Номер патенту: 10417

Опубліковано: 25.12.1996

Автор: Матічук Віктор Миколайович

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Ловушка активной зоны ядерного реактора, содержащая днище, стены, покрытие днища и систему отвода тепла, оτличающаяся тем, что 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.

2. Ловушка по п.1, отличающаяся тем, что днище и стены выполнены из высокотемпературных полиимидов.

3. Ловушка по п.1,отличающаяся тем, что покрытие днища выполнено из полиакрилнитрила.

4. Ловушка по п.1-3, отличающаяся тем, что днище и стены размещены в специальном корпусе, изготовленном из охлаждаемого воздухом жаропрочного материала.

Текст

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.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Core catcher of reactor

Автори англійською

Matichuk Viktor Mykolaiovych

Назва патенту російською

Ловушка активной зоны реактора

Автори російською

Матичук Виктор Николаевич

МПК / Мітки

МПК: G21C 9/00

Мітки: зони, пастка, реактора, активної

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/2-10417-pastka-aktivno-zoni-reaktora.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пастка активної зони реактора</a>

Подібні патенти