ES2337787T3 - Planta nuclear y procedimiento para la explotacion de una planta nuclear. - Google Patents

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Abstract

Planta nuclear, en particular planta de un reactor de agua en ebullición, con una cámara de presión (6), con una cámara de condensación (8) y con una piscina de inundación (10) comunicada con la cámara de presión (6), caracterizada porque la piscina de inundación (10) está comunicada con la cámara de condensación (8) a través de una conducción de rebose (30) realizada a modo de un sifón.

Description

Planta nuclear y procedimiento para la explotación de una planta nuclear.
La invención se refiere a una planta nuclear en particular a una planta de un reactor de agua en ebullición con una cámara de presión, con una cámara de condensación y con una piscina de inundación comunicada con la cámara de presión. La invención se refiere además a un procedimiento para la explotación de una planta nuclear de esta clase.
Por el documento DE 100 12 554 A1 se conoce una planta nuclear de agua en ebullición de esta clase en la que dentro de una contención de seguridad están previstas una vasija de presión del reactor, una cámara de condensación y dispuesta sobre ésta una piscina de inundación. La piscina de inundación está abierta hacia arriba hacia el espacio interior de la contención de seguridad que forma una cámara de presión. La cámara de presión está sellada de modo estanco durante el funcionamiento normal respecto a la cámara de condensación, de modo que no se produce ningún equilibrado de presiones. En el documento DE 100 12 554 A1 se describe un sistema designado como "SWR1000". El objetivo de este sistema es conseguir un alto grado de seguridad en el funcionamiento y recurrir para ello en lo posible a componentes de tipo pasivo, es decir componentes que son independientes de una alimentación exterior de energía y que preferentemente puedan prescindir también de piezas móviles y por lo tanto propensas a averías. En determinadas situaciones fuera del régimen normal y debido a un aumento de presión o una caída de presión en la cámara de presión, la presión diferencial entre la cámara de presión y la cámara de condensación puede llegar a rebasar un valor límite admisible. En le sistema SWR1000 se ha previsto en este caso para el equilibrado de presiones entre la cámara de condensación y la cámara de presión una tubería formada a modo de una U, que comunica el interior de la cámara de condensación con la cámara de presión y que durante el funcionamiento normal está llena de agua de refrigeración y por lo tanto está cerrada.
El agua de refrigeración que se encuentra en la piscina de inundación se va calentando en el curso del funcionamiento y por lo tanto es preciso enfriarla a determinados intervalos de tiempo. Para ello se ha previsto un circuito de refrigeración común para el líquido refrigerante de la piscina de inundación y el de la cámara de condensación. El líquido refrigerante procedente de la cámara de condensación se bombea en este caso a través de un intercambiador de calor a la piscina de inundación y desde allí se vuelve a conducir nuevamente a la cámara de condensación. En este caso persiste sin embargo el problema de que entre la piscina de inundación y la cámara de condensación puede haber presiones diferentes, y que durante el funcionamiento normal no debe producirse ningún equilibrado de presiones. Un equilibrado de presiones de este tipo se debe evitar con vistas a la capacidad de funcionamiento del sistema de refrigeración, por ejemplo en un caso de avería con pérdida de refrigerante.
La invención tiene por lo tanto como objetivo el permitir la seguridad de funcionamiento de la planta.
Este objetivo se resuelve conforme a la invención mediante una planta nuclear, en particular una planta de reactor de agua en ebullición que presenta las características de la reivindicación 1. De acuerdo con esto, la piscina de inundación está en comunicación con la cámara de condensación a través de una conducción de rebose realizada a modo de un sifón.
Se entiende en este caso por conducción de rebose en particular una tubería sencilla y directa en la que preferentemente no están intercalados otros componentes tales como por ejemplo una válvula de retención, una válvula, una bomba o un intercambiador de calor. La conducción de rebose asegura por lo tanto una devolución sencilla y segura del líquido refrigerante a la cámara de condensación si se rebasa un nivel de llenado máximo de la piscina de inundación, y "rebosa" la piscina de inundación. Debido a la realización de la tubería de rebose a modo de sifón, es decir en forma de U, se evita además durante el funcionamiento normal un equilibrado de presiones entre la piscina de inundación y la cámara de condensación. Y es que debido a la realización a modo de sifón la conducción de rebose está llena al menos parcialmente con líquido refrigerante, de modo que la cámara de condensación está sellada de modo estanco a los gases respecto a la piscina de inundación. Dado que la piscina de inundación al mismo tiempo está abierta hacia la cámara de presión, es decir que entre la piscina de inundación y la cámara de presión puede haber un intercambio abierto de gases y por lo tanto un equilibrado de presiones, se evita gracias a esta medida al mismo tiempo que a través de la conducción de rebose tenga lugar un equilibrado de presiones entre la cámara de condensación y la cámara de presión. Gracias a la realización como una sencilla tubería se obtiene un alto nivel de seguridad de funcionamiento, ya que para la capacidad de funcionamiento no se requieren componentes activos y el principio de funcionamiento se basa exclusivamente en leyes de física y de termodinámica.
La conducción de rebose comprende preferentemente dos brazos del sifón y presenta una altura de subida hasta la cual la conducción de rebose está llena de líquido durante el estado de funcionamiento normal. Esta altura de subida está dimensionada de tal modo que a partir de una presión diferencial límite entre la cámara de presión y la cámara de condensación puede tener lugar un equilibrado de presiones, es decir un intercambio de gases, entre estas dos cámaras. Esta configuración presenta la decisiva ventaja de que con ello también se tienen en cuenta las condiciones de presión que difieran del estado de funcionamiento normal, en las que tenga que tener lugar un equilibrado de presiones entre la cámara de presión y la cámara de condensación. Esto sucede por ejemplo en el caso de que en la cámara de presión aparezca una depresión que rebase un valor límite de depresión admisible. Para el caso de que no estuviera previsto ningún equilibrado de presiones sería preciso diseñar la estructura de hormigón de las paredes de separación entre la cámara de condensación y la cámara de presión para unas presiones diferenciales correspondientemente altas. La realización con la conducción de rebose a modo de sifón ofrece aquí la ventaja esencial de que el cierre es absolutamente estanco a los gases hasta la presión diferencial límite predeterminada, y que al rebasar la presión diferencial límite se abre con seguridad y de modo fiable un camino directo para el gas y por lo tanto para el flujo necesario para llevar a cabo el equilibrado de presiones. A diferencia de esto existe por ejemplo en las válvulas de retención o similares siempre el riesgo de corrientes de fugas, que en el mencionado sistema SWR1000 se tienen que evitar forzosa-
mente.
Para no menoscabar la eficacia del sistema de refrigeración, por ejemplo en el caso de un hipotético caso de avería con pérdida de refrigerante, se deberá tener garantizado además que las cantidades de vapor que aparecen en la cámara de presión durante un caso de avería de esta clase se puedan conducir con seguridad a la cámara de condensación. Dado que entonces aparece en la cámara de presión una sobrepresión, la conducción de rebose está dispuesta y realizada de tal modo que al rebasar un valor límite de sobrepresión tenga lugar el equilibrado de presiones entre la cámara de condensación y la cámara de presión a través de otra instalación. La otra instalación es preferentemente un tubo de condensación que comunica la cámara de presión con la cámara de condensación y desemboca allí por debajo de la altura de nivel de llenado hasta la que durante el estado de funcionamiento normal la cámara de condensación está llena de líquido. De este modo el tubo de condensación está lleno de líquido hasta la altura de nivel de llenado, y la altura de nivel de llenado está dimensionada de tal modo que al rebasar el valor límite de sobrepresión tenga lugar el equilibrado de presiones a través del tubo de condensación, es decir que en el caso de una avería con pérdida de refrigerante se conduce el vapor al líquido de la cámara de condensación y allí se puede condensar. En este caso el equilibrado de presiones tiene lugar exclusivamente a través del tubo de condensación y no a través de la conducción de rebose. A la inversa, al rebasar un valor límite de depresión el equilibrado de presiones tiene lugar por lo general exclusivamente a través de la conducción de rebose. Y es que si aparece una depresión en la cámara de presión sería preciso evacuar primeramente una gran parte de la reserva de líquido de la cámara de condensación a través del tubo de condensación a la cámara de presión antes de que pudiera tener lugar un equilibrado de presiones. Dado que esta salida requiere tiempo, existe el riesgo de que en el ínterin se forme una diferencia de presión inadmisible entre la cámara de condensación y la cámara de presión.
Por este motivo la conducción de rebose está dispuesta y/o realizada de tal modo que a partir de una determinada presión diferencial límite entre la cámara de condensación y la cámara de presión se expulsa el líquido que se encuentra en la conducción de rebose y por lo tanto se forma una vía abierta para el flujo. Esta presión diferencial límite se encuentra por encima del valor límite de sobrepresión a partir del cual queda libre la comunicación fluida desde la cámara de presión a la cámara de condensación a través del tubo de condensación. Con esto se garantiza que en caso de depresión en el reactor, el equilibrado de presiones tenga lugar exclusivamente a través de la conducción de rebose, o en el caso de sobrepresión en la cámara de presión, exclusivamente a través del tubo de condensación, en cuanto se rebasen los respectivos valores límites.
En otra realización conveniente, la cámara de condensación tiene por encima de la altura de nivel de llenado un volumen de gas en el que desemboca el segundo extremo de la conducción de rebose. Con ello se tiene la garantía de que no se aspire líquido desde la cámara de condensación a la conducción de rebose. El segundo extremo está dispuesto para ello preferentemente en o inmediatamente debajo del techo de la cámara de condensación.
Con vistas a la seguridad pasiva se ha previsto además en una realización preferida que la conducción de rebose esté empotrada al menos en tramos parciales, preferentemente en su mayor parte, dentro de una estructura de muro. Por lo tanto, incluso en el caso de una tubería defectuosa queda garantizada la capacidad de funcionamiento de la conducción de rebose.
En un perfeccionamiento conveniente, la piscina de inundación presenta un pozo de rebose, y el primer extremo de la conducción de rebose desemboca en particular en la zona del fondo del pozo de rebose. El exceso de líquido escapa del depósito de líquido de la piscina de inundación al pozo de rebose. Éste está realizado preferentemente de tal modo que tenga lugar una separación de las partes gaseosas y del líquido, de modo que a la cámara de condensación no lleguen partes de gas o sólo llegan muy pocas. Gracias a la disposición del primer extremo de la conducción de rebose en el fondo del pozo de rebose queda garantizado que la conducción de rebose esté llena de líquido.
La conducción de rebose presenta preferentemente una curva de sifón superior que está situada a cierta altura por encima del fondo del pozo de rebose. Gracias a esta medida el pozo de rebose no puede llegar a vaciarse totalmente y se establece en el pozo de rebose un nivel de líquido mínimo que corresponde aproximadamente a la altura del arco superior del sifón. De este modo se dispone de una cierta reserva de líquido mediante la cual se compensan eventuales pérdidas de evaporación que se lleguen a producir o similares en la conducción de rebose.
El objetivo se resuelve además conforme a la invención mediante un procedimiento que presenta las características de la reivindicación 10. Las ventajas expuestas respecto a la planta y las realizaciones preferentes se pueden aplicar en su debido sentido también al procedimiento. Además de esto figuran en las reivindicaciones subordinadas unas realizaciones preferentes del procedimiento.
Un ejemplo de realización de la invención se describe a continuación con mayor detalle sirviéndose de la figura única. Ésta muestra en una representación esquemática un detalle de una contención de seguridad de una planta de reactor de agua en ebullición que está realizada en particular de acuerdo con el sistema SWR1000.
La contención de seguridad 2 representada en un detalle parcial presenta una estructura de muro 4 de hormigón mediante la cual se forma una cámara de presión 6, una cámara de condensación 8 y una piscina de inundación 10. La piscina de inundación 10 está abierta hacia la cámara de presión 6, es decir que entre estas dos zonas cabe la posibilidad de que se produzca un intercambio de gases y por lo tanto un equilibrado de presiones, de modo que en la piscina de inundación 10 y en la cámara de presión 6 reinen las mismas condiciones de presión.
La piscina de inundación 10 está subdividida por medio de una pared separadora 12 en un depósito almacenamiento 14 y un pozo de rebose o separación 16. En el fondo 18 del pozo de rebose 16 hay una segunda pared separadora 20, más pequeña, de modo que la zona del fondo está subdividida en una cámara de separación 22 y una cámara de drenaje 24. El depósito almacenamiento 14 está lleno de líquido refrigerante F.
La cámara de condensación 6 está generalmente llena de líquido refrigerante F hasta un nivel de llenado H. Por encima del líquido refrigerante F hay un volumen de gas 26.
La cámara de condensación 8 está comunicada por una parte con la cámara de presión 6 por medio de un tubo de condensación 28 y con el pozo de rebose 16 de la piscina de inundación, a través de una conducción de rebose 30. El tubo de condensación 28 penetra con su extremo inferior achaflanado dentro del líquido refrigerante F de la cámara de condensación 8. El segundo extremo del tubo de condensación 28 desemboca en la cámara de presión 6. El tubo de condensación está por lo tanto lleno de agua hasta aproximadamente la altura del nivel de llenado H, de modo que la cámara de condensación 8 queda aislada de forma estanca a los gases respecto a la cámara de presión 6.
La conducción de rebose 30 desemboca con su primer extremo 32 en el volumen de gas 26 de la cámara de condensación 8, y lo hace justamente debajo del techo 36 de la cámara de condensación 8. El segundo extremo 34 de la conducción de rebose 30 desemboca en el pozo de rebose 16, y lo hace allí especialmente en el fondo 18 del pozo de rebose 16 en la cámara de descarga 24. Los dos extremos 32, 34 están comunicados a través de una sencilla tubería que presenta dos brazos de sifón 38, unidos por medio de un arco de sifón inferior 40 así como un arco de sifón superior 42. Tal como se puede deducir de la figura, la conducción de rebose 30 está situada casi en su totalidad dentro de la estructura del muro 4, de modo que incluso en el caso de que haya una tubería dañada se mantiene la vía de flujo definida por la conducción de rebose 30.
El arco de sifón superior 42 está situado a una altura por encima del fondo 18, por lo que en la cámara de descarga 24 queda garantizada una altura mínima de líquido de por ejemplo 0,5 m. La distancia entre los dos arcos de sifón 40, 42 define una altura de subida S hasta la cual están llenos de líquido refrigerante F los dos brazos 38. Mediante la elección de la altura de subida S se determina el valor de la presión diferencial a partir de la cual se expulsa el líquido F que se encuentra dentro de la conducción de rebose 30 y se establece una vía de flujo abierta entre la cámara de condensación 8 y la piscina de inundación 10. Si la altura de subida es por ejemplo de 10 m, entonces la conducción de rebose 30 está cerrada aproximadamente hasta una diferencia de presión de 10^{5} Pa (1,0 bar).
Durante el funcionamiento del reactor es necesario refrigerar de tiempo en tiempo el líquido refrigerante F que se encuentra en la piscina de inundación 10. Para ello se bombea el líquido refrigerante F a la piscina de inundación 10 desde la cámara de condensación 8 por medio de una bomba que no está representada y a través de un intercambiador de calor que no está representado. Si el nivel de líquido en el depósito de almacenamiento 14 rebasa la primera pared separadora 12, entonces el exceso de líquido refrigerante F fluye al pozo de rebose 16 y se acumula allí primeramente en la cámara de separación 22. La cámara de separación 22 sirve para la segregación de las partes gaseosas del líquido refrigerante F que cae por encima de la primera pared separadora 12, cuando hay sólo unos caudales de masa reducidos. El líquido F pasa a continuación por encima de la segunda pared separadora 20 a la cámara de descarga. Cuando hay unos caudales de masa grandes, la cámara de separación 16 está realizada de tal modo que se forma allí una retención de líquido y por lo tanto los componentes gaseosos que han sido arrastrados (burbujas de aire) ascienden hacia arriba y/o pasan a la conducción de rebose 30. El líquido refrigerante F se descarga a través de la conducción de rebose 30 en cuanto en la cámara de descarga 24 se rebasa la altura de nivel de llenado mínima determinada por el arco de sifón superior 42. En este procedimiento, el líquido refrigerante F se recircula por lo tanto en conjunto entre la cámara de condensación 8 y la piscina de inundación 10. Gracias a la configuración especial de la conducción de rebose 30 la piscina de inundación 10 está siempre separada de forma estanca a los gases con respecto a la cámara de condensación 8.
La situación representada en la Figura corresponde a la del régimen de funcionamiento normal. Discrepando del régimen de funcionamiento normal se pueden producir situaciones en las que entre la cámara de presión 6 y la cámara de condensación 8 surjan unas diferencias de presión importantes. Dado que por ejemplo en el caso de una avería con pérdida de refrigerante se conduce vapor desde la cámara de presión 6 a la cámara de condensación 8 a través del tubo de condensación 8, no debe efectuarse ningún equilibrado de presiones a través de la conducción de rebose 30 en el caso de que haya sobrepresión en la cámara de condensación 6. El equilibrado de presiones deberá efectuarse más bien a través del tubo de condensación 28 si se rebasa un valor límite de sobrepresión en la cámara de presión 6. La conducción de rebose 30 ha de mantenerse cerrada de forma absolutamente estanca a los gases, por lo menos antes de alcanzar este valor límite de sobrepresión.
A la inversa, cuando hay una depresión en la cámara de presión 6 existe el problema de que a través del tubo de condensación 28 el equilibrado de presiones solamente puede tener lugar de forma muy tardía ya que previamente es preciso trasvasar casi la cantidad total de líquido refrigerante F de la cámara de condensación 8 a la cámara de presión 6, antes de que a través del tubo de condensación 28 se obtenga una vía de flujo abierta para el intercambio de gases y con ello para el equilibrado de presiones.
Con el fin de evitar unos valores de depresión excesivos en la cámara de presión 6 se ha previsto por lo tanto que al rebasarse un valor límite de depresión en la cámara de presión 6 tenga lugar el intercambio de gases, y con ello el equilibrado de presiones, a través de la conducción de rebose 30. A partir de una determinada presión diferencial límite la conducción de rebose 30 deja libre la vía de flujo, con independencia de que exista una sobrepresión o una depresión. Por medio de la altura de subida S se ha de ajustar por lo tanto la presión diferencial límite determinante a partir de la cual se queda libre la conducción de rebose 30, a un valor superior al valor límite de sobrepresión determinante a partir del cual tiene lugar el equilibrado de presiones a través del tubo de condensación 28. En este caso la presión diferencial se encuentra preferentemente aproximadamente a (0,2 bar - 0,8) . 10^{5} Pa (0,2 bar - 0,8 bar) por encima del valor límite de sobrepresión. Los criterios determinantes para la magnitud del valor límite son, tal como ya se ha mencionado, por una parte la altura de subida S y por otra parte la altura de la columna de líquido en el tubo de condensación 28, unida a la altura de nivel de llenado H. Por lo tanto en primera aproximación, la altura de subida S ha de ser mayor que la altura de la columna de líquido en el tubo de condensación 28, que está determinada por la distancia entre el extremo de salida del tubo de condensación 28 y la altura de nivel de llenado H.
Gracias a la disposición y configuración especial de la conducción de rebose 30 se tiene con ello también la posibilidad de tener un elemento pasivo fiable de funcionamiento sencillo, que sin alimentación de energía exterior y sin ninguna pieza móvil tiene plena capacidad de funcionamiento basándose únicamente en leyes físicas, haciendo posible un funcionamiento seguro de la planta en todas las condiciones de funcionamiento y sin mermas técnicas de seguridad. Al mismo tiempo hay que destacar que con vistas a la capacidad de funcionamiento del sistema de refrigeración la conducción de rebose 30 cierra de forma absolutamente estanca a los gases la piscina de inundación 10 con respecto a la cámara de condensación 8.
Lista de referencias
2
Contención de seguridad
4
Estructura de muro
6
Cámara de presión
8
Cámara de condensación
10
Piscina de inundación
12
Primera pared de separación
14
Depósito de almacenamiento
16
Pozo de rebose
18
Fondo
20
Segunda pared de separación
22
Cámara de separación
24
Cámara de descarga
26
Volumen de gas
28
Tubo de condensación
30
Conducción de rebose
32
Primer extremo
34
Segundo extremo
36
Techo
38
Brazo del sifón
40
Arco inferior del sifón
42
Arco superior del sifón
\vskip1.000000\baselineskip
H
Altura de nivel de llenado
F
Líquido refrigerante
S
Altura de subida

Claims (12)

1. Planta nuclear, en particular planta de un reactor de agua en ebullición, con una cámara de presión (6), con una cámara de condensación (8) y con una piscina de inundación (10) comunicada con la cámara de presión (6),
caracterizada porque
la piscina de inundación (10) está comunicada con la cámara de condensación (8) a través de una conducción de rebose (30) realizada a modo de un sifón.
2. Planta según la reivindicación 1,
caracterizada porque
la conducción de rebose (30) comprende dos brazos del sifón (38) y presenta una altura de subida (S) hasta la cual la conducción de rebose (30) está llena de líquido (F) durante el estado de funcionamiento normal, estando dimensionada la altura de subida (5) de tal modo que a partir de una presión diferencial límite entre la cámara de presión (6) y la cámara de condensación (8) tiene lugar un equilibrado de presiones entre la cámara de condensación (8) y la cámara de presión (6).
3. Planta según la reivindicación 2,
caracterizada porque
la conducción de rebose (30) está realizadla de tal modo que al rebasar un valor límite de depresión en la cámara de presión (6) tiene lugar el equilibrado de presiones entre la cámara de presión (6) y la cámara de condensación (8) a través de la conducción de rebose (30), y al rebasar un valor límite de sobrepresión que aparezca en la cámara de presión (6) tiene lugar el equilibrado de presiones a través de otra instalación (28).
4. Planta según la reivindicación 3,
caracterizada porque
como otra instalación está previsto un tubo de condensación (28) que comunica la cámara de presión (6) con la cámara de condensación (8) y desemboca en ésta por debajo de una altura de nivel de llenado (H) hasta la cual la cámara de condensación (8) está llena de líquido (F) durante el estado de funcionamiento normal, de modo que el tubo de condensación (28) está lleno de líquido (F) hasta la altura de nivel de llenado (H), estando dimensionada la altura de nivel de llenado (H) de tal modo que al rebasar el valor límite de sobrepresión tiene lugar un equilibrado de presiones entre la cámara de presión (6) y la cámara de condensación (8), a través del tubo de condensación (28).
5. Planta según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque
la cámara de condensación (8) presenta un volumen de gas (26) en el que desemboca un primer extremo (32) de la conducción de rebose (30).
6. Planta según la reivindicación 5,
caracterizada porque
el primer extremo (32) está dispuesto en o inmediatamente debajo del techo (36) de la cámara de condensación (8).
7. Planta según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque
la conducción de rebose (30) va empotrada al menos en zonas parciales dentro de una estructura de muro (4).
8. Planta según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizada porque
la piscina de inundación (10) presenta un pozo de rebose (16), y porque un segundo extremo (34) de la conducción de rebose (30) desemboca en el pozo de rebose (16), estando situado en particular en el fondo (18) del pozo de rebose (10).
9. Planta según la reivindicación 8,
caracterizada porque
la conducción de rebose (30) presenta un arco de sifón superior (42) que está situado a una altura por encima del fondo (18) del pozo de rebose (16).
10. Procedimiento para el funcionamiento de una planta nuclear en particular una planta de reactor de agua en ebullición, que presenta una cámara de condensación (8) y una cámara de presión (6),
caracterizado porque
al rebasarse una presión diferencial límite entre la cámara de condensación (8) y la cámara de presión (6) tiene lugar un equilibrado de presiones a través de una conducción de rebose (30) que comunica una piscina de inundación (10) abierta hacia la cámara de presión (6) con la cámara de condensación (8), y está realizada a modo de un sifón, donde durante el estado de funcionamiento normal la conducción de rebose (30) está llenada al menos parcialmente con líquido (F), que escapa de la conducción de rebose (30) cuando se rebasa la presión diferencial límite.
11. Procedimiento según al reivindicación 10,
caracterizado porque
al rebasar un valor límite de depresión que aparece en la cámara de presión (6) se expulsa el líquido (F) de la conducción de rebose (30) y por lo tanto se forma a través de la conducción de rebose una vía abierta para el gas para el equilibrado de presiones entre la cámara de presión (6) y la cámara de condensación (8).
12. Procedimiento según al reivindicación 10 u 11,
caracterizado porque
al rebasar un valor límite de sobrepresión que aparece en la cámara de presión (6) queda libre una vía abierta para el gas a través de un tubo de condensación (28) que comunica la cámara de presión (6) con la cámara de condensación (8) para efectuar el equilibrado de presiones.
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