RU2175152C2 - Method and device for confinement of nuclear- reactor molten core - Google Patents
Method and device for confinement of nuclear- reactor molten core Download PDFInfo
- Publication number
- RU2175152C2 RU2175152C2 RU99122543/06A RU99122543A RU2175152C2 RU 2175152 C2 RU2175152 C2 RU 2175152C2 RU 99122543/06 A RU99122543/06 A RU 99122543/06A RU 99122543 A RU99122543 A RU 99122543A RU 2175152 C2 RU2175152 C2 RU 2175152C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- receiving chamber
- reactor
- cooling
- heat
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Abstract
Description
Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к способам и устройствам, обеспечивающим безопасность ядерной установки при авариях, приводящих к плавлению топлива и материалов активной зоны. The invention relates to nuclear energy, and in particular to methods and devices that ensure the safety of a nuclear installation in case of accidents leading to the melting of fuel and core materials.
Известно "Устройство для предотвращения проникновения в почву расплава активной зоны (РАЗ) ядерного реактора" (пат. RU 1777652, G 21 C 9/016, опубл. 23.11.92 г., Бюл. N 43, з-ка PCT/FR 88/00293 от 09.06.88 г. с конвенционным приоритетом от 11.06.87 г.). Это устройство содержит резервуар для улавливания и удерживания расплава активной зоны ядерного реактора (АЗЯР), установленный под реактором в бетонной плите с возможностью охлаждения его циркулирующей жидкостью. В бетонной плите, над резервуаром выполнены средства для отклонения вбок РАЗ, обеспечивающие распределение расплава по поверхности, равной поверхности резервуара. Эти средства представляют собой множество концентрических полостей, расположенных в суперпозиционном отношении в бетонной плите. Способ предотвращения проникновения расплава АЗЯР в почву, который реализует известное устройство, заключается в улавливании, удержании и охлаждении расплава в резервуаре, расположенном под реактором. Охлаждение осуществляется только со стороны стенок резервуара, с которыми контактирует расплав. It is known "Device for preventing penetration into the soil of the melt of the active zone (RA) of a nuclear reactor" (US Pat. RU 1777652, G 21 C 9/016, publ. 11/23/92, Bull. N 43, PCT / FR 88 / 00293 dated June 9, 88 with a conventional priority dated June 11, 87). This device contains a reservoir for collecting and holding the melt of the active zone of a nuclear reactor (ABNR), mounted under the reactor in a concrete slab with the possibility of cooling it with a circulating liquid. In a concrete slab, above the tank, means were made for deflecting sideways ONCE, providing melt distribution over a surface equal to the surface of the tank. These tools are many concentric cavities located in a superpositional relation in a concrete slab. A method for preventing the penetration of the AZNR melt into the soil, which implements the known device, is to capture, hold and cool the melt in a tank located under the reactor. Cooling is carried out only from the side of the walls of the tank with which the melt is in contact.
Недостатками известного решения являются:
- не исключена возможность разрушения бетонного фундамента атомной станции при долговременном выдерживании РАЗ в резервуаре, что может привести к выделению водяных паров и "паровому взрыву";
- требуются большой объем воды для отвода тепла со стенок резервуара и резервные источники питания для системы охлаждения;
- трудности в обеспечении контроля состояния расплава АЗЯР в процессе аварии и после.The disadvantages of the known solutions are:
- the possibility of destroying the concrete foundation of a nuclear power plant during long-term aging ONCE in the tank is not ruled out, which can lead to the release of water vapor and a "steam explosion";
- requires a large amount of water to remove heat from the walls of the tank and redundant power supplies for the cooling system;
- Difficulties in providing control of the state of the melt of the nuclear reactor nuclear reactor during the accident and after.
Известно "Устройство и способ улавливания и охлаждения расплава ядра из напорного резервуара реактора" (заявка в России N 96100550, G 21 C 9/016, от 08.01.96 г. , опубл. 20.03.98 г., з-ка PCT/DE94/00617 от 01.06.94 г. с конвенционным приоритетом от 08.06.93 г.). Это решение, как наиболее близкое к заявляемому, принято как прототип. It is known "Device and method for collecting and cooling the core melt from the pressure vessel of the reactor" (application in Russia N 96100550, G 21 C 9/016, from 08.01.96, publ. 20.03.98, PCT / DE94 / 00617 of 06/01/94 with a conventional priority of 06/08/93). This decision, as the closest to the claimed, adopted as a prototype.
Устройство для удержания и охлаждения ядра (расплава) представляет собой резервуар, расположенный под реактором и покрытый слоем плавящегося при контакте с расплавом материала, при этом резервуар соединен наклонным трубопроводом с приемной камерой, расположенной вне шахты реактора, система охлаждения расплава представляет собой резервуар с охлаждающим средством, который соединен с приемной камерой. Между резервуаром для улавливания расплава и приемной камерой установлена разрушаемая перегородка, которая разрушается, например, через 20-30 мин под действием расплава. Между резервуаром с охлаждающим средством и приемной камерой установлен закрывающий элемент, который разрушается под действием расплава. The device for holding and cooling the core (melt) is a tank located under the reactor and covered with a layer of material melting upon contact with the melt, the tank being connected by an inclined pipe to a receiving chamber located outside the reactor shaft, the melt cooling system is a tank with cooling means which is connected to the receiving chamber. A destructible partition is installed between the melt capture tank and the receiving chamber, which is destroyed, for example, after 20-30 minutes under the action of the melt. A closing element is installed between the cooling medium reservoir and the receiving chamber, which is destroyed by the melt.
Способ улавливания и охлаждения расплава включает в себя следующие операции:
- улавливание расплава в расположенный под реактором резервуар;
- выдерживание расплава в резервуаре в течение заданного промежутка времени, обусловленное разрушением перегородки между резервуаром и приемной камерой. За это время расплав перемешивается со слоем, плавящимся при контакте с ним, что увеличивает жидкотекучесть расплава;
- отвод расплава самотеком в приемную камеру по наклонному трубопроводу, причем подачу осуществляют сбоку камеры;
- охлаждение расплава в приемной камере путем подачи охлаждающего средства непосредственно в камеру через закрывающийся элемент, который разрушается при контакте с расплавом.The method of collecting and cooling the melt includes the following operations:
- capture of the melt in the tank located under the reactor;
- maintaining the melt in the tank for a given period of time, due to the destruction of the partition between the tank and the receiving chamber. During this time, the melt is mixed with a layer that melts upon contact with it, which increases the fluidity of the melt;
- removal of the melt by gravity into the receiving chamber through an inclined pipe, and the flow is carried out on the side of the chamber;
- cooling the melt in the receiving chamber by supplying a coolant directly to the chamber through a closable element, which is destroyed upon contact with the melt.
Недостатками известного устройства и способа для улавливания и охлаждения расплава являются:
- охлаждение расплава путем подачи охлаждающей среды в приемную камеру приводит к прямому контакту с расплавом, что увеличивает интенсивность теплосъема, однако накладывает ограничение на выбор охлаждающей среды и снижает безопасность и надежность устройства;
- вследствие значительного выделения тепла из расплава необходим большой объем охлаждающей среды для поддержания заданной, безопасной температуры приемной камеры;
- необходимы значительные энергозатраты для прокачивания охлаждающей среды через приемную камеру;
- неравномерность растекания расплава в приемной камере;
- неиспользование пассивного отвода тепла от расплава.The disadvantages of the known device and method for trapping and cooling the melt are:
- cooling the melt by supplying a cooling medium to the receiving chamber leads to direct contact with the melt, which increases the intensity of heat removal, however, imposes a limitation on the choice of cooling medium and reduces the safety and reliability of the device;
- due to the significant heat release from the melt, a large volume of cooling medium is necessary to maintain a given, safe temperature of the receiving chamber;
- significant energy costs are required to pump the cooling medium through the intake chamber;
- uneven spreading of the melt in the receiving chamber;
- non-use of passive heat removal from the melt.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, является повышение безопасности ядерной энергетической установки путем разработки системы, удерживающей длительное время РАЗ реактора, и предотвращения попадания продуктов РАЗ во внешнюю среду. The task to which the claimed solution is directed is to increase the safety of a nuclear power plant by developing a system that keeps the reactor ONCE for a long time and preventing the products from being released into the external environment.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение безопасности и надежности способа и устройства путем более эффективного использования пассивного охлаждения. The technical result of the proposed solution is to increase the safety and reliability of the method and device by more efficient use of passive cooling.
Дополнительным техническим результатом является возможность временного хранения продуктов расплава АЗЯР в приемной камере. An additional technical result is the possibility of temporary storage of the products of the AZNR melt in the receiving chamber.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе локализации расплава АЗЯР, заключающемся в улавливании и выдерживании расплава в резервуаре, расположенном под реактором, отводе расплава в приемную камеру и охлаждении, расплав в приемную камеру подают сверху, осуществляют пассивное охлаждение расплава путем теплосъема в атмосферу через защитный экран и при контакте с теплоаккумуляционным покрытием и активное охлаждение при контакте расплава со стенками приемной камеры, охлаждение которых производят путем подачи к ним охлаждающей среды. The specified technical result is achieved by the fact that in the method for localizing the melt of the nuclear reactor nuclear reactor, which consists in capturing and maintaining the melt in a tank located under the reactor, removing the melt into the receiving chamber and cooling, the melt is fed into the receiving chamber from above, passive cooling of the melt by heat removal to the atmosphere through a protective screen and upon contact with a heat-accumulating coating and active cooling upon contact of the melt with the walls of the receiving chamber, the cooling of which is carried out by supplying them with cooling medium.
В устройстве локализации расплава АЗЯР, включающем резервуар для улавливания и выдерживания расплава, расположенный под реактором и покрытый слоем материала, плавящегося при контакте с расплавом, приемную камеру, расположенную вне шахты реактора и соединенную с резервуаром наклонным трубопроводом, систему охлаждения, камера выполнена многослойной и по крайней мере один из слоев выполнен из теплоаккумулирующего материала, а элементы системы охлаждения размещены в стенках камеры для подвода к ним охлаждающей среды, при этом камера сверху накрыта герметичным защитным экраном. Элементы системы охлаждения могут быть выполнены в виде каналов, по которым циркулирует охлаждающая среда, и размещены в теплоаккумулирующем слое. По крайней мере один из слоев камеры выполнен из тугоплавкого материала, армированного, например, нитью циркония, стекловолокна или углепластика. Наружный слой камеры выполнен из теплоаккумулирующего материала. Герметичный экран может быть выполнен куполообразной формы, например полусферической. Резервуар для улавливания выложен спрессованными брикетами из легкоплавкой металлической стружки, пористостью 10-90% (возможно некоторое количество флюсов и оксидов металлов). Брикеты изготавливаются из производственных отходов металлообрабатывающей промышленности. Трубопровод выполнен многослойным из стеклоткани, тугоплавкого материала и стали. In the device for the localization of the melt of the nuclear reactor nuclear reactor, including a reservoir for trapping and maintaining the melt, located under the reactor and covered with a layer of material that melts upon contact with the melt, a receiving chamber located outside the reactor shaft and connected to the reservoir by an inclined pipe, the cooling system, the chamber is multilayer and at least one of the layers is made of heat-accumulating material, and the elements of the cooling system are placed in the walls of the chamber for supplying a cooling medium to them, while xy is covered with a sealed protective shield. The elements of the cooling system can be made in the form of channels through which the cooling medium circulates, and are placed in a heat-accumulating layer. At least one of the layers of the chamber is made of a refractory material reinforced, for example, with a thread of zirconium, fiberglass or carbon fiber. The outer layer of the chamber is made of heat-accumulating material. The sealed screen can be made dome-shaped, for example hemispherical. The capture tank is lined with compressed briquettes of low-melting metal chips, porosity of 10-90% (some amount of fluxes and metal oxides is possible). Briquettes are made from industrial waste from the metal industry. The pipeline is made of multilayer fiberglass, refractory material and steel.
При подаче расплава в приемную камеру сверху улучшается равномерность распределения расплава в камере, что улучшает равномерность распределение тепловой нагрузки на приемную камеру и тем самым повышается надежность и безопасность устройства. When the melt is fed into the receiving chamber from above, the uniformity of the distribution of the melt in the chamber is improved, which improves the uniformity of the distribution of the heat load on the receiving chamber and thereby increases the reliability and safety of the device.
Совместное использование пассивного охлаждения расплава путем теплосъема в атмосферу с активным охлаждением стенок приемной камеры путем подачи к ним охлаждающего материала позволяет предотвратить попадание продуктов расплава во внешнюю окружающую среду и длительное время удерживать расплав активной зоны реактора в приемной камере, что повышает надежность и безопасность. The joint use of passive cooling of the melt by means of heat removal into the atmosphere with active cooling of the walls of the receiving chamber by supplying cooling material to them prevents the melt products from entering the external environment and for a long time to keep the reactor core melt in the receiving chamber, which increases reliability and safety.
Использование пассивного охлаждения в атмосферу через защитный экран позволяет применять для активного охлаждения менее дорогостоящие и более надежные и безопасные системы. The use of passive cooling to the atmosphere through a protective screen allows the use of less expensive and more reliable and safe systems for active cooling.
Использование пассивного охлаждения расплава при контакте с теплоаккумулирующим покрытием позволяет быстро закристаллизовать расплав и тем самым уменьшить выделения радиоактивных аэрозолей и соответственно увеличить надежность и безопасность. The use of passive cooling of the melt in contact with a heat-accumulating coating makes it possible to quickly crystallize the melt and thereby reduce the release of radioactive aerosols and, accordingly, increase reliability and safety.
Активное охлаждение стенок камеры позволяет исключить контакт расплава с охлаждающей средой, что снижает требование к выбору охлаждающей среды и позволяет использовать при активном охлаждении более надежные и безопасные системы. Active cooling of the chamber walls eliminates the contact of the melt with the cooling medium, which reduces the requirement for the choice of cooling medium and allows the use of more reliable and safe systems for active cooling.
При использовании в устройстве локализации расплава активной зоны ядерного реактора приемной камеры, выполненной многослойной, по крайней мере один из слоев выполнен из теплоаккумулирующего материала, а другой - из тугоплавкого вещества с малой теплопроводностью, обеспечивается длительное удержание расплава, что повышает надежность и безопасность конструкции. When a receiving chamber made of a multilayer reactor is used in the melt localization device of the core of a nuclear reactor, at least one of the layers is made of heat-accumulating material and the other is made of a refractory substance with low thermal conductivity, the melt is maintained for a long time, which increases the reliability and safety of the structure.
Использование теплоаккумулирующего материала позволяет повысить эффективность пассивного охлаждения расплава в приемной камере, что увеличивает надежность и безопасность. The use of heat-accumulating material improves the efficiency of passive cooling of the melt in the receiving chamber, which increases reliability and safety.
Размещение элементов охлаждения в стенках камеры обеспечивает несмешивание расплава АЗЯР и охлаждающего вещества, что снижает выделение аэрозолей из расплава АЗЯР, снижает требования по выбору охлаждающей среды, уменьшает вероятность паровых взрывов. Placing the cooling elements in the chamber walls ensures non-mixing of the AZNR melt and the coolant, which reduces the release of aerosols from the AZNR melt, reduces the requirements for the choice of cooling medium, and reduces the likelihood of steam explosions.
Защитный экран обеспечивает эффективное пассивное охлаждение расплава путем излучения тепла в пространство под экраном. Наличие герметичного защитного экрана позволяет удерживать радиоактивные аэрозоли в закрытом объеме и одновременно обеспечивает эффективный безопасный теплосъем в атмосферу. The protective screen provides effective passive cooling of the melt by radiating heat into the space under the screen. The presence of a sealed protective screen allows you to keep radioactive aerosols in a closed volume and at the same time provides effective safe heat removal into the atmosphere.
Элементы системы охлаждения, выполненные в виде каналов и размещенные в теплоаккумулирующем слое, обеспечивают наиболее эффективный отвод тепла от расплава АЗЯР и заданный температурный режим конструкции приемной камеры с меньшим расходом охлаждающей среды. Elements of the cooling system, made in the form of channels and placed in a heat-accumulating layer, provide the most efficient heat removal from the AZNR melt and a predetermined temperature regime for the design of the receiving chamber with a lower flow rate of the cooling medium.
Покрытие теплоаккумулирующего слоя тугоплавким материалом обеспечивает разделение расплава АЗЯР и теплоаккумулирующего слоя, способствует растеканию расплава по поверхности камеры, предотвращает разрушение теплоаккумуляционного покрытия. The coating of the heat storage layer with a refractory material ensures the separation of the AZNR melt and the heat storage layer, promotes the spread of the melt on the surface of the chamber, and prevents the destruction of the heat storage coating.
Выполнение армирования слоя из тугоплавкого материала приводит к повышению механической прочности, что повышает надежность конструкции. The reinforcement of the layer of refractory material leads to an increase in mechanical strength, which increases the reliability of the structure.
Применение в устройстве по крайней мере одного из слоев камеры теплоизолирующего материала обеспечивает защиту бетонного фундамента от нагрева до критических температур, что повышает надежность и безопасность. The use of at least one of the layers of the chamber of the insulating material in the device protects the concrete foundation from heating to critical temperatures, which increases reliability and safety.
Герметичный экран, закрывающий сверху приемную камеру и имеющий куполообразную форму, обеспечивает равномерный отвод тепла от расплава в атмосферу, что повышает эффективность охлаждения расплава АЗЯР и является оптимальной конструкцией по прочности и массогабаритным характеристикам. A sealed screen that covers the receiving chamber on top and has a dome-shaped shape provides uniform heat removal from the melt to the atmosphere, which increases the cooling efficiency of the AZNR melt and is the optimal design for strength and weight and size characteristics.
Заполнение резервуара для улавливания и выдерживания расплава отходами металлообрабатывающих производств приводит к уменьшению вязкости расплава, уменьшению остаточного удельного энерговыделения осколков в расплаве. Filling the reservoir for collecting and holding the melt with waste from metal processing industries leads to a decrease in the viscosity of the melt and a decrease in the residual specific energy release of fragments in the melt.
Выполнение жертвенного слоя из отходов, представляющих собой брикеты из легкоплавкой металлической стружки, пористостью 10-90%, обеспечивает перемешивание, фрагментирование и демпфирование компонентов расплава, уменьшение температуры фазового перехода исходного расплава. The implementation of the sacrificial layer of waste, which is a briquette of fusible metal shavings, porosity of 10-90%, provides mixing, fragmentation and damping of the components of the melt, reducing the phase transition temperature of the initial melt.
Применение в устройстве многослойного трубопровода, соединяющего резервуар и приемную камеру, позволяет обеспечить безопасный отвод расплава за пределы реактора, что повышает надежность конструкции. The use of a multilayer pipeline connecting the tank and the receiving chamber in the device allows for safe removal of the melt outside the reactor, which increases the reliability of the design.
Выполнение одного из слоев трубопровода из стеклоткани позволяет изолировать стальной корпус трубопровода от высоких температур расплава, так как стеклоткань является хорошим тенлоизолирующим материалом и имеет высокую температуру разрушения. The implementation of one of the layers of the pipeline made of fiberglass allows you to isolate the steel casing of the pipeline from high temperatures of the melt, since fiberglass is a good tenoizoliruyuschim material and has a high temperature of destruction.
Один из слоев трубопровода выполнен из тугоплавкого материала, который предотвращает механическое и химическое разрушение теплоизолирующего слоя при контакте с РАЗ. One of the layers of the pipeline is made of refractory material, which prevents mechanical and chemical destruction of the insulating layer in contact with TIME.
На фиг. 1 изображен общий вид заявленного устройства. На фиг. 2 изображено поперечное сечение трубопровода. In FIG. 1 shows a General view of the claimed device. In FIG. 2 shows a cross section of a pipeline.
Примером конкретного выполнения заявленного устройства служит устройство локализации расплава активной зоны ядерного реактора внутри энергоблока, когда остаточное энерговыделение ядерного топлива соответствует 1012 Дж за первые сутки после аварии. Данное устройство включает в себя резервуар, расположенный под реактором, систему фрагментирования и демпфирования расплава при падении расплава из корпуса реактора, герметичного многослойного трубопровода для отвода расплава за пределы контейнмента в приемную камеру, причем расплав в приемную камеру попадает сверху, и герметичной находящейся вне пределов контейнмента самоохлаждающейся приемной камеры, расположенной в многослойном котловане, накрытом сверху защитным экраном.An example of a specific implementation of the claimed device is a device for localizing the melt of the active zone of a nuclear reactor inside a power unit, when the residual energy release of nuclear fuel corresponds to 10 12 J in the first day after the accident. This device includes a tank located under the reactor, a system for fragmentation and damping of the melt when the melt falls from the reactor vessel, a sealed multilayer pipe for draining the melt outside the container into the receiving chamber, the melt entering the receiving chamber from above, and being sealed outside the container a self-cooling receiving chamber located in a multi-layer pit, covered with a protective shield.
При аварии с расплавлением активной зоны расплав осуществляет свое движение вниз. Под реактором 1 располагается улавливающий резервуар 2, состоящий из многослойной укрепленной воронки, заполненной жертвенным демпфирующим материалом, и соединенного с ней многослойного трубопровода 4, частично заполненныго жертвенным демпфирующим материалом (фиг. 1). Воронка и трубопровод расположены в подреакторном пространстве 6 и разделены заглушкой, проплавляемой через 40 мин с момента попадания расплава в воронку. In an accident with core melting, the melt moves down. Under the reactor 1 is a capture tank 2, consisting of a multilayer reinforced funnel filled with sacrificial damping material and a multilayer pipe 4 connected to it, partially filled with sacrificial damping material (Fig. 1). The funnel and pipeline are located in the subreactor space 6 and are separated by a plug, melted after 40 minutes from the moment the melt enters the funnel.
Основные задачи этой системы:
сливания в трубопровод с целью, во-первых, для расплавления жертвенного материала и перемешивания компонентов расплава, во-вторых, для того, чтобы остатки корпуса реактора, разрушенные тепловым излучением расплава, успели бы расплавиться и перемешаться в расплаве, и, в-третьих, для уменьшения остаточного энерговыделения осколков в расплаве;
сдемпфировать массу расплава и не допустить серьезных механических повреждений воронки и трубопровода при падении расплава;
уменьшить вязкость и температуру фазового перехода исходного расплава при расплавлении жертвенного материала, находящегося в шахте, внутри воронки и самого трубопровода.The main tasks of this system:
pouring into the pipeline with the goal, firstly, to melt the sacrificial material and mix the components of the melt, and secondly, so that the remains of the reactor vessel, destroyed by thermal radiation of the melt, have time to melt and mix in the melt, and, thirdly, to reduce the residual energy of fragments in the melt;
to dampen the mass of the melt and prevent serious mechanical damage to the funnel and pipeline when the melt falls;
reduce the viscosity and temperature of the phase transition of the initial melt during the melting of the sacrificial material located in the mine, inside the funnel and the pipeline itself.
Для фрагментирования, демпфирования и уменьшения вязкости расплава в шахте и воронке предлагается использовать жертвенный слой, состоящий из производственных отходов металлообрабатывающих производств - спрессованных брикетов металлической стружки легкоплавких металлов (возможно, также из некоторого количества флюсов и оксидов металлов), заполняющий воронку и шахту реактора 3 до расстояния 1-2 м от корпуса реактора. Для этого могут быть использованы, например, брикеты из стружки латуни, железа, других материалов, пористость брикетов 10-90%. Бетонные стены шахты 5 покрыты высокотемпературной керамикой (например, на основе ZrO2) толщиной 5 см на высоту от воронки до дна корпуса реактора. Для повышения механической прочности высокотемпературную керамику, используемую в шахте реактора, следует армировать (например, нитью циркония, стекловолокна или углепластика).To fragment, dampen, and reduce the viscosity of the melt in the shaft and funnel, it is proposed to use a sacrificial layer consisting of industrial waste from metal processing industries — compressed briquettes of low-melting metal shavings (possibly also from a certain amount of fluxes and metal oxides) filling the funnel and reactor shaft 3 to 1-2 m distance from the reactor vessel. For this purpose, for example, briquettes made of shavings of brass, iron, other materials, the porosity of briquettes 10-90% can be used. The concrete walls of the shaft 5 are covered with high-temperature ceramics (for example, based on ZrO 2 ) 5 cm thick to a height from the funnel to the bottom of the reactor vessel. To increase the mechanical strength, the high-temperature ceramics used in the reactor shaft should be reinforced (for example, with zirconium, fiberglass, or carbon fiber).
Для отвода расплава из воронки в приемную камеру 7 используется герметичный многослойный трубопровод фиг. 2. Многослойный герметичный стальной трубопровод 14 внутренним диаметром ~90 см и внешним диаметром ~110 см с внутренними теплоизолирующими слоями - стеклопластиком 15 и диоксидцирконием 16. При наклоне трубопровода на 12o предполагаемая вязкость расплава способна обеспечить скорость стекания расплава 10 см/с. В свою очередь, такая скорость стекающего расплава обеспечивает его полный отвод из воронки в приемную камеру за 35 мин при заполняемости поперечного сечения трубопровода 25% при течении (представленные цифры относятся к реактору ВВЭР-1000 масса топлива вместе с конструкцией ТВЛ-ов, в котором составляет около 100 т).To drain the melt from the funnel into the receiving chamber 7, a sealed multilayer pipe of FIG. 2. Multilayer sealed steel pipe 14 with an inner diameter of ~ 90 cm and an outer diameter of ~ 110 cm with internal heat-insulating layers - fiberglass 15 and zirconia 16. When the pipe is tilted at 12 o, the expected melt viscosity can provide a melt runoff rate of 10 cm / s. In turn, such a velocity of the flowing melt ensures its complete removal from the funnel to the receiving chamber in 35 minutes at a 25% full cross section of the pipeline during flow (the figures presented refer to the WWER-1000 reactor, the mass of fuel together with the design of the fuel assemblies, in which about 100 tons).
Через трубу РАЗ самотеком выводится в специальную приемную камеру 7. Приемная камера представляет собой котлован с бетонными стенами и полом (см. фиг. 1). Сверху емкость накрыта защитным экраном 8 из титанового сплава, нержавеющей стали или углепластика. В котловане расположена массивная металлическая теплоаккумулирующая плита 9. Сверху плита покрыта тугоплавким веществом 10 с малой теплопроводностью, способным длительное время выдерживать соприкосновение с РАЗ (например, диоксидциркониевой керамикой). Плита отделена от пола и стен котлована слоями теплоизолирующих покрытий 11. В основании теплоаккумулирующей плиты проложены трубопроводы системы охлаждения 12. Защитный экран герметично изолирует расплав 13 от атмосферы, предотвращает попадание в атмосферу радиоактивных газов и аэрозолей, рассеивает излучаемое РАЗ тепло путем лучистого переноса и конвекции. Теплоаккумуляционная плита охлаждает расплав до температуры, при которой сохраняется прочность плиты и конструкции защитного экрана, обеспечивает быстрое затвердевание расплава для уменьшения газообразных и аэрозольных выделений. На плиту нанесено тугоплавкое теплоизолирующее покрытие (диоксид циркониевая керамика), которое обеспечивает разделение расплава и теплоаккумулирующей плиты, способствует растеканию расплава по поверхности путем повышения температуры на границе раздела расплав - покрытие. Теплозащитные слои под основанием теплоаккумулирующей плиты защищают бетонный пол от нагрева до критической температуры. Трубопроводы системы охлаждения при необходимости организовывают активное охлаждение основания плиты после 10-20 суток с момента растекания РАЗ по плите. Through the pipe TIME by gravity it is discharged into a special receiving chamber 7. The receiving chamber is a foundation pit with concrete walls and floor (see Fig. 1). On top of the tank is covered with a protective shield 8 of titanium alloy, stainless steel or carbon fiber. A massive metal heat storage plate 9 is located in the pit. The top of the plate is covered with a refractory substance 10 with low thermal conductivity, which can withstand contact with TIME for a long time (for example, zirconia ceramic). The plate is separated from the floor and walls of the excavation by layers of heat-insulating coatings 11. At the base of the heat-accumulating plate, pipelines of the cooling system 12 are laid. The protective screen seals the melt 13 from the atmosphere, prevents radioactive gases and aerosols from entering the atmosphere, and dissipates the heat emitted ONCE by radiative transfer and convection. The heat storage plate cools the melt to a temperature at which the strength of the plate and the design of the protective shield are maintained, provides rapid solidification of the melt to reduce gaseous and aerosol emissions. A refractory heat-insulating coating (zirconia dioxide) is applied to the plate, which ensures the separation of the melt and the heat-accumulating plate, contributes to the spreading of the melt on the surface by increasing the temperature at the melt-coating interface. Thermal insulation layers under the base of the heat storage plate protect the concrete floor from heating to a critical temperature. The pipelines of the cooling system, if necessary, organize active cooling of the base of the plate after 10-20 days from the moment of spreading ONCE on the plate.
Теоретическими расчетами показано, что предлагаемый способ локализации расплава активной зоны обеспечивает приемлемый температурный режим конструкционных элементов контейнмента и самой ловушки в течение длительного периода времени. Так можно в приемлемых размерах (толщина разлившегося слоя РАЗ ~ 0,25 м, толщина теплоаккумуляционной плиты ~1,0 м, толщина нижнего слоя ТЗП ~0,2 м, площадь поверхности плиты ~100 м2, площадь защитного экрана 1350 м2) и температурах (РАЗ 1380-1450 К, защитного экрана ~1000 К) обеспечить пассивное охлаждение РАЗ в течение 20 суток. При этом температура бетонных стен и пола котлована не будет превышать 520 К. В дальнейшем (если не допускать перегрева бетона) можно осуществлять активное охлаждение основания теплоаккумуляционной плиты водой через систему трубопроводов, расположенных внутри этой плиты (см. фиг. 1).Theoretical calculations showed that the proposed method for localizing the core melt provides an acceptable temperature regime for the structural elements of the containment and the trap itself over a long period of time. So it is possible in acceptable sizes (the thickness of the spilled layer TIME is ~ 0.25 m, the thickness of the heat storage plate is ~ 1.0 m, the thickness of the lower layer of the heat-transfer layer is ~ 0.2 m, the surface area of the plate is ~ 100 m 2 , the area of the protective screen is 1350 m 2 ) and temperatures (ONCE 1380-1450 K, protective shield ~ 1000 K) to provide passive cooling ONCE for 20 days. At the same time, the temperature of the concrete walls and the pit floor will not exceed 520 K. In the future (if you do not allow concrete to overheat), you can actively cool the base of the heat storage slab with water through a system of pipelines located inside this slab (see Fig. 1).
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122543/06A RU2175152C2 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Method and device for confinement of nuclear- reactor molten core |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99122543/06A RU2175152C2 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Method and device for confinement of nuclear- reactor molten core |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99122543A RU99122543A (en) | 2001-08-10 |
| RU2175152C2 true RU2175152C2 (en) | 2001-10-20 |
Family
ID=20226256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99122543/06A RU2175152C2 (en) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Method and device for confinement of nuclear- reactor molten core |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2175152C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1305075C (en) * | 2003-08-18 | 2007-03-14 | V·B·哈本斯基 | Apparatus for positioning and cooling lining layer of damaged LWR nuclear reactor |
| RU2606381C1 (en) * | 2016-04-04 | 2017-01-10 | Константин Иванович Головко | Nuclear reactor heavy accident differential localisation system with breaking reactor floor and large surface area trap |
-
1999
- 1999-10-26 RU RU99122543/06A patent/RU2175152C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1305075C (en) * | 2003-08-18 | 2007-03-14 | V·B·哈本斯基 | Apparatus for positioning and cooling lining layer of damaged LWR nuclear reactor |
| RU2606381C1 (en) * | 2016-04-04 | 2017-01-10 | Константин Иванович Головко | Nuclear reactor heavy accident differential localisation system with breaking reactor floor and large surface area trap |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3236473B1 (en) | System for confining and cooling melt from the core of a nuclear reactor | |
| CN107210070B (en) | The cooling and closed system of water cooling, water-moderated reactor reactor core fusant | |
| CN107251152B (en) | The cooling and closed system of nuclear reactor fusant | |
| JP3118489B2 (en) | Reactor with equipment for recovery of core after accidental meltdown of reactor | |
| US5867548A (en) | Device and method for collecting and cooling reactor-meltdown products | |
| RU100327U1 (en) | MELT LOCALIZATION DEVICE | |
| CN105551539A (en) | Reactor melt out-of-core retention system | |
| US4342621A (en) | Molten core catcher and containment heat removal system | |
| JPS5844238B2 (en) | Nuclear energy device with collection vessel for melting core material | |
| RU2175152C2 (en) | Method and device for confinement of nuclear- reactor molten core | |
| SU1118300A3 (en) | Device for catching molten heat-liberating elements of nuclear reactor | |
| JPH02281190A (en) | Safe cooling system of nuclear reactor storage structure | |
| JP2015141197A (en) | Method for recovering molten fuel in nuclear reactor | |
| JPH11503234A (en) | Device for capturing core melt from reactor pressure vessel | |
| RU100326U1 (en) | DEVICE FOR THE WALL OF THE HEAT EXCHANGER HOUSING | |
| RU2543056C2 (en) | Protection method of nuclear reactor against thermal load of molten core, and device for its implementation | |
| RU2163037C1 (en) | Device for catching molten materials from nuclear reactor | |
| RU2187852C1 (en) | Nuclear reactor molten core catcher | |
| RU2743090C2 (en) | Method of cooling and protecting a housing of a nuclear reactor when it is heated in an emergency situation and a device for its implementation | |
| JP2005189043A (en) | Reactor containment vessel | |
| JPS5913987A (en) | Reactor core catcher device and method of fixing it | |
| RU2165107C2 (en) | Protective system of protective shell of water-cooled reactor plant | |
| Kim et al. | A Core Catcher Concept and First Experimental Results |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121027 |