和雷管216e的至少一部分。雷管216e与装载物216d接触。优选地，本体216c由传递利用的材料制成或包括这样的材料。一根或多根线216b将雷管216e连接到可从蒸汽发生器210外部进入的触发回路。优选地，保护壳体216f将雷管和装载物隔离。
图6B在右侧部分示出了爆炸装置216的另一个替代实施方式。
在本实施方式中，设置了通连通道218，其形成在带有管的板213中，并且设置封闭在水箱的上部211中的第二级水和封闭在下部212中的第一级水，优选地为连接到容器10的入口13的部分212a，以连通的方式。该通道通路218由爆炸装置216密封。例如，该爆炸装置216可以与先前描述的爆炸插塞216a相同。
该实施方式的优点在于，Sbreach部分由通路218的初始部分限定。然而，该通路218截面被完美地控制。这允许更准确地监测容器10内的第二级流体流动的速度和持续时间。自然地，为此目的，爆炸载荷必须足够大以将插塞216从通路218中完全拔出。
应当注意，相同的蒸汽发生器210可以包括不同类型的爆炸装置216，如图6B所示。大多数情况下，同一蒸汽发生器210将包括一个单一的爆炸装置216或多个相同类型的爆炸装置216。
图7以立体图图示了图5A和图5B的实施方式的方案。在该图中，显示了反应堆的堆芯1，容器10的底部12容纳堆芯熔化物70的熔池。还示出了用于引导和增加第一级回路100的压力的增压器110。管道将容器10与蒸汽发生器210液压连接，在此数量为两个。
对于每个蒸汽发生器210，容器10通过两个入口管道进料。在这些入口管中的每一个上，泵101、102设置在蒸汽发生器210和容器10之间以使第一级回路100的流体循环。
在触发爆炸装置216时，这些泵101、102位于从第二级回路200导出的流体800的通道上。
在该实施例中，泵101、102是浸泡式转子类型的。实际上，这些泵的转子在竖向方向上低于流体通道回路。这种泵类型允许避免在将蒸汽发生器210连接到容器10的入口13的管道中存在“U”形分支。这允许通过重力促进来自第二级回路200的水的一部分的液体流动，直到容器10的冷部分。如前所述，沿着降液管16的这种重力流动提高了对由于聚焦效应在容器10的刺穿起点处的液态金属层72的冷却效率。因此，图7所示的方案具有显着优势。
该图7还示出了以射流(喷雾)803形式的注射，其发生在二级水膨胀到第一级回路100中并在流体密封围绕屏障破裂时发生。
应当注意，本发明也适用于第一级回路100的管道在蒸汽发生器210和容器10之间具有“U”形分支的情况。
假设蒸汽发生器210的管214破裂，或者在第一级回路100的冷侧13上带有管的板213的孔的刺穿，则在第一级电机泵101的上游存在“U”形分支不利于从所产生的裂口重力注入液体，直到在降液管16中溢出。然而，在膨胀时由裂口产生的喷雾803将液体部分沿着返回回路输送到降液管16。尽管如此，“U”形分支的存在阻止了纯粹的液体通过重力向下流到要冷却的层72。尽管如此，由第二级水产生的蒸汽倾向于优选地在冷侧向下传播到降液管16，而不是通过蒸汽发生器210的一组管214上升，然后下降并返回到热侧14的容器10，这促进了对通过聚焦效应在容器10的刺穿起点处的液态金属层72的冷却。这种冷却不如通过流走的纯粹的重力液体流有效，因为它是蒸汽和喷雾混合物与降液管16中存在的整个金属表面接触。为了通过重力获得单独的液体流，必须等到“U”形分支完全填充有液体，多余的水才开始从第一级回路100的泵101的蜗壳中溢出，然后流向容器10的具有入口13的冷分支，且最终流入降液管16。具有浸泡式转子的第一级泵几何结构，没有任何“U”形分支，如图7所示并在上文中提到，因此优选从蒸汽发生器210的管214的破裂获得最佳注入效率，因为有利于重力作用的纯液体流动。
考虑到前面的描述，显然本发明提供了一种可靠和稳健的方案来显着提高PWR型核反应堆的安全性，特别是在冷却剂从第一级回路中损失的情况下。
有利地并且如上所述，第一级回路和第二级回路之间的连通点被选择为使得第二级水向第一级回路的传播几乎完全发生在第一级回路的冷支路侧。因此，蒸汽发生器的水通过重力在降液管中流动之前将遵循第一级冷分支，在降液管中发生通过聚焦效应刺穿容器。
本发明不限于先前描述的实施方式并且扩展到由权利要求涵盖的所有实施方式。
自然地，本发明不限于具有图4所示结构的反应堆，并且在不脱离权利要求限定的范围的情况下，可以对该反应堆进行多种变型。
特别地，图中表示了仅一个入口13和一个出口14。优选地，反应堆1包括多个入口和多个出口。优选地，它还包括多个蒸汽发生器210。

Claims (15)

1.一种用于压水核反应堆(1)的针对反应堆(1)的堆芯(30)至少部分熔化并形成堆芯熔化物(70)的熔池(71)的情况的安全方法，所述反应堆(1)在运行阶段期间包括至少：
·第一级回路(100)，水基第一级流体在所述第一级回路中循环，所述第一级回路(100)被配置成使得所述第一级流体渗入到所述反应堆(1)的容器(10)中并穿过容纳在所述容器(10)内的堆芯(30)，以提取由所述堆芯(30)产生的热，
·第二级回路，水基第二级流体在所述第二级回路中循环，所述第二级回路(200)与所述第一级回路(100)流体隔离，并且包括至少一个蒸汽发生器(210)，所述第二级回路(200)被配置成从所述第一级回路(100)吸收热并将其至少部分地转化为蒸汽发生器(210)中的蒸汽，
其特征在于，该方法包括至少以下步骤，响应于检测到表征所述反应堆(1)的堆芯(30)至少部分熔化、在所述容器(10)的底部(12)中形成堆芯熔化物(70)的熔池(71)并且在所述堆芯熔化物(70)的熔池(71)的表面处形成液态金属层(72)的事件：
·通过流体绝缘体的爆炸破裂，以将所述第二级回路(200)设置为与所述第一级回路(100)流体连通，使得所述第二级流体遵循所述第一级回路(100)流过容器(10)内的所述堆芯熔化物(70)的熔池(71)的所述液态金属层(72)。
2.根据前一权利要求所述的方法，其中，使用设置在所述容器(10)的壁(11)上的至少一个熔断器(900)进行所述检测，所述至少一个熔断器(900)被配置成当所述液态金属层(72)到达它时熔化。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二级流体在至少三十分钟内并且优选地在至少一小时内并且优选地在至少两小时内流过所述容器(10)内的所述液态金属层(72)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二级流体以低于10kg/s(103克/秒)并且优选低于7kg/s的流速在所述容器(10)内流动。
5.一种压水核反应堆(1)，所述反应堆(1)包括至少：
·容纳所述反应堆(1)的堆芯(30)的容器(10)，所述容器(10)包括至少一个入口(13)和至少一个出口(14)，
·第一级回路(100)，所述第一级回路的至少一个第一端连接到所述容器(10)的入口(13)，并且所述第一级回路的至少一个端连接到所述容器(10)的出口(14)，使得在所述第一级回路(100)中循环的第一级流体通过所述入口(13)渗入到所述反应堆(1)的容器(10)中并通过所述出口(14)出来，同时穿过所述堆芯(30)，以提取由所述堆芯(30)产生的热，Sinlet是所述第一级回路(100)直到所述容器(10)的至少一个入口(13)的截面，
·第二级回路(200)，所述第二级回路与所述第一级回路(100)流体隔离，水基第二级流体在所述第二级回路中循环，并且所述第二级回路包括至少一个蒸汽发生器(210)，所述第二级回路(200)被配置以吸收所述第一级回路(100)的热并将其至少部分地转化为所述蒸汽发生器(210)中的蒸汽，
其特征在于，所述反应堆(1)包括安全系统，所述安全系统包括：
·安全装置，所述安全装置包括至少一个爆炸装置(216)，所述至少一个爆炸装置被配置成爆炸以破坏所述第二级回路(200)和所述第一级回路(100)之间的流体绝缘，从而产生至少一个且优选地仅一个通道，使得存在于至少一个蒸汽发生器(210)中的第二级流体能够流入所述第一级回路(100)内。
6.根据前一权利要求所述的反应堆，其中，所述通道具有的截面Sbreach在0.2cm2至20cm2之间，优选在0.8cm2至20cm2之间，更优选在2cm2至7cm2之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的反应堆，包括设置在所述容器(10)的壁(11)上的至少一个熔断器(900)，所述熔断器被配置成使得：当在所述容器(10)的底部(12)中形成的堆芯熔化物(70)的熔池(71)的表面处的液态金属层(72)到达所述熔断器时，该液态金属层(72)使所述熔断器熔化，熔断器(900)的熔化温度高于或等于温度阈值Tf，Tf≥400℃，优选地Tf≥500℃，且优选地Tf＝600℃。
8.根据前一权利要求所述的反应堆，包括根据所述容器(10)的壁的至少一个母线(G)分布的多个熔断器(900)，所述熔断器(900)沿着母线(G)分布使得根据该母线的两个相邻的熔断器(900)限定容器切片(10)，所述切片的体积Vslice相同。
9.根据前述四个权利要求中任一项所述的反应堆，其中，所述反应堆(1)包括内壳体(15)，所述内壳体位于所述容器(10)内、封围所述堆芯(30)并与所述容器(10)的内壁(11)一起限定称为降液管(16)的环形体积，所述降液管(16)被配置成使得在所述反应堆(1)的正常运行期间：
·入口(13)通向壳体(15)的外部和所述降液管(16)，以便将来自所述入口(13)的第一级流体引导直至所述容器(10)的底部(12)，
·出口(14)通向壳体(15)的内部，以便所述堆芯(30)中存在的第一级流体能够通过所述出口(14)从所述反应堆(1)出来，
所述反应堆被配置成使得：当所述爆炸装置产生抑制所述第二级回路(200)和所述第一级回路(100)之间的流体绝缘的至少一个通道时，容纳在所述蒸汽发生器(200)中的第二级流体然后流入所述容器(10)的底部(12)，同时预先通过所述容器(10)的所述入口(13)，然后通过所述降液管(16)。
10.根据前述五个权利要求中任一项所述的反应堆，其中，所述蒸汽发生器(210)包括壳体(260)，所述壳体(260)封围所述第二级流体的一部分和所述第一级流体的一部分，壳体(260)封围使所述第二级流体和第一级流体流体隔离的绝缘体，所述安全系统被配置成抑制所述蒸汽发生器的壳体内的所述第二级流体和第一级流体之间的绝缘，从而形成所述通道。
11.根据前述六个权利要求中任一项所述的反应堆，其中，所述蒸汽发生器(210)包括管(214)，所述第一级流体在所述管内循环，所述第二级流体与所述管(214)的外壁接触，所述爆炸装置(216)包括：
·至少一个爆炸插塞(216a)，被容纳在所述管(214)的至少一个管(214')内，以及
·触发装置，
所述爆炸插塞(216a)被配置成当它被所述触发装置触发时爆炸，以至少将容纳所述爆炸插塞的管(214')断开，从而形成所述通道。
12.根据权利要求5至10中任一项所述的反应堆，其中，所述蒸汽发生器(210)包括：
·第一部分(212)，所述第一级流体在所述第一部分中循环，
·第二部分(211)，所述第二级流体在第二部分中循环，
·使所述第一部分(212)和第二部分(211)流体隔离的带有管(214)的板(213)，所述带有管(214)的板(213)包括至少一个管(214)，所述至少一个管至少部分地在第二部分(211)中延伸并且所述第一级流体在所述至少一个管中循环，存在于所述第二部分(211)中的第二级流体与所述管(214)的外壁接触，
·所述安全系统包括：
ο在所述第一部分(212)和第二部分(211)之间的至少一个连通通路(218)，
·所述爆炸装置(216)包括至少：
ο爆炸插塞(216a)，所述爆炸插塞被容纳在所述通路(218)内并防止流体在所述通路(218)中循环
ο触发装置，
所述爆炸插塞(216a)被配置成当它被所述触发装置触发时爆炸，以至少部分地破坏自身来实现通过所述通路(218)的循环，从而在所述第一部分(212)和所述第二部分(211)之间形成通道。
13.根据前述两个权利要求中任一项所述的反应堆，其中，所述触发装置被配置成从所述蒸汽发生器(210)外部被启动。
14.根据前一权利要求所述的反应堆，其中，所述触发装置包括至少一根线(216b)，所述线穿过所述蒸汽发生器(210)的壳体(260)的壁。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的反应堆，其中，所述触发装置包括：
·磁性接触器，所述磁性接触器位于所述蒸汽发生器(210)的壳体(260)内部并通过线(217b)连接到所述爆炸插塞(216a)，以及
·磁性激发器，所述磁性激发器位于所述蒸汽发生器(210)的壳体外部，被配置成与所述磁性接触器配合，使得当所述磁性激发器被启动时，它致动所述磁性接触器，所述磁性接触器触发所述爆炸插塞(216a)的爆炸，从而创建所述通道。
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