RU2100854C1

RU2100854C1 - Nuclear reactor core trap

Info

Publication number: RU2100854C1
Application number: RU9494031026A
Authority: RU
Inventors: А.С. Сидоров; Г.Е. Носенко; Ю.С. Розенберг; Ю.Н. Максимов; М.Ф. Рогов; С.А. Логвинов
Original assignee: Опытное Конструкторское Бюро "Гидропресс"
Priority date: 1994-08-22
Filing date: 1994-08-22
Publication date: 1997-12-27
Also published as: RU94031026A

Abstract

FIELD: nuclear power engineering. SUBSTANCE: nuclear reactor core trap installed in concrete cavity of containment has basket with displacer in the form of layers of high-melting elements wherein there are both through vertical channels and horizontal ones for passing emergency coolant and distributing corium. Vertical blind holes in high-melting elements, with bottom in upper position, form local gas compensators of steam and hydrogen explosions and with bottom down, they form corium accumulator. Device for feeding emergency coolant to basket is, essentially, downcomer channel whose upper end communicates with emergency cooling pond and lower one, with annular header in bottom part of concrete cavity. Device for discharging mentioned coolant is made as uptake channel communicating with upper part of basket. Placed between basket and bottom of pressurized tank is cowl provided with hole in central part. Provision is also made for external steam and hydrogen explosion compensators, the former in upper part of annular header and the latter, adjacent to emergency coolant uptake channel. EFFECT: provision for natural emergency-coolant circulation and reduced effect of steam and hydrogen explosions on reactor concrete cavity. 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к устройствам для локализации в защитной оболочке вышедшего из сосуда под давлением ядерного реактора с водой под давлением вследствие аварии кориума расплава топлива и конструкционных материалов активной зоны ядерного реактора. The invention relates to nuclear energy, in particular to devices for localization in a protective shell of a nuclear reactor pressurized from a pressure vessel due to an accident in the corium of a fuel melt and structural materials of the core of a nuclear reactor.

Главной проблемой удержания кориума в ловушке активной зоны ядерного реактора с водой под давлением является предотвращение разрушения конструкции бетонной шахты реактора, защита от воздействия расплавленного кориума на стенку и дно шахты. The main problem of keeping the corium trapped in the core of a nuclear reactor with water under pressure is to prevent the destruction of the structure of the concrete shaft of the reactor, protection from the effects of molten corium on the wall and bottom of the shaft.

Предпосылкой для решения этой проблемы явилась необходимость создания пассивной системы охлаждения ловушки активной зоны ядерного реактора за счет естественной циркуляции теплоносителя аварийного охлаждения. A prerequisite for solving this problem was the need to create a passive cooling system for the trap of the active zone of a nuclear reactor due to the natural circulation of the emergency coolant.

Известна ловушка активной зоны ядерного реактора [1] установленная в бетонной шахте защитной оболочки под днищем сосуда под давлением ядерного реактора, содержащая корзину с вытеснителем в виде слоев тугоплавких гранул типа стерженьков с пустотами между ними для рассредоточения кориума от места истечения из сосуда под давлением и прохода между слоями теплоносителя аварийного охлаждения, устройство для подачи теплоносителя аварийного охлаждения в корзину и устройство для отвода теплоносителя аварийного охлаждения из корзины. Устройство для подачи теплоносителя аварийного охлаждения содержит соединенный с верхней частью корзины трубопровод и душирующее устройство для подачи теплоносителя на кориум. Отводящий трубопровод соединен с нижней частью корзины. Нагнетается жидкость в корзину и в душирующее устройство насосом. Known trap of the active zone of a nuclear reactor [1] installed in the concrete shaft of the protective shell under the bottom of the vessel under pressure of a nuclear reactor, containing a basket with a displacer in the form of layers of refractory granules such as rods with voids between them to disperse the corium from the place of flow from the pressure vessel and passage between the layers of the emergency coolant, the device for supplying the emergency coolant to the basket and the device for removing the emergency coolant from the basket. The emergency coolant supply device comprises a pipeline connected to the upper part of the basket and a choking device for supplying the coolant to the corium. A discharge pipe is connected to the bottom of the basket. Liquid is pumped into the basket and into the choking device with a pump.

Недостатком известного технического решения является то, что поскольку теплоноситель аварийного охлаждения движется сверху вниз, а отдавший тепло этот теплоноситель, обладая меньшей плотностью, будет стремиться подниматься снизу вверх, может возникнуть ситуация, при которой нижняя поверхность расплавленного кориума, контактирующая со слоями тугоплавких гранул вытеснителя, будет постоянно в осушенном состоянии, что приведет к сухому режиму проплавления вытеснителя. В автомодельном режиме, который устанавливается в теплогидравлических процессах такого типа, не удается остановить проплавление в случае позднего включения наружного орошения через душирующее устройство, так как к этому моменту кориум на воздухе образует сверху корку, имеющую малую теплопроводимость. Следовательно, не может быть гарантировано управляемое охлаждение кориума. A disadvantage of the known technical solution is that since the emergency coolant moves from top to bottom, and the heat carrier that has provided heat, having a lower density, tends to rise from bottom to top, a situation may arise in which the lower surface of the molten corium in contact with the layers of refractory displacer granules, will be constantly in a dried state, which will lead to a dry mode of penetration of the displacer. In the self-similar mode, which is installed in thermal-hydraulic processes of this type, it is not possible to stop penetration in the case of late activation of external irrigation through a scrubbing device, since at this point the corium in the air forms a crust on top having low thermal conductivity. Consequently, controlled cooling of the corium cannot be guaranteed.

Кроме того, при подаче воды на корзину сверху невозможно обеспечить сухой контакт кориума с вытеснителем, так как в случае расплавления сосудов под давлением ядерного реактора кориум напрямую будет воздействовать с влажным вытеснителем и из-за малого размера (1 дюйм) пустот между гранулами последнего это взаимодействие будет проходить быстро, особенно при объеме кориума 1 3 м³. Кориум может сверху перекрыть влажный вытеснитель. В этом случае пар будет либо проникать внутрь вытеснителя, либо барботировать сквозь жидкий кориум. Оценки показывают, что развиваемые в этих двух процессах давления приведут к разрушению бетонной шахты из=за паровых и водородных взрывов. Кроме того, из-за малого проходного сечения пустот в вытеснителе быстро растущее давление не может быть погашено. С другой стороны, диаметр корзины с вытеснителем сравним с диаметром сосуда под давлением ядерного реактора, поэтому не исключен вариант аварии, при которой жидкий кориум перекроет проходное сечение вытеснителя в корзине, что приведет к резкому росту давления в вытеснителе и разрушению защитной оболочки.In addition, when water is supplied to the basket from above, it is impossible to ensure dry contact of the corium with the displacer, since in the case of vessels melting under pressure from a nuclear reactor, the corium will directly act with a wet displacer and, due to the small size (1 inch) of voids between the granules of the latter, this interaction will pass quickly, especially with a corium volume of 1 3 m ³ . The corium can block a wet displacer from above. In this case, the steam will either penetrate the displacer or sparge through the liquid corium. Estimates show that the pressures developed in these two processes will lead to the destruction of the concrete shaft due to steam and hydrogen explosions. In addition, due to the small flow area of voids in the displacer, the rapidly growing pressure cannot be extinguished. On the other hand, the diameter of the basket with the displacer is comparable to the diameter of the vessel under pressure of a nuclear reactor; therefore, the possibility of an accident in which liquid corium overlaps the passage section of the displacer in the basket, which will lead to a sharp increase in pressure in the displacer and the destruction of the protective shell, is not ruled out.

Мелкозернистый тугоплавкий вытеснитель в случае струйного истечения кориума может быть разрушен на большую глубину, благодаря эффекту гидравлического размывания. Это возможно в случае истечения кориума из сосуда под давлением ядерного реактора при небольшой (5 6 бар) давлении. The fine-grained refractory displacer in case of jet outflow of corium can be destroyed to a greater depth due to the effect of hydraulic erosion. This is possible if the corium flows out of the vessel under the pressure of a nuclear reactor at a small (5 6 bar) pressure.

При давлении более 10 бар гранулированный вытеснитель струей кориума может быть выброшен из корзины. At pressures above 10 bar, a granular displacer can be ejected from the basket with a corium jet.

Цель изобретения повышение надежности и безопасности ядерных энергетических установок. The purpose of the invention is to increase the reliability and safety of nuclear power plants.

Задача изобретения создание ловушки активной зоны ядерного реактора, которая бы обеспечила повышение надежности удержания кориума в защитной оболочке реактора. The objective of the invention is the creation of a trap in the core of a nuclear reactor, which would provide increased reliability of the retention of the corium in the protective shell of the reactor.

Техническим результатом изобретения является обеспечение естественной циркуляции теплоносителя аварийного охлаждения и уменьшение влияния паровых и водородных взрывов на бетонную шахту ядерного реактора. The technical result of the invention is the provision of natural circulation of the coolant emergency cooling and reducing the effect of steam and hydrogen explosions on the concrete shaft of a nuclear reactor.

Задача изобретения решается тем, что ловушка активной зоны ядерного реактора, установленная в бетонной шахте защитной оболочки под днищем сосуда под давлением ядерного реактора, содержит корзину с вытеснителем в виде слоев тугоплавких элементов с пустотами для прохода теплоносителя аварийного охлаждения и рассредоточения кориума от места истечения последнего из сосуда под давлением, устройство для подачи теплоносителя аварийного охлаждения в корзину и устройство для отвода теплоносителя аварийного охлаждения из корзины. Согласно изобретению пустоты в слоях тугоплавких элементов выполнены как в виде сквозных вертикальных каналов, образованных отверстиями в тугоплавких элементах со смещением осей упомянутых отверстий друг относительно друга в каждом слое, так и в виде горизонтальных канавок, образующих в совокупности горизонтальные каналы, а также в виде вертикальных глухих отверстий, образующих при положении дном вверх внутренние локальные газовые компенсаторы паровых и водородных взрывов, а при положении дном вниз - накопители для кориума. The objective of the invention is solved in that the trap of the active zone of a nuclear reactor, installed in the concrete shaft of the containment under the bottom of the vessel under pressure of a nuclear reactor, contains a basket with a displacer in the form of layers of refractory elements with voids for the passage of the coolant emergency dispersal and dispersal of the corium from the place where the last from a pressure vessel, a device for supplying an emergency cooling fluid to the basket and a device for removing the emergency cooling fluid from the basket. According to the invention, voids in the layers of refractory elements are made both in the form of through vertical channels formed by holes in the refractory elements with the displacement of the axes of the said holes relative to each other in each layer, and in the form of horizontal grooves, which collectively form horizontal channels, as well as vertical deaf openings forming internal local gas compensators of steam and hydrogen explosions with the bottom up position, and with the bottom facing down, corium storage rings.

Устройство для подачи теплоносителя аварийного охлаждения в корзину выполнено в виде опускного канала, верхний конец которого соединен с бассейном-накопителем теплоносителя аварийного охлаждения, а нижний с кольцевыми коллекторами, расположенными в нижней части бетонной шахты и примыкающим к отверстиям в нижней части корзины. Устройство для отвода теплоносителя аварийного охлаждения выполнено в виде подъемного канала, соединенного с верхней частью корзины. В верхней части кольцевого коллектора выполнен первый внешний газовый компенсатор паровых и водородных взрывов. Между корзиной и днищем сосуда под давлением установлен обтекатель с отверстием центральной части. Второй внешний газовый компенсатор паровых и водородных взрывов, установленный в верхней части корзины под обтекателем выполнен смежным с подъемным каналом теплоносителя аварийного охлаждения. The device for supplying the emergency coolant coolant to the basket is made in the form of a lowering channel, the upper end of which is connected to the emergency coolant coolant storage pool, and the lower end with ring collectors located in the lower part of the concrete shaft and adjacent to the holes in the lower part of the basket. The device for removing the emergency coolant is made in the form of a lifting channel connected to the upper part of the basket. In the upper part of the annular collector, the first external gas compensator for steam and hydrogen explosions is made. Between the basket and the bottom of the pressure vessel there is a fairing with a hole in the central part. The second external gas compensator for steam and hydrogen explosions installed in the upper part of the basket under the fairing is made adjacent to the lifting channel of the emergency coolant.

Выполнение пустот в слоях тугоплавких элементов как в виде сквозных вертикальных каналов, образованных отверстиями в тугоплавких элементах со смещением осей отверстий друг относительно друга в каждом слое, так и в виде горизонтальных канавок, образующих в совокупности горизонтальные каналы, а также в виде вертикальных глухих отверстий, образующих при положении дном вверх внутренние локальные газовые компенсаторы паровых и водородных взрывов, а при положении дном вниз накопители для кориума позволяет кориуму, попавшему на кладку вытеснителя, проваливаться в каналы, образованные в кладке, направленно растекаясь от места истечения, образуя тем самым значительную поверхность для съема тепла теплоносителем аварийного охлаждения с одной стороны, а с другой предотвращая контакт больших масс кориума с большими объемами теплоносителя аварийного охлаждения, поднимающегося по каналам снизу-вверх за счет гидравлического подпора, тем самым предотвращая паровые и водородные взрывы большой силы. Энергия локальных взрывов гасится локальными газовыми компенсаторами, что предотвращает появление единой ударной волны. The implementation of voids in the layers of refractory elements in the form of through vertical channels formed by holes in the refractory elements with the displacement of the axes of the holes relative to each other in each layer, and in the form of horizontal grooves forming a combination of horizontal channels, as well as in the form of vertical blind holes, forming internal local gas compensators of steam and hydrogen explosions when the bottom is up, and when the bottom is down, the storage tanks for the corium allow the corium to fall on the masonry carrier, fall into the channels formed in the masonry, flowing directionally from the place of outflow, thereby forming a significant surface for heat removal by the emergency cooling fluid on the one hand, and on the other, preventing large corium masses from contacting large volumes of emergency cooling fluid rising along the channels from below - up due to hydraulic backwater, thereby preventing steam and hydrogen explosions of great strength. The energy of local explosions is extinguished by local gas compensators, which prevents the appearance of a single shock wave.

Выполнение устройства для подачи теплоносителя аварийного охлаждения в виде опускного канала, верхний конец которого соединен с бассейном-накопителем теплоносителя аварийного охлаждения, а нижний с кольцевым коллектором, расположенным в нижней части бетонной шахты и примыкающим к отверстиям в нижней части корзины, а устройство для отвода теплоносителя аварийного охлаждения в виде подъемного канала, соединенного с верхней частью корзины, обеспечивает улучшение циркуляции теплоносителя аварийного охлаждения зв счет подачи последнего в нижнюю часть корзины и отвода снявшего тепло с кориума теплоносителя через верхнюю часть корзины, т.е. теплоноситель движется сверху вниз в опускном канале и снизу вверх в подъемном канале, что обеспечивает в любой ситуации охлаждение нижней поверхности кориума водой или паром и исключает образование застойных неохлаждаемых зон. Наличие кольцевого коллектора обеспечивает распределение теплоносителя аварийного охлаждения по периметру и площади корзины. Implementation of the device for supplying the emergency coolant coolant in the form of a lowering channel, the upper end of which is connected to the emergency coolant coolant storage pool, and the lower end with an annular collector located in the lower part of the concrete shaft and adjacent to the holes in the lower part of the basket, and a device for removing the coolant emergency cooling in the form of a lifting channel connected to the upper part of the basket, improves the circulation of the coolant emergency cooling s due to the supply of the last the bottom of the basket and the discharge has removed heat from the corium coolant through the upper portion of the basket, i.e. the coolant moves from top to bottom in the lowering channel and from bottom to top in the lifting channel, which ensures in any situation cooling of the lower surface of the corium with water or steam and eliminates the formation of stagnant uncooled zones. The presence of an annular collector ensures the distribution of emergency coolant along the perimeter and area of the basket.

Внешние компенсаторы паровых и водородных взрывов, первый из которых образован в верхней части кольцевого коллектора, а второй установлен в верхней части корзины под обтекателем и выполнен смежным с подъемным каналом теплоносителя аварийного охлаждения, служат дыхательным компенсаторами и уменьшает воздействие взрывов на кладку вытеснителя и бетонную шахту. External compensators for steam and hydrogen explosions, the first of which is formed in the upper part of the annular collector, and the second is installed in the upper part of the basket under the fairing and made adjacent to the lifting channel of the emergency coolant, serve as respiratory compensators and reduces the effect of explosions on the displacer masonry and concrete shaft.

Установка между корзиной и днищем сосуда под давлением обтекателя с отверстием в центральной части предотвращает прямой контакт кориума с водой, т. к. зазор между упомянутыми днищем и обтекателем при проплавлении днища будет заполнен паром, а запаривание места взаимодействия кориума с теплоносителем аварийного охлаждения ведет к подавлению паровых и водородных взрывов. The installation between the basket and the bottom of the vessel under the pressure of the fairing with the hole in the central part prevents direct contact of the corium with water, since the gap between the said bottom and the fairing during the melting of the bottom will be filled with steam, and the pairing of the place of interaction of the corium with the emergency coolant will suppress steam and hydrogen explosions.

То, что ловушка дополнительно снабжена системой подачи газа в нижнюю часть корзины, дает возможность подать газ для продувки бетонной шахты реактора и тем самым обеспечивает сухое охлаждение кориума при невозможности подачи теплоносителя аварийного охлаждения на стадии длительного охлаждения. Кроме того, при подаче газа (воздуха) совместно с теплоносителем аварийного охлаждения уменьшается воздействие на защитную оболочку паровых и водородных взрывов за счет насыщения теплоносителя аварийного охлаждения газом. The fact that the trap is additionally equipped with a gas supply system to the lower part of the basket makes it possible to supply gas to purge the concrete shaft of the reactor and thereby provides dry cooling of the corium when it is not possible to supply emergency coolant at the stage of prolonged cooling. In addition, when gas (air) is supplied together with the emergency coolant, the impact on the protective shell of steam and hydrogen explosions is reduced due to saturation of the emergency coolant coolant with gas.

То, что внешние газовые компенсаторы дополнительно разделены на секции вертикальными перегородками и снабжены устройствами для гашения ударных волн, позволяет сохранить работоспособность упомянутых компенсаторов даже при частичном разрушении кольцевого коллектора и обтекателя и уменьшает воздействие обтекателя и уменьшает воздействие паровых и водородных взрывов на защитную оболочку во время аварии. The fact that external gas compensators are additionally divided into sections by vertical partitions and equipped with shock absorber devices allows preserving the operability of the said compensators even with partial destruction of the annular collector and fairing and reduces the impact of the fairing and reduces the effect of steam and hydrogen explosions on the protective shell during an accident .

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает повышение надежности ловушки активной зоны ядерного реактора, повышает безопасность ядерной энергетической установки за счет естественно циркуляции теплоносителя аварийного охлаждения, уменьшения влияния паровых и водородных взрывов, рассредоточения кориума от места его истечения. Thus, the proposed design provides increased reliability of the trap of the active zone of a nuclear reactor, increases the safety of a nuclear power plant due to the natural circulation of the coolant emergency cooling, reducing the effect of steam and hydrogen explosions, dispersing the corium from the place of its expiration.

На фиг. 1 и 2 изображены продольный и поперечный разрез ловушки активной зоны ядерного реактора; на фиг. 3 и 4 элементы системы подачи газа; на фиг. 5 вариант выполнения тугоплавкого элемента вытеснителя; на фиг. 6 - поперечный разрез кладки вытеснителя. In FIG. 1 and 2 show a longitudinal and transverse sectional view of a trap in an active zone of a nuclear reactor; in FIG. 3 and 4 elements of the gas supply system; in FIG. 5 embodiment of a refractory displacer element; in FIG. 6 is a cross-sectional view of a displacer masonry.

Ловушка активной зоны (фиг. 1 и 2) ядерного реактора 1 установлена в бетонной шахте 2 защитной оболочки и содержит корзину 3, заполненную слоями вытеснителя в виде тугоплавких элементов 4. К нижней части корзины 3 примыкает окнами 5 кольцевой коллектор 6, соединенный с полостью корзины 3 отверстиями 7. С противоположной стороны к коллектору 6 примыкает опускной канал 8 теплоносителя аварийного охлаждения. Верхний конец канала 8 присоединен к находящемуся в пределах защитной оболочки бассейну накопителю 9. Канал для отвода теплоносителя аварийного охлаждения из верхней части корзины 3 включает в себя отверстие 10 с защитной решеткой в центре обтекателя 11, установленного под днищем сосуда под давлением ядерного реактора и следующие смежные зазоры: между днищем сосуда и под давлением и обтекателем, стенкой сосуда и стенкой теплоизоляции 12 и заканчивается выходом патрубком 13 с установленным на нем обратным клапаном 14. The core trap (Figs. 1 and 2) of the nuclear reactor 1 is installed in the concrete shaft 2 of the containment shell and contains a basket 3 filled with displacer layers in the form of refractory elements 4. An annular collector 6 is connected to the bottom of the basket 3 by windows 5 connected to the cavity of the basket 3 holes 7. On the opposite side to the collector 6 adjoins the lower channel 8 of the emergency coolant. The upper end of the channel 8 is connected to the reservoir 9 located within the protective shell of the basin. The channel for removing the emergency coolant from the upper part of the basket 3 includes an opening 10 with a protective grill in the center of the fairing 11 installed under the bottom of the pressure vessel of the nuclear reactor and the following adjacent Clearances: between the bottom of the vessel and under pressure and the cowling, the vessel wall and the insulation wall 12 and ends with the outlet pipe 13 with a non-return valve 14 installed on it.

Корзина 3 снабжена системой подачи газа (воздуха) в нижнюю ее часть, включающей каналы 15, каждый из которых присоединен к коллектору в виде трубчатой спирали 16 (фиг. 3), снабженной штуцерами 17 (фиг. 4), входящими в отверстия в днище корзины 3. The basket 3 is equipped with a gas (air) supply system in its lower part, including channels 15, each of which is connected to the collector in the form of a tubular spiral 16 (Fig. 3), equipped with fittings 17 (Fig. 4), which enter the holes in the bottom of the basket 3.

В верхней части кольцевого коллектора 6 образован первый внешний газовый компенсатор 18 паровых и водородных взрывов. Второй внешний газовый компенсатор 19 паровых и водородных взрывов расположен под обтекателем 11 и смежен с подъемным каналом теплоносителя аварийного охлаждения. In the upper part of the annular collector 6, a first external gas compensator 18 for steam and hydrogen explosions is formed. The second external gas compensator 19 for steam and hydrogen explosions is located under the fairing 11 and is adjacent to the lifting channel of the emergency coolant.

Внешние газовые компенсаторы снабжены вертикальными разделительными перегородками 20 и 21. External gas compensators are equipped with vertical separation walls 20 and 21.

Кроме того, предусмотрены перегородки 22 для гашения ударной волны. In addition, baffles 22 are provided for damping the shock wave.

В тугоплавких блоках 4 (фиг. 5) образованы пустоты в виде сквозных вертикальных отверстий 23 и горизонтальных канавок 24, образующих в совокупности соответственно сквозные вертикальные каналы 25 и горизонтальные каналы 26. Упомянутые вертикальные и горизонтальные каналы совместно с глухими вертикальными отверстиями 27, расположенными дном вниз и служащими накопителями 28 для кориума, образуют систему для рассредоточения кориума от места истечения последнего из сосуда под давлением. Вертикальные глухие отверстия 27 при положении дном вверх образуют внутренние локальные газовые компенсаторы 29 паровых и водородных взрывов. In refractory blocks 4 (Fig. 5) voids are formed in the form of through vertical holes 23 and horizontal grooves 24, which together form vertical through channels 25 and horizontal channels 26, respectively. The said vertical and horizontal channels together with blind vertical openings 27 located bottom down and serving as storage tanks 28 for the corium, form a system for dispersing the corium from the place where the latter flows from the pressure vessel. Vertical blind holes 27 with the bottom up form internal local gas compensators 29 for steam and hydrogen explosions.

Оси отверстий 23, образующих сквозные вертикальные каналы 25, смещены друг относительно друга. The axis of the holes 23 forming the through vertical channels 25, are offset from each other.

Между обтекателем 11 и днищем сосуда под давлением установлены дистанционирующие элементы 30, выполненные в виде радиальных ребер, закрепленных на обтекателе. Between the fairing 11 and the bottom of the pressure vessel, spacing elements 30 are made in the form of radial ribs mounted on the fairing.

Ловушка работает следующим образом. The trap works as follows.

Кориум, истекающий из сосуда под давлением 1 ядерного реактора, попадает на обтекатель 11, который служит первым ьарьером, предотвращающим прямой контакт кориума с теплоносителем аварийного охлаждения водой, так как зазор между днищем сосуда под лавлением и обтекателем будет заполнен паром, образовавшимся в результате взаимодействия теплоносителя аварийного охлаждения со стенкой сосуда под давлением до истечения кориума, что ведет к подавлению паровых и водородных взрывов. The corium flowing out of the vessel under pressure 1 of the nuclear reactor enters the fairing 11, which serves as the first barrier preventing direct contact between the corium and the emergency coolant coolant, since the gap between the bottom of the vessel under tanning and the fairing will be filled with steam formed as a result of the interaction of the coolant emergency cooling with the wall of the pressure vessel until the corium expires, which leads to the suppression of steam and hydrogen explosions.

До проплавления или разрушения сосуда под давлением реактора обтекатель обеспечивает естественную циркуляцию теплоносителя вдоль днища сосуда, что создает условия для эффективного охлаждения кориума, находящегося в днище сосуда под давлением. Prior to the penetration or destruction of the vessel under the pressure of the reactor, the fairing provides a natural circulation of the coolant along the bottom of the vessel, which creates conditions for the effective cooling of the corium located in the bottom of the vessel under pressure.

В случае обрыва днища сосуда под давлением ребра 30 выполняют функцию дистанционирующих элементов, сохраняя зазор между днищем и обтекателем. Кроме того, обтекатель обеспечивает демпфирование ударной нагрузки от оторвавшегося днища на вытеснитель, значительно уменьшая возможность разрушения кладки тугоплавких блоков 4. In the event of a break in the bottom of the vessel under pressure, the ribs 30 perform the function of spacing elements, maintaining a gap between the bottom and the cowl. In addition, the fairing provides damping of the shock load from the torn bottom to the displacer, significantly reducing the possibility of destruction of the masonry of refractory blocks 4.

В случае образования ударных волн от парового или водородного взрыва в процессе взаимодействия кориума с теплоносителем аварийного охлаждения в зазоре между днищем сосуда под давлением и обтекателем или под обтекателем последний работает как демпфер гашения ударных волн за счет внешнего газового компенсатора 19. In the case of the formation of shock waves from a steam or hydrogen explosion during the interaction of the corium with the emergency coolant in the gap between the bottom of the pressure vessel and the cowling or cowling, the latter acts as a shock absorber due to an external gas compensator 19.

Для предотвращения дополнительных разрушений в реактор при обратном воздействии ударной волны на внутрикорпусные устройства реактора со стороны бетонной шахты обтекатель выполнен по профилю днища сосуда под давлением, что позволяет обтекателю в упомянутом случае работать как обволакивающий днище демпфер. To prevent additional damage to the reactor when the shock wave acts on the reactor internals from the side of the concrete shaft, the fairing is made along the profile of the bottom of the pressure vessel, which allows the fairing to work as a damper covering the bottom.

Пройдя через центрально отверстие 11 в обтекателе, кориум попадает в корзину 3 на слои тугоплавких элементов 4 вытеснителя и, благодаря наличию в кладке вытеснителя вертикальных 25 и горизонтальных 26 каналов, рассредотачиваются от места попадания в корзину. Теплоноситель аварийного охлаждения, поступающий снизу в корзину по опускному каналу 8, через окна 5 в коллекторе 6 и через отверстия 7, поднимаясь, взаимодействует с рассредоточенным по пустотам кориумом, который частично застывает как в каналах 25 и 26, так и в накопителях 28, чем обеспечивается большая поверхность с1ъема тепла теплоносителем аварийного охлаждения с кориума. Паровые и водородные взрывы, происходящие при взаимодействии теплоносителя аварийного охлаждения с кориумом рассредоточению последнего по поперечному сечению в глубине корзины носят локальный характер и энергия их подавляется как локальными газовыми компенсаторами 28, так и внешними газовыми компенсаторами 18 и 19. Защитная решетка, установленная в отверстии 10, удерживает подвергающиеся воздействию паровых и водородных взрывов тугоплавкие блоки 4 от выброса из корзины 3. Разрушаясь, газовые компенсаторов поглощают энергию паровых и водородных взрывов, предохраняют бетонную шахту реактора от разрушения. Обломки разрушившихся тугоплавких элементов, попадая в кориум, снижают его температуру и радиоактивность, способствуя его скорейшему охлаждению. Having passed through the central opening 11 in the fairing, the corium enters the basket 3 on the layers of refractory elements 4 of the displacer and, due to the presence of vertical 25 and 26 horizontal channels in the displacer masonry, are dispersed from the place where they enter the basket. The emergency coolant flowing from below into the basket through the lowering channel 8, through the windows 5 in the manifold 6 and through the openings 7, rising, interacts with the corium dispersed over the voids, which partially freezes both in the channels 25 and 26, and in the drives 28, than provides a large surface with heat removal coolant emergency cooling from the corium. Steam and hydrogen explosions occurring during the interaction of the emergency cooling medium with the corium dispersing the latter over the cross section in the depth of the basket are local in nature and their energy is suppressed both by local gas compensators 28 and by external gas compensators 18 and 19. A protective grill installed in the hole 10 , holds the refractory blocks 4 exposed to steam and hydrogen explosions from being ejected from the basket 3. When destroyed, gas expansion joints absorb the energy of steam and water native explosions protect concrete reactor shaft from destruction. The fragments of the destroyed refractory elements, falling into the corium, reduce its temperature and radioactivity, contributing to its early cooling.

Подавая газ (воздух) в корзину 3 по каналу 15 в спирали 16 через штуцеры 17, можно до подачи теплоносителя аварийного охлаждения снимать тепло с поверхности излившегося кориума, способствуя образованию корки на поверхности кориума и препятствуя тем самым проникновению кориума на большую глубину и повреждению бетонной шихты реактора. При подаче газа (воздуха) совместно с теплоносителем аварийного охлаждения возникает упругая среда, которая способствует уменьшению воздействия на защитную оболочку реактора паровых и водородных взрывов, предотвращая ее разрушение. By supplying gas (air) to the basket 3 through channel 15 in a spiral 16 through fittings 17, it is possible to remove heat from the surface of the poured corium prior to supplying the emergency coolant, contributing to the formation of a crust on the surface of the corium and thereby preventing the penetration of the corium to a greater depth and damage to the concrete mixture the reactor. When gas (air) is supplied together with the emergency coolant, an elastic medium arises, which helps to reduce the impact on the protective shell of the reactor of steam and hydrogen explosions, preventing its destruction.

Кроме того, уменьшает влияние взрывов и то, что теплоноситель аварийного охлаждения, взаимодействует с кориумом в пустотах вытеснителя, превращается в пароводяную смесь. Форма тугоплавких элементов 4, образующих кладку вытеснителя, уменьшает их смещение при взрывах, происходящих внутри вытеснителя. Рассредоточение кориума по горизонтальным каналам 26, вертикальным каналам 25, накопителям 29 и смещение осей вертикальных каналов ограничивает поверхность контакта кориума и теплоносителя аварийного охлаждения, уменьшая нагрузку на локальные газовые компенсаторы 28 паровых и водородных взрывов, тем самым уменьшая нагрузку на вытеснитель, сводя к минимуму разрушение кладки вытеснителя. In addition, it reduces the effect of explosions and the fact that the emergency coolant interacts with the corium in the voids of the displacer, turns into a steam-water mixture. The shape of the refractory elements 4 forming the displacer masonry reduces their displacement during explosions occurring inside the displacer. The dispersion of the corium along the horizontal channels 26, vertical channels 25, drives 29 and the displacement of the axes of the vertical channels limits the contact surface of the corium and the emergency coolant coolant, reducing the load on the local gas compensators 28 for steam and hydrogen explosions, thereby reducing the burden on the displacer, minimizing destruction displacer masonry.

Подача теплоносителя аварийного охлаждения снизу делает циркуляцию теплоносителей естественной, обеспечивая пассивный отвод тепла от кориума. The flow of emergency coolant from below makes the circulation of the coolants natural, providing passive heat removal from the corium.

Для предотвращения заброса воды внутрь кориума при разгерметизации реактора (в условиях его проплавления либо в днище, либо на боковой поверхности, когда гидростатическое давление в бетонной шахте больше давления в реакторе) устанавливаются клапаны 14 на патрубках 13 канала отвода теплоносителя аварийного охлаждения в герметический объем защитной оболочки. Теплоноситель, сняв тепло с кориума, превращается в пар. Эти клапаны предотвращают массовое поступление воды с пола реакторного отделения в зазор между сосудом под давлением реактора и обтекателем, которое может привести к неконтролируемому поступлению воды внутрь кориума и паровому взрыву. To prevent water being thrown into the corium during depressurization of the reactor (in the conditions of its penetration either in the bottom or on the side surface, when the hydrostatic pressure in the concrete shaft is greater than the pressure in the reactor), valves 14 are installed on the nozzles 13 of the emergency coolant coolant removal channel into the hermetic volume of the containment . The heat carrier, having removed heat from the corium, turns into steam. These valves prevent the mass flow of water from the floor of the reactor compartment into the gap between the pressure vessel of the reactor and the cowling, which can lead to uncontrolled water flow inside the corium and a steam explosion.

Тугоплавкие элементы 4 могут быть изготовлены, например, из диоксидциркониевого бетона гидратационного твердения, делает ловушку термостойкой и маловосприимчивой к химическому воздействию. Refractory elements 4 can be made, for example, of zirconia concrete of hydration hardening, which makes the trap heat-resistant and unresponsive to chemical attack.

Таким образом, предлагаемое изобретение по сравнению с известным повышает надежность ловушки активной зоны ядерного реактора. Thus, the present invention in comparison with the known increases the reliability of the trap of the active zone of a nuclear reactor.

Наиболее целесообразно предлагаемую ловушку использовать при строительстве ядерных энергетических установок с реакторами типа ВВЭР. It is most advisable to use the proposed trap in the construction of nuclear power plants with VVER-type reactors.

Источники информации
Патент США N 4.113.560, кл. 376-280, выдан 12.09.78.Sources of information
U.S. Patent No. 4,113,560, cl. 376-280, issued September 12, 78.

Claims

1. The trap of the active zone of a nuclear reactor (1), installed in a concrete shaft (2) of a protective shell under the bottom of a vessel under pressure of a nuclear reactor, containing a basket (3) with a displacer in the form of layers of refractory elements (4) with voids for the passage of the emergency coolant and dispersion of the corium from the place of the last outflow from the pressure vessel, the device for supplying the emergency coolant coolant to the basket and the device for removing the emergency coolant coolant from the basket, characterized in that there are voids in the layer x refractory elements (4) are made both in the form of through vertical channels (25) formed by holes (23) in refractory elements with the displacement of the axes of the said holes relative to each other in each layer, and in the form of horizontal grooves (24), which together form horizontal channels (26), and also in the form of vertical blind holes (27), forming, with the bottom position up, internal local gas compensators (28) for steam and hydrogen explosions, and with the bottom position down, storage tanks (29) for corium, device (8) for filing the emergency cooling liquid carrier in the basket is made in the form of a lowering channel, the upper end of which is connected to the emergency storage coolant storage pool (9), and the lower end with an annular collector (6) located in the lower part of the concrete mixture and adjacent to the holes (7) in the lower parts of the basket, the device for removing the emergency coolant coolant is made in the form of a lifting channel (13) connected to the upper part of the basket, the first external gas compensator (18) is formed in the upper part of the annular collector x and hydrogen explosions, between the basket and the bottom of the pressure vessel there is a fairing (11) with an opening (10) in the central part, a second external gas compensator (19) for steam and hydrogen explosions installed in the upper part of the basket under the fairing, is adjacent to the lifting channel (13) of the emergency coolant coolant.

2. The trap according to claim 1, characterized in that it is equipped with a gas supply system to the lower part of the basket containing the supply channels (15) and collectors (16) mounted on the bottom of the basket.

3. The trap according to claim 1, characterized in that the external gas compensators (18 and 19) are divided into sections by vertical partitions (20 and 21) and equipped with devices (22) for absorbing shock waves.