FI71030C - Kaernreaktorschakt - Google Patents

Description

KUULUTUSjULKAISU ^λ-,λ 8 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT /1030 C (45) Pat2..t;i ..tty

p^tont eM.-l.it ΖΊ 10 1J2G

(51) Kv.lk.«/lnt.CI.« G 21 C 11/08 (21) Patenttihakemus — Patentansöknlng 791969 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 20.06.79 (H) (23) Alkupäivä — Glltighetsdag 20.06.79 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentllg 2^* .12.79

Patentti· ja rekisterihallitus /44) Nähtäväksi panon ja kuul.juikaisun pvm.— l8.O7.86

Patent- oeh registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publlcerad (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd priorltet 23.06.78 ussr(su) 2625001 (71) Moskovsky I nzhenerno-Stroitel ny Institut Imeni V.V. Kuibysheva, Shjuzovaya naberezhnaya, 8, Moskva, Opytno-Konstruktorskoe Bjuro "Gidropress", ulitsa Ordzhnikidze, 21, Podolsk, USSR(SU) (72) Georgy Ivanovich Zholdak, Moskva, Vladimir Nikolaevich Ivanov, Moskva, Vitaly Borisovich Dubrovsky, Moskva, Jury Petrovich Kaloshin, Moskva,

Jury Vasilievich Vikhorev, Podolsk, Nikolai Arsentievich Kiriljuk, Podolsk, Larisa Evgenievna Shebanova, Podolsk, Mikhail Andreevich Lukyanov, Podolsk, Vladimir Iosifovich Tsofin, Podolsk, Vladimir Alexeevich Dorokhin, Moskva, Sergei Georgievich Golovin, Voronezhskaya oblast, Vyacheslav Alexandrovich Grigoriev, Moskva, Lev Nikolaevich Rukhmanov, Moskovskaya oblast, USSR(SU) (7*0 Oy Kolster Ab (5*0 Ydinreaktiorin kuilu - KSrnreaktorschakt

Keksintö koskee ydinenergian tuotantoa ja erityisesti ydinreaktorin kuilua.

Keksintöä voidaan edullisimmin käyttää ydinreaktorien kuilujen rakentamisessa sekä normaaleissa että seismisissä olosuhteissa.

Reaktorin ydinsäteilyä heikentävät biologiset betonista valmistetut suojakerrokset. Säteilyvuot aiheuttavat muutoksia tavanomaisen betonin ominaisuuksissa, joten sen suojaamiseksi tehdään betonin ja reaktorin väliin säteily- ja lämpösuojus esim. valuraudasta, teräksestä tai erikoisbetonista. Tiedetään, että reaktorin suorituskyky voidaan arvioida neutronivuon määrän pohjalta. Neut-ronivuon määrä mitataan säteily- ja lämpösuojuksesta käyttäen ionisointikammioita. Tätä varten jokainen kammio sijoitetaan liikutettavasta putken sisäpuolelle ja putki asetetaan säteily- ja lämpösuojuksen sisään. Useita tällaisia putkia muodostavat rengasmaisen rivin. Suojuksen materiaali sisältää melkoisen määrän vetyä termisten neutronien vuon lisäämiseksi nopeiden neutronien osan 2 71030 hidastumisen johdosta, jolloin luotettavuus ydinprosessin alkamisen rekisteröinnistä reaktorissa käynnistyksen ja muiden ohimenevien olosuhteiden aikana parantuu.

Tunnettu suojarakenne ydinreaktorin ionisoivaa säteilyä vastaan käsittää betonikuilun reaktorin vaipan vastaanottamiseksi ja säteily- ja lämpösuojuksen, joka on paikalla valetun teräsbetoni-lieriön muodossa, jolloin teräsverhous on järjestetty kuilun ja reaktorin seinien väliseen tilaan. Lieriö on asennettu reaktorin vaipan alaosassa olevan tukirenkaan varaan ja siinä on ultraääni-laite reaktorin metallivaipan säröjen ilmaisemiseksi (länsisaksalai-nen patentti 2 226 574, G 21C 13/02, G21C 17/00, julk. 30. joulukuuta 1976) .

Tämä rakenne on puutteellinen, koska siinä ei ole pääsymahdollisuutta reaktorin vaipan ulkopinnalle korjaus-, kunnostus-ja ehkäisytöitä varten, ja lämpö- ja säteilysuojuksen kiinnittämisestä varsinaiseen reaktoriin aiheutuu reaktorin vähentynyt seisminen stabiilius.

Nämä epäkohdat on eliminoitu ydinvoimaa tuottavan reaktorin kuilussa, jossa paikalla valetun teräsbetonilieriön muodossa oleva säteily- ja lämpösuojus on järjestetty vapaasti seisovaksi kuilun rengasmaiseen onteloon. Tätä onteloa tai syvennystä rajaavat ylhäällä reaktorin vaipan uloketuet ja alhaalla ulkonema, joka kannattaa suojusta.

Suojuksessa on metallivaippa, jossa on reikiä ja putkia ionisointikammioille, ja lämpöeristys reaktorin puolella. Reaktorin vaipan ja lämpöeristyksen välinen tila on riittävä vaipan säröjen ultraäänietsimen kuljettamista sekä korjaus-, kunnostus- ja ehkäisytöiden suorittamiseksi. Laitoksen toimiessa tätä tilaa ei jäähdytetä. Tästä seuraa lämpötilagradientin väheneminen reaktorin vaipan seinässä, mikä parantaa sen luotettavuutta. Lisäksi jäähdytetyt tilat lämpöeristyksen, säteily- ja lämpösuojuksen ja uloke-tukien ja kuilun seinän välissä luotettavasti biologisesti suojaa-vat betonikerrosta ja ionisointikammioita lämpenemiseltä. Tilat ovat myös tarpeellisia salliessaan suojuksen vapaan muodonmuutoksen.

Tämän rakenteen haittana on kuilun pitkä rakentamisaika, joka on 60-80 vuorokautta pitempi säteily- ja lämpösuojuksen betonin lämpökovettumisen (kuivumisen) takia. Lisäksi ei ole sallittua sijoittaa suojusta vapaasti syvennykseen maanjäristysalueilla.

3 71030

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on eliminoida yllämainitut epäkohdat.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan ydinreaktorin kuilu, jossa säteily- ja lämpösuojuksen rakenne on sellainen, että kuilua voidaan käyttää sekä normaaleissa että seismisissä olosuhteissa.

Tämä tehtävä ratkaistaan siten, että ydinreaktorin kuilussa, joka käsittää uloketuellisen teräsbetonilieriön, lämpöeristyksen ja teräsbetonisuojuksen, jossa on kanavia ionisaatiokammioita ja jäähdytysjärjestelmää varten, on tämä suojus sijoitettu samankeski-sesti lieriön sisäpuolelle välimatkan päähän siitä, jolloin keksinnölle on tunnusomaista, että suojus muodostuu useasta esivalmistetusta teräsbetonielementistä, jotka on kiinnitetty lieriön sisäseinään jättämällä ilmatila eri elementtien väliin.

Keksinnön mukainen ydinreaktorin kuilu mahdollistaa rakentamisajan huomattavan lyhentämisen (60-80 vuorokaudella) suojuksen moduulijärjestelyn käytön ja kokoonpanon yksinkertaistuksen johdosta.

Yksittäisten elementtien massa on mitätön verrattuna paikalla valetun lieriön massaan. Esivalmistettujen elementtien asennuksen ja kuilun seiniin kiinnittämiseen ei liity minkäänlaisia vaikeuksia. Näin siksi, että jokainen esivalmistettu elementti, jotka yhdessä muodostavat rengasmaisen rivin, asennetaan toisista riippumatta ilman minkäänlaisia yhdyselimiä lukuunottamatta enintään 15 mm levyistä ilmatilaa niiden välissä.

Ilmatilojen aikaansaanti suojuksen teräsbetonielementtien väliin mahdollistaa tällaisen kuilun käytön seismisissä olosuhteissa eli maanjäristysalueilla.

Esivalmistettujen elementtien välitilat suurentavat jäähdytykselle käytettävissä olevaa pinta-alaa ja vähentävät lämpenemistä jatkuvan käytön aikana. Lisäksi ilmatilojen aikaansaanti esivalmistettujen elementtien väliin mahdollistaa säteilyn ja termisten muodonmuutosten aiheuttamien jännitysten poiston, niin että esivalmistettujen elementtien suojauskestävyyttä voidaan suurentaa 20 2 neutronivuon arvoon 2-5 x 10 neutronia/cm asti, mikä on parempi - mitä tulee luotettavaan käyttöaikaan - kuin reaktorin vaipan ja laitteiden alistaminen korjaukseen ja kunnostukseen.

Neutroni- ja gammasäteilyn säteilyannoskapasiteetti (mahdollinen säteilyannosmäärä) keksinnön mukaisen suojuksen takana on 4 71030 vain 6,5-kertainen paikalla valettuun suojusrakenteeseen verrattuna. Tällaisesta paikallisesta säteilyvuon lisäyksestä ei aiheudu oleellisen lämmönvapautumislähteen esiintymistä suojuksen materiaalisissa eikä siksi varsinaisen biologisen suojajärjestelmän betonin minkäänlaista paikallista ylikuumenemista, mikä on kokeellisesti todistettu.

Keksinnön yhden suoritusmuodon mukaan suojuksen esivalmistetut teräsbetonielementit ovat tulenkestävää betonia. Tämä antaa suojukselle lisääntyneen säteilystabiiliuden ja nostaa sen käyttö-lämpötilarajaa.

Toisessa suoritusmuodossa suojuksen teräsbetonielementtien väliset ilmatilat on järjestetty säteittäisesti.

Säteittäisistä tiloista esivalmistettujen elementtien välissä seuraa jäähdytyspinta-alan kasvu 40 % asti ja kuumennuslämpötila jatkuvan käytön aikana on vähentynyt 10-15 %. Lisäksi hätätilanteessa säteittäiset ilmatilat aiheuttavat esivalmistettujen elementtien kiilautumisen niiden siirtyessä kuilun keskustaa kohti kiin-nityselimien ja reaktorin vaipan tuhoutuessa, kun taas ulospäin siirtyessään elementit tukeutuvat betonikuilun lieriömäistä sisäseinää vasten.

Keksinnön muut tavoitteet ja edut ilmenevät kuvattaessa seu-raavassa lähemmin sen edullisia suoritusmuotoja oheisten piirustusten avulla, joissa kuvio 1 on yleiskuva keksinnön mukaisesta ydinreaktorin kuilusta; kuvio 2 on leikkauskuva kuvion 1 linjalta II - II; kuvio 3 on leikkauskuva kuvion 1 linjalta III - III; ja kuvio 4 esittävät jakaumakäyriä nopeuden neutronien vuon tiheydestä esivalmistetuista elementeistä valmistetun suojuksen ja paikalla valetun suojuksen takana.

Kuviot 1, 2 ja 3 esittävät kuilun 1, joka on tarkoitettu ottamaan vastaan reaktorin vaipan 2 ja muodostuu teräsbetonilieri-östä 3, jossa on uloketukia 4. Reaktorin vaippaa 2 ympäröi lämmön-eristysainekerros 5. Tämän kerroksen 5 ja kuilun 1 sisäseinän välissä on niiden kanssa samankeskinen säteily- ja lämpösuojus 6, jossa on läpimenokanavia 7 ionisaatiokammioputkien (ei esitetty piirustuksissa) vastaanottamiseksi. Suojus 6 koostuu useista esivalmistetuista tulenkestävistä betonielementeistä 8. Elementit 8 on 5 71030 kiinnitetty kuilun 1 seinään ja varustettu metalliverhouksella 9. Esivalmistettujen elementtien 8 ja reaktorin kuilun 1 seinän välinen tila 10 on yhteydessä esivalmistettujen elementtien 8 väliin järjestettyihin säteittäisiin ilmatiloihin 11. Jäähdytyskaasu on järjestetty kiertämään tilojen 10 ja 11 läpi.

Kuvion 4 käyrä 12 esittää nopeiden neutronien vuon tiheyden käyttäytymisen esivalmisteisen säteily- ja lämpösuojuksen takana ja käyrä 13 esittää samaa paikalla valetun suojuksen takana. Nopeiden neutronien vuon tiheyden arvot suhteellisissa yksiköissä on piirretty ordinaateille ja abskissa esittää etäisyyttä senttimetreissä symmetrisesti ilmatilan 11 akseliin nähden.

Suojuksen 6 jaosta esivalmistettuihin elementteihin 8 seuraa vähentynyt seisminen kuormitus. Tämä kuormituksen vähenemä määräytyy rengasmaisen suojuksen 6 massan suhteesta yksittäisten esivalmistettujen elementtien 8 massaan ja on 2-10. Esivalmistettujen elementtien 8 välisistä säteittäisistä ilmatiloista 11 on seurauksena jäähdytyspinta-alan kasvu 40 % asti ja betonin kuurnenemislämpö-tilan aleneminen 5-10 %. Esivalmistettujen elementtien 8 vapaiden pintojen aikaansaanti jäähdyttämistä varten niiden välisiin ilmatiloihin 11 vähentää paine-eroa höyryjen hätäpurkauksessa reaktorin vaipasta 2. Näin ollen ylläpidetään ionisointikammioiden toiminnalle tarpeelliset olosuhteet. Rakenne sallii ylikuumentumisen säteily-vuon lisääntyessä reaktorin kapasiteetin johdosta.

Erilliset esivalmistetut elementit 8 valmistetaan tehtaalla, jossa ne kuivatetaan kuumentamalla 110°C:een. Tästä seuraa esivalmistetun elementin 8 koko tilavuuden dehydratointi, mikä vähentää kaasun vapautumisen 25 prosentilla säteilytyksen aikana. Kuivatetut esivalmistetut elementit 8 lähetetään rakennuspaikalle ja asennetaan tavanomaisin menetelmin reaktorin 2 kuiluun 1 yhdessä lämpöeristvk-sen kanssa 1-2 vuorokauden aikana ja tuotantoyksikön kokoaminen voidaan silloin tehdä ilman ajanhukkaa betonin kovettumisen ja betonin valamisen valmistelutöiden takia.

Voimalan ollessa käytössä neutroni- ja gammasäteilyn sekavuo läpäisee suojuksen 6. Neutroni- ja gammasäteilyn säteilyannoskapasi-teetti esivalmistetun suojuksen 6 takana on vain 6,5 kertaa suurempi paikalla valettuun rakenteeseen verrattuna. Tämä ionisoivan säteilyvuon paikallinen kasvu ei aiheuta lisääntynyttä lämmön vapautumista suojamateriaalissa eikä siksi reaktorin 2 kuilun 1 muo- 71030 dostavan betonilieriön paikallista ylikuumentumista, mikä on kokein todistettu.

Suojuksen 6 valmistus esivalmistetuista elementeistä 8 mahdollistaa ydinreaktorin valmistamisen 60-75 vuorokautta aikaisemmin kuin tavanomaisia menetelmiä käyttäen.

Betonikuilu 1 valmistetaan reaktorin vaipan 2 uloketukien 4 tasoon saakka, esivalmistetut elementit 8 asennetaan rengasmaiseen riviin, jolloin jokainen elementti kiinnitetään erikseen kuilun 1 seinään, ja sen jälkeen asennetaan ylös reaktorin vaipan 2 uloke-tuen 4 elementit. Tuen 4 saumat täytetään betonilla ja samalla reaktorikuilu päällystetään sisäpuolelta eristävällä kerroksella, minkä jälkeen alkaa reakrorin vaipan koontaminen.

Valmistuksen, kuivatuksen, asennuksen ja käytön aikana kaikki esivalmistetut elementit 8 ovat kaukovalvottavissa päätehtävänsä osalta, so. kyvyltään hidastaa nopeiden neutronien vuota.