核反应堆堆芯熔化物冷却和定域系统

技术领域

本发明属于核动力领域，其中属于确保原子能发电站（核电站）安全的机器，能在发生导致堆芯熔化、反应堆容器及站密封安全壳的破坏时所使用。

组成最大辐射性危险的是的是伴随堆芯物料熔化的事故，是在核反应堆de堆芯熔化物冷却和定域系统的多重故障的情况下会发生的。

在这种事故的情况下，堆芯中融化的物料——堆芯熔化物，通过熔化堆内结构，流出到外边，并且由于其中剩余的发热量，会破损最后一个不让辐射性产物释放到外部环境的障碍——核电站的密封安全壳的完整性。

为避免此类现象，必须定域由反应堆壳体流出来的堆芯熔化物，直到堆芯熔化物结晶为止确保其连续冷却。该功能由核反应堆堆芯熔化物冷却和定域系统执行，这一系统预防核电站的密闭安全壳收到破损，从而在核反应堆严重事故的情况下防护人口和环境免受辐射作用。

在发生严重事故时确保可靠地冷却和定位核反应堆堆芯熔体的最重要因素之一是在多层容器内及时、有保证地供应水以冷却熔体，这是通过安装在容器的上部设计有接收和熔化分配、供水阀。在这种情况下的关键方面是必须在达到某些（特定）条件时的某个时间点通过安装的阀门进行供水，即：过早供水会导致蒸汽爆炸，无法供水会导致容器内设备在熔体表面一侧的辐射热流作用下过热，最终导致坍塌容器内的设备，水从反应堆轴进入熔体，水与熔体混合，导致蒸汽爆炸破坏熔体的定位和冷却系统以及安全壳区域，放射性物质释放到环境中.

在技术领域以前的设备

一种用于核反应堆堆芯熔体定位和冷却的已知系统 [1, 2, 3]，包含安装在核反应堆容器下方并基于悬臂桁架的导入板，安装在预埋件上混凝土矿井的底座的多层外壳，其法兰提供热保护，填料由一组安装在彼此顶部的盒组成，服务平台安装在填料和导板之间的主体内部.

由于以下缺点，该系统可靠性低：

- 当反应堆容器被核心熔体熔化（破坏）时，过热的熔体开始流入在反应堆容器中存在的残余压力的影响下形成的孔中，该孔在多层容器的体积内非轴对称地传播并对外围结构产生动态影响：多层体与悬臂桁架的密封连接区域，多层体法兰的热保护，位于多层体中的供水阀，导致它们的破坏，以及多层体法兰的破坏主体和悬臂桁架的内表面被芯熔体冲洗，结果由于其元件的破坏导致熔体定位和冷却系统中断；

- 大量（例如 10 至 15 立方米）的过热熔体射流进入多层体并到达填料上，由于填料的反射作用，部分熔体在多层体中移动朝向外围结构的相反方向-朝向多层外壳与桁架控制台的密封连接，朝向多层外壳的法兰的热保护和朝向多层外壳，即朝向供水的安装区域阀门，这会导致它们的损坏和破坏（酿造），并因此破坏多层体内用于冷却熔体的供水过程，结果可能会破坏熔体的定位和冷却系统放射性物质会释放到环境中；

-当熔体在多层容器内流入填料时，熔体的体积由于填料的熔化而增加，并且其在多层容器内的水平面上升，而核心碎片和反应器底部的下降容器导致熔体飞溅（波浪）的形成，动态影响安装在多层外壳中的外围设备和供水阀，导致它们的破坏（酿造），并因此中断供水过程在用于冷却熔体的多层外壳内，因此可以破坏熔体定位和冷却系统，并且可以将放射性物质释放到外部环境中；

- 在熔体从核反应堆容器中排出的过程中，以及在熔体与填料相互作用的过程中，形成气溶胶，从热区向上移动并沉降在外围设备和供水阀上的冷区，这导致它们被屏蔽，随后阻止操作暴露于来自熔体镜侧面的热辐射，并且因此导致将水供应到多层外壳中以冷却熔体的过程中断，这是由于它可以破核反应堆堆芯熔化物冷却和定域系统，放射性物质可以释放到外部环境中。

发明公开

所申请发明的技术结果处于核反应堆堆芯熔化物定域装置可靠性的提高。

本发明所要解决的任务是防止外壳法兰上安装的外围结构、设备的损坏，以及在安装在外壳上的供水阀发生故障时，保证向熔体提供冷却水。.

由于用于定位和冷却核反应堆堆芯熔体的系统位于外壳中，该系统包含导轨装置、一个悬臂桁架、用于接收和分配熔体的填料，因此任务得以解决，根据本发明，沿其周边安装供水阀并在法兰上安装热保护器，另外包括安装在壳体法兰上的鼓，其制成壳的形式，其内侧安装有加强筋沿其周边，搁置在盖子和底部上，具有通过与外壳法兰焊接到其上的支撑法兰连接滚筒的张力元件，在滚筒和外壳法兰之间提供调节间隙的垫片，在滚筒中有支管，配以热反射器和散热片，支管内装有供水阀。。

要求保护的发明的一个基本特征是在定位和冷却核反应堆堆芯熔体的系统中存在安装在外壳法兰上的鼓，以壳的形式制成，内部安装有加强肋沿其周边，搁置在盖子和底部上，具有通过与外壳法兰焊接到其上的支撑法兰连接滚筒的张力元件，在滚筒和外壳法兰之间提供调节间隙的垫片，配备有热反射器和肋的支管，供水阀位于其中。滚筒内安装有供水阀，当沿边安装的供水阀发生故障时，可确保汽气混合物、汽水混合物或水在壳体内外空间的再循环由于冷却介质在反应器之间的再循环，外壳的周边因此提供熔体镜和位于熔体镜上方的设备（悬臂桁架和导轨装置）的蒸汽-气体、蒸汽-水或水冷却位于容器内部和熔化镜上方的轴和内部容积。

滚筒外壳内侧安装的加强筋保护滚筒供水阀免受飞来物的冲击和冲击波因冲击波的破碎和反射而方位传播，减弱其对壳体供水阀的影响。

热反射器和冷却肋片反过来保护汽包供水阀免受熔体表面热辐射的非设计影响，以及可能扰乱这些供水阀运行的飞行物体的影响。

附图简述

在第1号图形所示的是，核反应堆堆芯熔化物定域装置，按照所申请的发明设计。

在第2号图形所示的是，安装在外壳法兰上的滚筒。

在第3号图形所示的是，安装在外壳法兰上的滚筒的一部分。

在第4号图形所示的是，安装在滚筒中的供水阀。

装置的组装(作为一个选项)

在第1-4号图形所示的是，一种核反应堆堆芯熔化物冷却和定域系统，包括安装在核反应堆本体(2)下方、基于悬臂桁架(3)的导轨装置(1)。在悬臂桁架 (3) 下方有一个本体 (4)，它安装在反应堆轴底部的预埋件上。带有填料 (7) 的主体 (4) 设计用于接收和分配熔体。在主体（4）的上部有一个带有热保护（6）的法兰（5）。填料 (7) 放置在主体 (4)内。在填料 (7) 和法兰 (5) 之间沿主体 (4) 周边的区域中有供水阀 (8)。滚筒(12)安装在外壳(4)的法兰(5)上。

在第2-4号图形所示的是，在转鼓（12）内装有带有热反射器（11）和散热片（21）的支管（10），在支管（10）内装有供水阀（9），保证了水的再循环。蒸气-气体混合物，壳体(4)内外空间之间的蒸气-水混合物或水。

要求保护的用于核反应堆堆芯熔化物冷却和定域系统运行如下。

在核反应堆主体（2）被破坏的瞬间，堆芯熔体在静水压力和残余压力的作用下开始流到由悬臂桁架（3）支撑的导轨装置（1）的表面上熔体沿导向装置 (1) 流下，进入外壳(4) 并与填料 (7) 接触。随着熔体的扇形非轴对称流动，桁架控制台 (3) 的热保护、主体(4) 的法兰 (5) 的热保护 (6) 发生部分熔化。当被破坏时，这些热保护一方面降低堆芯熔体对受保护设备的热效应，另一方面降低熔体本身的温度和化学活性。

外壳 (4) 的法兰 (5) 的热保护 (6) 从熔体进入填料 (7) 的那一刻直到结束，保护其上部厚壁内部免受芯熔体镜的热影响熔体与填料 (7) 的相互作用，然后位于芯熔体表面的外壳开始水冷。外壳 (4) 的法兰 (5) 的热保护装置 (6) 的安装方式允许保护外壳 (4) 的内表面高于外壳 (4) 中形成的芯熔体的水平) 在与填料 (7) 相互作用的过程中，即主体 (4) 的上部，与主体 (4) 的圆柱形部分相比具有更大的厚度，这确保正常（无热传递大体积沸腾模式中的危机）从核心熔体到位于主体外侧的水的热传递（4）。

在核心熔体与填料（7）相互作用的过程中，主体（4）的法兰（5）的热保护（6）被加热并部分被破坏，屏蔽来自熔体镜面的热辐射.外壳 (4) 的法兰 (5) 的热保护 (6) 的几何和热物理特性的选择方式是，在任何条件下，它们都为主体 (4) 的法兰 (5) 提供屏蔽从熔体表面一侧，这反过来确保了从芯熔体与填料 (7) 的物理和化学相互作用过程完成时起的独立保护功能。外壳(4)的凸缘(5)的热保护(6)的存在使得可以在开始向位于芯熔体表面上的外壳供水之前确保保护功能的执行。

阀体 (4) 供水阀 (8) 的保护以被动方式进行：外壳 (4) 的法兰 (5) 的热保护(6) 在事件中提供防止飞行物体的保护反应器容器(2)底部的破坏提供了防止被流动的熔体破坏和防止位于熔体镜上方的热保护器的掉落碎片的保护。

熔体的金属和氧化物成分流入位于主体 (4) 中的填料 (7) 中，导致填料 (7)逐渐熔化，并在外壳内部形成自由熔体表面 - 熔体镜(4). 当熔体的金属和氧化物组分与填料 (7) 之间的物理和化学反应完成时，由于物理和化学反应之间熔体中剩余能量释放的重新分配，熔体镜的温度开始升高，传热通过外壳（4），热辐射到设备和来自熔镜侧面的对流加热气体混合物。

从熔体镜侧面对主体 (4) 供水阀 (8) 和滚筒 (12) 供水阀 (9) 的热辐射作用不均匀：在阀 (8) 上) 在外壳 (4) 的供水系统中，这种辐射比在滚筒 (12) 的供水阀(9) 上的作用强得多，这是由于这些阀 (8) 和 (9) 在相对于熔体表面位置的高度。因此外壳（4）的供水阀（8）比滚筒（12）的供水阀（9）加热得更快，并且更早地被触发打开。

如果外壳 (4) 的供水阀 (8) 未打开，例如，当反应器容器 (2) 底部的一个或多个碎片随着波浪的形成落入熔池中时(飞溅)的熔体，焊接所述阀门(8)供水，然后熔体镜侧面的热辐射继续加热滚筒(12)的供水阀门(9)，直到第一个或两个阀启动。

在第1-4号图形所示的是，筒体（4）的法兰（5）上安装有滚筒（12）。在结构上，滚筒(12) 制成外壳 (13) 的形式，在其内侧沿其周边安装有加强筋 (14)，靠在盖子 (15) 和底部 (16) 上。滚筒 (12) 具有通过与主体 (4) 的法兰 (5) 焊接在一起的支撑法兰(18) 连接滚筒 (12) 的张紧元件 (17)。间隔元件(20)安装在滚筒(12)中，在滚筒(12)和外壳(4)的凸缘(5)之间提供调节间隙(19)。支管（10）安装在转鼓（12）内，每个支管（10）上装有热反射器（11）和散热片（21）。供水阀(9)设置在滚筒(12)的管道(10)中，以保证汽气混合物、汽水混合物或水在壳体(4)内外空间之间的再循环。

滚筒(12)的加强筋(14)安装在其外壳(13)的内侧，为供水阀(9)提供保护，使其免受飞行物的冲击和冲击波因挤压和反射而方位传播的冲击波。

热反射器 (11) 和冷却肋片 (21) 保护滚筒 (12) 的供水阀 (9) 免受熔体表面热辐射的非设计影响，以及可能破坏的飞行物体的影响这些供水阀 (9) 的操作。

调节间隙 (19) 允许将滚筒 (12) 精确安装在外壳 (4) 的法兰 (5) 上。

在填料（7）中堆芯熔体定位的过程中，用于核反应堆堆芯熔化物冷却和定域系统设备的一些元件的完整性是可能的：

- 由于熔体的非轴对称流入，悬臂桁架 (3) 的热保护可能会受到扇形损坏（毁坏或熔化）；

-外壳（4）的法兰（5）的热保护（6）在下部可能被熔体飞溅局部破坏，而在上部，它可能由于非轴对称熔体流入而被扇形破坏。

这些破坏在核心熔体局部化的初始阶段和长期局部化阶段都是可能的。随着这种破坏，来自熔化镜一侧的辐射和对流热通量开始对位于外壳 (4) 上方的设备产生重大影响：在导轨装置 (1) 上，在悬臂桁架 (3) 上，在滚筒 (12) 上。在这些条件下，位于悬臂桁架(3) 和外壳 (4) 之间的滚筒 (12) 的加热强度将显着取决于熔镜侧面的热辐射强度和水的状况外壳 (4) 的供应阀 (8)：如果，当核反应堆主体 (2) 的底部碎片落入位于主体(4) 中的熔体中时，液体熔体喷射（飞溅）或其波浪状上升发生，则有可能用液态熔体焊接阀体（4）的供水阀（8），并完全封闭其流通区域。在这些条件下，外壳 (4) 的供水阀 (8) 无法向熔化镜供应冷却水是可能的。外壳 (4) 的法兰 (5) 的热保护 (6)、悬臂桁架 (3) 和滚筒 (12) 中的热保护将继续加热。

滚筒 (12) 的加热伴随着供水阀 (9) 的加热，供水阀在达到设定温度时被触发打开。打开滚筒 (12) 供水阀 (9) 的启动伴随着空气压力的释放，然后冷却水才从外部来源流入滚筒内部空间外壳(4)在熔镜位置上方，即在填料(7)位置上方。当滚筒（12）的供水阀（9）打开时，位于外壳 （4）的蒸汽-水混合物开始靠重力流入外壳 (4) 的内部从上方到渣帽，由溶解的填料元素 (7) 形成。熔体表面的蒸汽-水冷却过程开始。

为了使滚筒 (12) 的供水阀 (9) 不会因喷嘴 (10) 的热变形而发生明显的形状变化，这受到熔体表面热辐射的影响，有必要限制辐射热通量的直接影响。为此，滚筒（12）内的喷嘴（10）被辐射热流的热反射器（11）封闭。在转鼓(12)的外侧，散热片(21)焊接到支管(10)上，以确保强化从支管(10)排出的热量。

在壳体（4）外表面一侧的冷却水水位略低于壳体（4）供水阀（8）安装标记的情况下，不可能当触发打开供水阀 (8) 时，冷却水静液压流入外壳 (4)。考虑到在“大容量沸腾”模式下，随着本体（4）的大量排热，由于汽化会在本体（4）的外壁形成一个“汽水隆起”，高度为 0.5 至 1.5 m 的尺寸，必须确保该蒸汽-水混合物进入主体 (4) 以冷却熔化镜。但是，在没有静水回水的情况下，由于指定外壳（4）内外压差很小，汽水混合物不会流过打开的外壳（4）供水阀门（8） . 这种小的压力差是由于外壳 (4) 内部的温度高于外壳 (4)外表面的饱和蒸汽压力。为了平衡这些压力，必须确保外壳 (4) 内外的蒸气-气体介质的再循环。为此，供水阀 (9) 安装在滚筒 (12) 中，位于外壳 (4) 的供水阀 (8) 上方，当水在滚筒上沸腾时形成“蒸汽隆起”外壳 (4) 的外表面不会锁定滚筒 (12) 的供水阀 (9)的流通面积，并且不会干扰位于外部和内部的蒸汽-气体介质之间的压力平衡外壳（4）。

在外壳 (4) 的供水阀 (8) 启动后，熔化镜不会冷却，因为水位略低于指示的供水阀 (8) 的位置。位于熔化镜上方的设备的辐射热通量进一步加热，包括滚筒（12）的供水阀（9）。达到响应温度后，滚筒 (12) 的供水阀 (9) 打开，确保外壳 (4) 内外压力均衡。产生垂直蒸汽-气体气流，确保蒸汽-气体混合物沿以下路径循环：蒸汽-水混合物通过外壳(4) 内的供水阀 (8) 进入熔体镜上方的空间，在那里它强烈蒸发，并向上冲，部分通过打开的供水阀 (9) 排出转鼓(12)进入外壳(4)外表面周围的空间-进入其上方的空间，位于转鼓(12)的外壳(13)外表面周围，然后进入密封外壳，和部分通过桁架控制台 (3) 并进入导向装置 (1)，根据反应器容器 (2) 底部和导向装置 (1) 的情况，它最终也可能通过导向装置进入密封外壳。因此，主体（4）的供水阀（8）和滚筒（12）的供水阀（9）的连续操作确保了冷却核反应堆设备的蒸气-气体混合物的再循环位于熔体镜上方的核心熔体定位和冷却系统，最终可以确保在过度设计设备故障的情况下熔体镜的稳定长期首先是蒸汽-气体冷却，然后是蒸汽（蒸汽-液滴）冷却.

因此，使用带有安装在装有热反射器和冷却翅片的喷嘴中的供水阀的鼓作为用于定位和冷却核反应堆堆芯熔体的系统的一部分使得可以通过将供水阀放置在不同水平并确保熔体镜的冷却反应器竖井中的冷却水水平不足。

信息来源：

1.俄罗斯联邦专利№ 2576517、国际专利分类G21C 9/016，优先权日期为2014年12月16日；

2.俄罗斯联邦专利№2576516、国际专利分类G21C 9/016，优先权日期为2014年12月16日；

2.俄罗斯联邦专利№2575878、国际专利分类G21C 9/016，优先权日期为2014年12月16日。