Utilizare: în structurile sistemelor de retenție ale reactorului nuclear se topesc pentru a îmbunătăți fiabilitatea structurii prin reducerea conținutului de oxid de fier în topitură de miez. Capcana inventiv instalat pe suporturi sub vasul reactorului și este format ca un recipient cu un cap sferic, care cuprinde un strat izolator termic acoperire de bioxid de zirconiu și un strat exterior din oțel inoxidabil, un strat protector termoizolant este un strat suplimentar în vrac dintr-un amestec de fragmente ceramice la temperaturi înalte poroase și absorbant neutronii de materiale. Stratul suplimentar are suprafața maximă posibilă extern, cum ar fi conice, iar eventuala porozitate maximă și ceramică ca de temperatura ridicata folosind zirconiu. 3 z.p. f-ly, 1 il.
Desene ale brevetului RF 2169953
Invenția se referă la o nucleare modele de centrale și construcțiilor, și anume sistemul de localizare proiectează miezul reactorului nuclear se topesc (denumit în continuare „capcane de topitură“) adaptat pentru a reduce efectele ecologice radio ale unui accident grav. Topitura se formează în timpul unui accident sever cu topirea miezului, însoțit de distrugerea vasului de reactor.
Una dintre cele mai importante sarcini de reducere a gravității consecințelor unui accident sever la un reactor nuclear este menținerea stării de izolare, care este ultima barieră în calea răspândirii produselor de fisiune (AP) în mediul înconjurător.
Pentru a rezolva această problemă, sunt propuse diferite variante ale trapului de topire [1, 2]. Indiferent de design, scopul principal al capcanei este acela de a:
să conțină și să păstreze din propagare întreaga masă a topiturii;
Asigurați reducerea temperaturii și îndepărtarea eficientă a eliberării de energie reziduală a PD;
prevenirea penetrării fundului arborelui reactorului (de regulă, a betonului) și distrugerea structurilor de bază ale containerului din interiorul cocii ermetice.
În acest caz, proiectarea capcanei de topire ar trebui:
să rămână operativ în modul pasiv pe întreaga perioadă de funcționare a instalației reactorului;
utilizați apa disponibilă în instalația reactorului pentru răcirea topiturii;
Pentru a exclude efectele adverse asupra contaminantului atât în timpul funcționării normale a instalației de reactor, cât și în timpul accidentului;
au acces ușor pentru inspecția și întreținerea preventivă;
au costuri moderate de capital pentru construcții.
La selectarea materialelor pentru capcana topiturii și a aranjamentului structural al acestora, este necesar să se țină seama de:
mediu de aer-vapori ca componentă principală a mediului în care este localizată capcana după distrugerea vasului de înaltă presiune;
prezența apei în capcană, indiferent de starea sa inițială;
incertitudinea momentului distrugerii corpului, care poate afecta în mod semnificativ, în primul rând, puterea de eliberare a energiei în topitură;
incertitudinea compoziției componente a topiturii incidente, care poate conține, pe lângă dioxidul de uraniu, Zr, ZrO2. Fe, oxizi ai multor metale, în special Fe, precum și produse de fisiune sub diverse forme, care afectează în diferite moduri materialele de captare;
incertitudinea site-ul primar impact cu jet, în care datorită acțiunii termice a topiturii la topirea materialului capcană și distrugerea materialului mecanice, chimice și poate avea loc pentru a forma o cavitate primară fiind zona de topitură concentrația care poate fi apoi axial și distribuție radială;
formarea unei capcane de amestecuri complexe în timpul interacțiunii materialului topit, care va conduce la formarea de cruste cu densitate scăzută cu conductivitate termică scăzută pe suprafețele exterioare, care împiedică răspândirea topiturii;
apariția unui gradient al temperaturii în volumul de mase interacționate, conducând la redistribuirea radială și axială a surselor de energie PD. Ar trebui să se țină seama de faptul că concentrația PD în zonele cu temperatură scăzută poate fi maximă. În zonele cu temperatură ridicată, adică în zonele de bază minim de interacțiune a topiturii de material, ceea ce ar conduce la egalizarea temperaturilor în volum a interacționat în masă și picătură bruscă suprafață, reducerea fluxului de energie într-o direcție axială în zona de interacțiune a capcana topi-bază și pentru a crește disipare a căldurii de la suprafața exterioară a topiturii ;
Designul capcanei ar trebui să minimizeze posibilitatea unei explozii de aburi și a detonării hidrogenului.
Evident, una dintre principalele funcții ale capcana - asigurarea îndepărtarea eficientă a căldurii din topitură - cel mai ușor realizabilă, cu condiția de distribuție pe o suprafață mare. O astfel de realizare este luată în considerare în proiectul capcanelor dezvoltat de reactorul de apă europeană (EPR) [3], care își propune să distribuie dermei o suprafață de aproximativ 150 m 2 ax reactor este urmat strat plan de dafin se topesc apă în rezervor-groapă [4].
În ciuda unui număr de avantaje, această opțiune are o serie de deficiențe care nu îndeplinesc toate cerințele de mai sus și care limitează posibilitatea utilizării pe scară largă a acesteia, în special:
până la sfârșit, nu sunt studiate procesele de curgere a topiturii și consecințele asociate interacțiunii topiturii cu apa;
este practic imposibil să se utilizeze pentru modernizarea reactoarelor care funcționează deja, camerele hermetice care, de regulă, nu pot găzdui capcanele cu dimensiuni similare.
Sunt propuse variantele capcanelor sub formă de rezervoare din oțel inoxidabil, care sunt amplasate în interiorul arborelui reactorului direct sub carcasa de înaltă presiune [5]. Pentru a evita schimbările structurale ale oțelului și a reduce caracteristicile de rezistență în timpul funcționării capcanei, temperatura acestuia nu trebuie să depășească 700 ° C [6]. Pentru a îndeplini această condiție, acoperirile termoizolante de protecție din grafit sunt utilizate în diferite variante ale capcanelor [5]. materiale compozite pe bază de grafit cu adaos de carburi, silicate sau boruri [7], precum și ceramică la temperatură înaltă [8]; prevede crearea unor schimbătoare de căldură speciale. Măsurile luate reduc fiabilitatea sistemelor.
Fiind cel mai promițător material de bază pentru utilizarea într-o capcană de topire, cu ajutorul căruia condițiile de mai sus pot fi realizate într-un mod optim, zirconia este considerată [9], deoarece chimic este relativ inert, are un punct de topire suficient de ridicat (
3000 K), rezistente la căldură, rezistente la sarcini mecanice, conductivitate termică scăzută etc. Unul dintre principalele dezavantaje ale acestui material este posibilitatea distrugerii sale ca urmare a interacțiunii cu oxizii de fier care vor fi prezenți în topitura coriumului.
Cel mai apropiat de invenție, în conformitate cu soluția tehnică, este proiectarea capcanei [10] sub forma unui rezervor montat pe suporturi speciale în arborele reactorului și care găzduiește parțial carcasa de înaltă presiune.
Fundul sferic al rezervorului, în care va fi plasat topitura, este multistrat: interior și exterior (suport) din oțel inoxidabil. Între ele se află un strat protector sub formă de blocuri bine ambalate, de formă specială, realizate din ceramică pe bază de ZrO2. Etanșarea îmbinărilor dintre blocuri se realizează cu beton din zirconiu.
Îndepărtarea eliberării de energie reziduală în topitură se efectuează prin radiație și prin răcirea suprafeței exterioare a capcanei fie cu aer, fie cu apă, care este furnizată de arborele reactorului dintr-un rezervor special prin forțe gravitaționale. Acest rezervor este amplasat în interiorul unei cochilii închise în afara minei și servește la colectarea apei care apare în rezervă în timpul unui accident.
Dezavantajele acestui design includ abilitatea de a prinde ar trebui să fractureze stratul protector ceramic în contact cu oxizii de fier cuprinzând compoziția topiturii, iar oxidul format prin interacțiunea dintre aerul încălzit cu stratul de izolare din oțel sau de vapori în timpul descompunerii. Studiile au arătat că prezența oxidului de fier în topitură crește semnificativ activitatea sa de coroziune în ceea ce privește ZrO2. În timp ce fierul practic nu interacționează cu el. Așa cum am menționat mai devreme, odată cu evoluția unui accident, conținutul de oxizi de fier în topitură poate fi incert și foarte semnificativ.
Perturbarea stratului ceramic protector poate conduce, la rândul său, la penetrarea de sprijin de fuziune din oțel de perete și pătrunderea topiturii pe fundația de beton a cavității reactorului, și în prezența apei în ea și la o explozie de abur. Mai mult, în această structură, capcana nu oferă măsura sa de protecție mecanică, în cazul unui accident, la presiune ridicată în vasul reactorului.
Rezultatul tehnic la care invenția este de a reține topitură în cavitatea reactorului prin reducerea conținutului de oxid de fier în topitură a miezului reactorului în contact cu un strat de protecție ceramic zirconiu și ax reactor de proiectare fiabilitate, a cărui suprafață sunt protejate de un strat de izolație termică la temperatură ridicată din zirconiu, cu condiția ca cerințele pentru construcția și materialele capcanei de topire să fie îndeplinite în practică.
Rezultatul obținut prin miezul topit prins în capcană unui reactor nuclear instalat pe suporturile sub vasul reactorului și conceput ca o structură care cuprinde un strat izolator termic acoperire de bioxid de zirconiu și un strat exterior din oțel inoxidabil pe stratul protector este un strat dintr-un amestec de fragmente de densitate joasă temperatură înaltă din ceramică și materiale absorbante de neutroni.
În plus, în capcana un strat suplimentar poate fi:
au o formă arbitrară, în special conică;
pentru a avea cea mai mare porozitate posibilă;
ca ceramică de înaltă temperatură utilizate în stratul suplimentar de dioxid de zirconiu (eventual folosind și ThO2. CeO2. MgO, UO2 epuizate. și alte materiale la temperaturi ridicate).
2. Asigurați condiții pentru prevenirea formării de cavități care localizează topitura și inițiază distrugerea locală a stratului protector din ZrO2.
3. Asigurarea condițiilor care exclud contactul direct al topiturii cu apă, se toarnă din primul circuit la ieșirea topiturii și se concentrează în straturile inferioare de umplere și pentru a reduce astfel permițând explozia aburului.
4. Amortizarea impactului mecanic al jetului de topire și a fragmentelor solide emise ale structurilor miezului și ale vasului de reacție.
5. Creșteți capacitatea de căldură a capcanei pentru a reduce temperatura și a slăbi procesul de descompunere a fragmentelor de ceramică la temperatură înaltă; măriți timpul până la punerea în funcțiune a mijloacelor de răcire a topiturii.
6. Stratificarea topiturii: componentele relativ ușoare și mai puțin vâscoase penetrează adâncimea mai mare atât a stratului protector, cât și a fragmentelor ceramice, capturând o parte din energia PD; oxizii impregnează fragmente poroase din ceramică, fierul curge până la fundul capcanelor, dioxidul de uraniu rămâne în partea superioară unde este mai ușor să se îndepărteze prin căldură.
7. Datorită topiturii ajustării fragmentării jet stratului intermediar pentru a mări suprafața de transfer de căldură și, prin urmare, intensificarea procesului de răcire (dezvolta îndepărtarea căldurii de suprafață, atât pe orizontală cât și pe verticală).
8. Din cauza reacțiilor chimice, modificați atmosfera în rezervor, reducând cantitatea de oxigen din acesta pentru a reduce probabilitatea de detonare a hidrogenului în mediul de vapori și aer.
9. realoce PDP, astfel încât eliberarea de energie din cauza dezintegrarea lor a avut loc în cea mai mare parte din volumul stratului intermediar, astfel încât teplosbros miez definite ca radiație și vapori curge datorită volumului circulant al topiturii neumplut al stratului intermediar.
10. Preveniți posibilitatea producerii unei reacții spontane de fisiune a combustibilului în acest strat cu ajutorul materialelor absorbante de neutroni.
Figura prezintă o diagramă schematică a capcanei de topire, unde:
1 - izolare;
2 - vasul reactorului;
3 - zonă activă;
4 - carieră;
5 - strat termoizolant (cărămizi de ZrO2);
6 - ecranul de ghidare (oțel);
7 - prize fuzibile (sau controlate);
8 - strat intermediar intermediar (fragmente din ceramica poroasa ZrO2 + B4 C);
9 - stratul protector al corpului capcanei (cărămizi dense sau un strat de ZrO2);
10 - corpul de prindere (oțel);
11 - suporturile capcanei;
12 - fundul arborelui reactorului (beton).
capcană topi miez situat în puțul reactorului din zona de reținere a reactorului 1. Între mantaua 2 și capcana instalat ecran din oțel de ghidare 6, proiectat pentru a amortiza acțiunea mecanică a jetului de material topit la miezul reactorului 3 și coca fragmentele 2 și structurile internals prin elemente capcană. Intermediarul 8 și stratul protector 9 capcană are în interiorul ei înveliș de oțel 10 montat pe rulmenți 11 pe o bază de beton 12 al arborelui reactorului. Pentru a asigura îndepărtarea căldurii mai eficientă din topitură în interiorul arborelui reactorului este alimentat cu apă din rezervor-puțul 4 prin conducte care, în timpul funcționării normale a reactorului izolat din arborele cu ajutorul dopurilor fuzibil (sau controlate) 7, care, în caz de urgență vor fi distruse condiții (sau deschise de către operator ) la atingerea temperaturilor predeterminate. Suprafața interioară a arborelui reactorului și suprafața exterioară a ecranului de ghidare au strat izolator de căldură 5 din cărămidă ZrO2 pentru a asigura integritatea structurală a arborelui reactorului atunci când este supus fluxului de căldură din topitură
Proiectul de capcană propus este, în esență, o capcană tip "uscat", deoarece în momentul contactului inițial al topiturii cu stratul intermediar al capcanei 8, apa va fi absentă în partea superioară a topiturii și astfel sunt excluse condițiile de producere a exploziei de abur.
La etapa inițială de retenție a topiturii prins răcirea acestuia este realizată în principal prin materialul captează căldura, tranzițiile și reacțiile chimice, radiația de la suprafața exterioară și disipare a căldurii datorită mediu de abur cu aer convecție naturală în porii stratului intermediar. Pe măsură ce temperatura crește în reactor arborelui pentru intensificarea îndepărtării căldurii din capcana puteți utiliza apa din rezervor-puțul 4 izolare 1 și în alte tancuri amplasate în interiorul anvelopei.
Steam generată de contactul apei cu suprafața exterioară a capcanei, și care trece prin porii stratului intermediar 8 va ieși din mină în spațiul de izolare superior 1, în cazul în care pe suprafețele reci ale condensarea va avea loc. Condensul, la rândul său, se va scurge și se va acumula în groapa 4. Prin urmare, se va stabili regimul de circulație naturală a agentului de răcire în recipientul 1.
În scopul protejării structurilor metalice și pereți din beton în partea superioară a arborelui reactorului poate fi necesar să se utilizeze un strat suplimentar de izolație termică 5 făcută, de exemplu, folosind cărămizi de zirconiu dense sau alt material la temperatură ridicată.
Astfel, designul propus al capcanelor, în funcție de caracteristicile sale de bază, satisface practic toate cerințele de bază expuse mai sus. Acesta se distinge prin simplitate, nici un control activ, care necesită o monitorizare continuă și întreținere în timpul funcționării, și o fiabilitate mai mare a stratului de izolație protector de zirconiu prin reducerea conținutului de oxid de fier în topitură.
5. Brevet 2653258 / C, Germania, 1985.
7. Brevetul 2363845 / C / Germania, 1982.
FORMULARUL INVENȚIEI
1. Capcana miezului topit al unui reactor nuclear instalat pe suporturile sub carena reactorului nuclear, să îndeplinească următoarele într-un recipient cu un cap sferic, incluzând un strat de protecție izolator termic realizat din dioxid de zirconiu și un strat exterior din oțel inoxidabil, caracterizat prin aceea că un strat de protecție izolator termic este un bloc suplimentar un strat dintr-un amestec de fragmente ceramice poroase și materiale de înaltă absorbție de neutroni.
2. O capcană conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că stratul suplimentar are cea mai mare suprafață exterioară posibilă, de exemplu, una conică.
3. Capcană conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că stratul suplimentar are cea mai mare porozitate posibilă.
4. Capcană conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că zirconia este utilizată ca ceramică poroasă la temperatură înaltă.
Trimiteți-le prietenilor: