Система теплового захисту бетону шахти реактора

1 Система теплового захисту бетону шахти реактора, що містить корпус реактора, шахту реактора з бетону, пасивні елементи, яка відрізняється тим, що пасивні елементи виконано у вигляді металевого екрана, що відокремлює дно і стіни шахти реактора від корпуса реактора і пакета теплових труб, випаровувальні ділянки яких прикріплено до екрана зі сторони дна і стін шахти, а конденсаційні ділянки виведено крізь бетон шахти в грунт на рівні, вище розрахункового рівня розплаву 2 Система теплового захисту бетону шахти реактора по п 1 , яка відрізняється тим, що конденсаційні ділянки пакета теплових труб оснащено ребрами Винахід відноситься до галузі атомної енергетики і може бути використаний при розробці системи теплового захисту бетону шахти реактора для запобігання руйнування третього бар'єру безпеки - захисної оболонки при аваріях з розплавленням активної зони Відома захисна оболонка, що являє собою третій бар'єр безпеки (див статтю Хеннис Г, Хоземанн Й , Мейнджер Ф Развитие и последствия аварии с расплавлением активной зоны реактора PWR - Атомная техника за рубежом, 1982, №9, с 28 - 34) має у своему складі шахту з бетону для розміщення у ній реактора Бетон шахти виконує роль біологічного захисту, а об'єм шахти використовується для збирання теплоносія першого контуру при аваріях з втратою його герметичності та для запобігання руйнування третього останнього бар'єру безпеки при аваріях з розплавленням активної зони Недоліком захисної оболонки є невеликий час (близько 3 годин) утримання розплаву в шахті, після чого відбувається розгерметизація захисної оболонки і вихід радіоактивності в довкілля В той же час бажано зберегти герметичність захисної оболонки на протязі перших 1 0 - 2 0 годин від початку накопичення розплаву в шахті, коли концентрація радіоактивних часток найбільша А М Бахметьев Безопасность ядерных энергетических установок - М Энергоатомиздат, 1989, с 86, рис 5 19) В якості пасивних елементів використовуються гідроакумулятори спринклерної системи, а також система природної конвекції повітря навколо захисної оболонки з кінцевим викидом пароповітряної суміші в довкілля Хоча дана система і споряджена пасивними елементами охолодження, але вони практично не впливають на СТІЙКІСТЬ бетону шахти реактора при виході розплаву із корпуса реактора При аварії з розплавленням активної зони дана система не може забезпечити тривалого підтримання ЦІЛІСНОСТІ третього бар'єру В якості найбільш близької по технічній суті вибрана система теплового захисту, що містить корпус реактора, шахту реактора з бетону і пасивні елементи (див книгу О Б Самойлов, Г Б Усынин, безпеки та ВІДПОВІДНО ІЗОЛЯЦІЮ навколишнього середовища від викидів з пошкодженого реактора В основу винаходу поставлено задачу створення системи теплового захисту бетону шахти реактора, в якій нова будова шахти реактора дозволила б забезпечити ефективність та тривале підтримання ЦІЛІСНОСТІ третього бар'єру безпеки при забезпеченні ізоляції навколишнього середовища від викидів з пошкодженого реактора в умовах аварії з розплавленням активної зони Поставлена задача вирішується тим, що в системі теплового захисту, що містить корпус реактора, шахту реактора з бетону, пасивні елементи, згідно з винаходом, пасивні елементи виконано у вигляді металевого екрана, що відокремлює дно і стіни шахти реактора від корпуса реактора, і пакета теплових труб, випаровувальні ділянки яких прикріплено до екрану зі сторони дна і стін шахти, ю о ю 50519 а конденсаційні ділянки виведено крізь бетон шахти в грунт на рівні, вище розрахункового рівня розплаву Крім того, конденсаційні ділянки теплових труб можуть бути споряджені ребрами Виконання пасивних елементів у вигляді металевого екрана, що відокремлює дно і стіни шахти реактора з бетону від корпуса реактора, і пакета теплових труб, випаровувальні ділянки яких прикріплено до екрану зі сторони дна і стін шахти, а конденсаційні ділянки виведено крізь бетон шахти в грунт на рівні, вище розрахункового рівня розплаву, причому конденсаційні ділянки теплових труб можуть бути споряджені ребрами, дозволяє забезпечити ефективність та тривалий режим роботи системи теплового захисту бетону шахти реактора за рахунок ефективного збирання теплоти з поверхні металевого екрану, з іншої сторони якого знаходиться розплав та виведення цієї теплоти за межі шахти реактора і скидання її в навколишній грунт Герметичність третього бар'єру безпекизахисної оболонки, до складу якої входить шахта реактора з бетону, не порушується на протязі тривалого часу Система теплого захисту реактора є повністю пасивною і починає працювати, як тільки перші порції розплав з корпусу реактора потраплять на металевий екран При цьому в роботу включаються частини випаровувальних ділянок, що знаходяться на дні металевого екрана, а далі по мірі надходження нових порцій розплаву в роботу вступають все нові групи випаровувальних ділянок теплових труб, аж до верхньої ВІДМІТКИ, яку може займати розплав Технічна суть та принцип дії запропонованої системи теплового захисту шахти реактора пояснюється кресленням (Фіг) На кресленні зображена система теплового захисту бетону шахти реактора у розрізі Система теплового захисту бетону шахти реактора включає в себе корпус реактора 1, бетон шахти реактора 2, металевий екран 3, пакет теплових труб 4, грунт 5 На конденсаційних ділянках пакета теплових труб 4 розміщені ребра 6 Система теплового захисту бетону шахти реактора працює слідуючим чином У випадку аварійної втрати теплоносія активна зона швидко розігрівається і починають плавитися тепловиділяючі збірки Потім руйнуються несучі конструкції активної зони, а розплавлені матеріали збираються в нижній частині корпуса реактора 1 з утворенням лінзи розплаву Відбувається вихід уламків ділен ня всередині корпусу Корпус реактора 1 розігрівається і в результаті взаємодії з розплавом в нижній його частині утворюється отвір, через який розплав починає виливатися в шахту реактора, де збирається в нижній частині металевого екрана З В результаті розігрівання екрана 3 випаровувальні ділянки теплових труб 4 нагріваються Теплоносій в них випаровується або кипить і у вигляді пари перемішується крізь бетон шахти реактора 2 на конденсаційні ділянки теплових труб 4, переносячи до них теплоту, що виділяє розплав, у вигляді прихованої теплоти пароутворення Тут теплоносій теплових труб 4 конденсується, віддаючи принесену теплоту через ребра 6 в навколишній грунт 5 Сконденсований теплоносій у вигляді рідини повертається під дією сили гравітації до випаровувальних ділянок теплових труб 4, де цикл повторюється Виготовлена та випробувана теплова модель кінцевого фрагмента системи теплового захисту бетону шахти реактора, що мала у своєму складі макет металевого екрана з нагрівачем у внутрішній його частині, до зовнішньої поверхні якого були прикріплені випаровувальні ділянки трьох теплових труб, конденсаційні ділянки яких були введені в імітатор ґрунту В результаті проведених випробувань було з'ясовано - температура теплових труб, що вимірювалась термопарами, починала підвищуватися після вмикання нагрівача металевого екрана, - температура імітатора ґрунту починала підвищуватися після початку роботи теплових труб, - кожен рівень потужності нагрівача металевого екрана супроводжувався встановленням стаціонарного теплового режиму по ланцюгу тепловідведення, коли температура теплових труб та імітатора ґрунту в контрольованій точці майже не змінювались в часі, - застосування в якості пасивних елементів теплових труб дозволяє забезпечити високу ефективність роботи системи теплового захисту шахти реактора за рахунок високоефективної роботи теплових труб, що при мінімальних перепадах температури сприймають, передають та скидають великі теплові потоки, причому час роботи їх при відпрацьованій технології виготовлення складає десятки років і є одного порядку із строком служби атомної станції 50519 Фіг. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71