Пастка активної зони реактора

Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к устройствам для улавливания расплавившихся тепловыделяющих элементов и конструкций активной зоны при разрушении реактора. Известно устройство ядерного реактора, содержащего ловушку активной зоны, расположенную под активной зоной, верхний слой ловушки состоит, например, из двуокиси урана или двуокиси тория с высокой точкой плавления, хорошей химической стойкостью и низкой теплопроводностью, а нижний слой из материала, обладающего хорошей теплопроводностью, например из графита и содержит теплообменник, заполненный жидким сплавом родия и калия [1]. Недостатком указанного устройства является использование в верхнем слое ловушки материалов с высокой точкой плавления, необходимых для удержания расплава активной зоны с последующим отводом остаточного тепловыделения через нижний слой ловушки при помощи теплообменников, заполненным жидким сплавом родия и калия. Улавливание расплава активной зоны верхним слоем ловушки имеет большую вероятность образования вторичной критмассы в расплаве. Кроме этого, использование в качестве теплоносителя сплава, содержащего щелочной металл калий, который бурно взаимодействует с водой, выделяя водород и тугоплавкого элемента родия, который способен в результате ядерных реакций образовать радиоактивные изотопы, вызывает значительные технические трудности. Задачей настоящего изобретения является улавливание и локализация расплава активной зоны реактора путем использования пассивных систем в виде устройства днища, стен, покрытия днища из материалов, обладающих способностью карбонизироваться при высоких температурах и имеющих температуру кипения меньшую, чем у расплава активной зоны, отвода избыточного тепла в виде отверстий в стенах для подвода боросодержащей воды и специального защитного корпуса, изготовленного из охлаждаемого воздухом жаропрочного материала, что позволит обеспечить надежную локализацию расплавленной активной зоны при разрушении реактора. Поставленная задача решается тем, что в ловушке активной зоны ядерного реактора, содержащей днище, стены и систему отвода тепла, согласно изобретению днище и стены ловушки выполнены из высокотемпературных полимеров, покрытие днища выполнено из полимерных материалов, обладающих способностью карбонизироваться при высоких температурах и имеющих температуру кипения меньшую, чем у расплава активной зоны, а система отвода тепла выполнена в виде отверстий в стенах для подвода боросодержащей воды, оснащенных легкоплавкими вставками. Кроме того, днище и стены выполнены из высокотемпературных полиимидов, а днище покрыто полиэкрилнитрилом, при этом днище и стены размещены в специальном защитном корпусе, изготовленном из охлаждаемого воздухом жаропрочного материала. Поскольку основная опасность аварии - образование критической массы топлива, полимеры должны существенно уменьшить ее по причине способности к нейтронному поглощению и (при определенном подборе, а возможности его необычайно широки) локализации микромасс топлива путем капсулирования в карбоновые капсулы при пиролизе ряда полимеров. Например, полиакрилнитрил (ПАН) при температуре выше 360°С карбонизируется, а выше 900°С переходит в графит. Капсула из графита способна длительно выдерживать температуры более 2500°С, особенно в отсутствие кислорода. В то же время температура плавления ПАН чуть выше 300°С, что благоприятствуе т механическому формированию капсулы под действием выпавшего топлива. Спектр полимерных материалов и композитов с полимерным связующим, приобретающих при пиролизе структур у с минимальной теплопроводностью и достаточно высокой прочностью, расширяется с каждым годом. Сейчас наиболее известны ароматические полиэфиры, полисульфоноксиды, полисульфиды, сложные полиэфиры, полиимидный пеноматериал и другие высокотемпературные негорючие синтетические материалы на основе полиимидов и полиамидов, либо различного рода композитов из углепластиков, поглощающих нейтронное излучение. Сущность изобретения поясняется при рассмотрении чертежа. В шахте 1 расположены реактор 2, ловушка 3, содержащая днище 7, стены 4 с расположенными по периметру отверстиями 5 для подвода боросодержащей воды, оснащенные легкоплавкими вставками б, специальный защитный корпус 9 для удержания расплава, залитого боросодержащей водой и охлаждающийся потоком воздуха. Днище 7 покрыто слоем 8. В начальный момент попадания расплавленной массы в ловушку, часть избыточной тепловой энергии будет воспринята покрывающим днище ловушки слоем, что позволит в короткий промежуток времени получить расплавленную массу, при этом частично нейтрализовать воздействие радиоактивности и снизить температуру расплавленной массы активной зоны с одновременным снижением вероятности образования вторичной критмассы в расплаве. Для отвода остаточных тепловыделений расплавленной массы, ловушка заливается боросодержащей водой под гидростатическим давлением в результате расплавления легкоплавких вставок б в отверстиях 5. Локализация парогазовой смеси происходит в герметичном объеме, рассчитанном на избыточное давление порядка 0,1-0,3 МПа. Для снижения давления в герметичном объеме используются штатные системы безопасности. В устройстве ловушки используется свойство сплавов поглощать энергию при своем образовании. Способность к образованию сплавов, включающих1 элементы расплавленной массы активной зоны и материалы верхнего слоя ловушки, предопределяется диффузией (растворимостью) их ионов. При улавливании расплавленной массы, покрывающей днище 7 слой 8 будет расплавлен, что будет способствовать растворению ионов расплавленной массы активной зоны в ионах слоя 8. Использование в ловушке для улавливания расплава активной зоны реактора полимерных материалов, способных поглощать нейтроны и имеющих способность локализации микромасс топлива путем капсулирования их в карбоновые капсулы при пиролизе, позволит уменьшить вероятность выхода радиоактивных продуктов за пределы герметичного объема и снизит вероятность образования вторичной критмассы в расплаве активной зоны. Кроме того, применение более дешевых полимерных материалов повышает экономичность ловушки.