Пасивний вертикальний вузол заглушування для запобігання витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об’єму при тяжкій аварії на атомних станціях

Реферат: Пасивний вертикальний вузол заглушування для запобігання витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об'єму при тяжкій аварії на атомній станції складається з вертикальної циліндричної труби (1), що зафіксована на стальній плиті (2). Навколо труби (1) розмішено обсадну трубу (3), вмонтовану до бетонної конструкції (4.b). У нижній частині труби (1) розмішено монолітний біозахисний циліндр, що складається з двох напівциліндричних сегментів (5.1) та (5.2). Між вказаними сегментами (5.1, 5.2) проходить центральний отвір/канал (6), через який проходить кабель/трос (8). Простір між обсадною трубою (3) та вертикальною трубою (1) заповнено бетоном (9). Над біозахисним циліндром з двох сегментів (5.1, 5.2) встановлено заглушку з двома сегментами (7.1, 7.2), що щільно стягнені між собою скобами (12.1, 12.2), при цьому канал (6) також проходить між сегментами (7.1, 7.2). У сегментах (7.1, 7.2) є пустоти, що утворюють відповідні порожнини (10.1) та (10.2). При цьому нижній нахил вказаних сегментів (7.1) та (7.2) підпирає сферу-заглушку (11), що бічною поверхнею зафіксована кабелем/тросом. (8). UA 107626 C2 (12) UA 107626 C2 UA 107626 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до пасивного вертикального вузла заглушування, що застосовується в атомній енергетиці. З рівня техніки відомий пасивний вертикальний вузол заглушування, що зменшує шкідливу дію гамма-випромінювання в обслуговуваних приміщеннях під шахтою реактора. Цей вузол складається з вертикальної циліндричної центральної труби, встановленої на сталеву плиту, при цьому навколо труби виконана обсадна труба, вмонтована у бетонну конструкцію. У нижній частині труби встановлений монолітний біозахисний циліндр, який має два сегменти з текстоліту або тефлону. Між цими двома сегментами знаходиться центральний отвір/канал, через який проходить пересувний кабель/трос. Недоліком відомого пасивного вертикального вузла заглушування є ненадійність його застосування як перешкоди для витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об'єму в разі виникнення тяжкої аварії на ядерному реакторі атомної станції. Задачею запропонованого винаходу є створення пасивних вертикального вузла заглушування, що на 100 % запобігає витоку розплаву по механізму раннього байпасу за межі гермозони/герметичного об'єму при тяжкій аварії на ядерному реакторі атомної станції. Ця задача вирішується таким шляхом. Пасивний вертикальний вузол заглушування для запобігання витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об'єму при тяжкій аварії на атомній станції складається з вертикальної циліндричної труби, яку зафіксовано на стальній плиті. Навколо цієї труби виконана обсадна труба, вмонтована у бетонну конструкцію. У нижній частині труби розміщено монолітний біозахисний циліндр, що складається з двох напівциліндричних сегментів. Між двома сегментами знаходиться центральний отвір/канал, через який проходить кабель/трос. Простір між обсадною трубою та вертикальною трубою заповнено бетоном. Над біозахисним циліндром з двох сегментів розташована заглушка з двох сегментів, що щільно стягнені між собою скобами, при цьому канал проходить і між цими двома сегментами. У сегментах заглушки є пустоти, що утворюють відповідні порожнини, а нижній нахил вказаних сегментів підпирає сферу-заглушку. При цьому сфера-заглушка бічною поверхнею зафіксована кабелем/тросом. Пасивний вертикальний вузол заглушування для запобігання витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об'єму при тяжкій аварії на атомній станції характеризується тим, що сегменти є стійкими до температури 2850 градусів за Цельсієм, при цьому вони є монолітними і виготовлені з карбіду титана. Фіксувальні скоби виготовлені з еластичної сталі. Сфера-заглушка є монолітною і виготовлена з чистого карбіду вольфраму. Біозахисний циліндр з двох сегментів виготовлено з вогнестійкого бетону із вмістом табулярного корунду від 50 % до 96 %. Запропонований винахід проілюстрований наступними фігурами: Фіг. 1 розріз пасивного вертикального вузла заглушування у режимі нормальної експлуатації; Фіг. 2 - розріз пасивного вертикального вузла заглушування у режимі тяжкої аварії; Пасивний вертикальний вузол заглушування (фіг. 1 та фіг. 2) для запобігання витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об'єму при тяжкій аварії на ядерному реакторі атомної станції складається з вертикальної циліндричної труби (1), що зафіксована на стальній плиті (2). Навколо труби (1) розміщено обсадну трубу 3), вмонтовану до бетонної конструкції (4.b). У нижній частині труби (1) розміщено монолітний біозахисний циліндр, що складається з двох напівциліндричних сегментів (5.1) та (5.2). Між вказаними сегментами (5.1, 5.2) проходить центральний отвір/канал (6), через який проходить кабель/трос (8). Простір між обсадною трубою (3) та вертикальною трубою (1) заповнено бетоном (9). Над біозахисним циліндром з двох сегментів (5.1, 5.2) встановлено заглушку з двома сегментами (7.1, 7.2), що щільно стягнені між собою скобами (12.1, 12.2), при цьому канал (6) також проходить між сегментами (7.1, 7.2). У сегментах (7.1, 7.2) є пустоти, що утворюють відповідні порожнини (10.1) та (10.2). При цьому нижній нахил вказаних сегментів (7.1) та (7.2) підпирає сферу-заглушку (11), що бічною поверхнею зафіксована кабелем/тросом (8). Пасивний вертикальний вузол заглушування для запобігання витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об'єму при тяжкій аварії на атомній станції характеризується тим, що сегменти заглушки (7.1) та (7.2) є стійкими до температурних навантажень (до 2850 градусів за Цельсієм), при цьому вказані сегменти (7.1 та (7.2), є монолітними і виготовлені з чистого карбіду титана. Фіксуючі скоби (12.1) та (12.2) виготовлені з еластичної сталі. Сфера-заглушка (11) є монолітною і виготовлена з чистого карбіду 1 UA 107626 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 вольфраму. Біозахисний циліндр з двох сегментів (5.1) та (5.2) виготовлено з вогнестійкого бетону із вмістом табулярного корунду від 50 % до 96 %. Коли ядерний реактор працює безаварійно в режимі нормальної експлуатації блока, то пасивний вертикальний вузол заглушування не впливає на роботу реактора. Пасивний вертикальний вузол в режимі нормальної експлуатації ядерного реактора (див. фіг. 1) не заважає роботі механізмів пересування догори-вниз кабелю/тросу (8) та не заважає функціонуванню решті пристроїв, наприклад, іонізаційним камерам, що встановлені у вертикальній трубі. Однак у випадку тяжкої аварії, коли у корпусі ядерного реактора атомної станції виникає пробоїна, через яку відбувається викид розплаву, що складається з суміші розплавлених матеріалів активної зони та пристроїв усередині корпусу. Розплав певний час після витікання на дно шахти реактора роз'їдає/аблює бетон підлоги на всю його товщину у просторі між стіною шахти і трубою (1) у бетонній конструкції (4.b). Неконтрольовано проникаючи до труби (1), розплав розтікається і потрапляє на верхню поверхню заглушки із напівциліндричних сегментів (7.1) та (7.2). Розплав спалює і перериває кабель/трос (8), нижня частина якого падає і вивільняє отвір/канал (6), що проходить по усій висоті центральної осі напівциліндричних сегментів (7.1) та (7.2). В цей момент сфера-заглушка (11) під дією гравітації скочується по нахиленій поверхні порожнини (10.1) та/або (10.2) на горловину отвору/каналу (6) і заглушує його (див. фіг. 2). Оскільки сфера-заглушка (11) є тілом із специфічною вагою, яка значно перевищує вагу розплаву, що проникає до каналу (6) та порожнин (10.1) та/або (10.2), вона не може піднятися вгору і надійно закриває отвір/канал (6). Матеріали, в яких виготовлено заглушку з напівциліндричними сегментами (7.1, 7.2) та сферу-заглушку (11), є стійкими до високих температур (до 2850 градусів за Цельсієм), тобто здатні витримати термічне навантаження від взаємодії з розплавом. Розплав затримується у просторі над заглушкою з напівциліндричними сегментами (7.1, 7.2) і в об'ємі її порожнин (10.1, 10.2). Температурні дослідженні переносу тепла свідчать, що через певний час розплав охолоджується і стає твердим. Ці дослідження також свідчать, що температура у нижній частині заглушки з напівциліндричними сегментами (7.1, 7.2) значно підвищується, але все ж таки вона має значний запас і не досягає (перебуває значно нижче) критичної температури термічної стійкості виготовленого із спеціального бетону біозахисного циліндру з двома напівциліндричними сегментами (5.1, 5.2). Спеціальний бетон (9) у просторі між вертикальною трубою (1) та обсадною трубою (3) не дає розплаву обійти (байпасувати) заглушку з напівциліндричними сегментами (7.1, 7.2). Це можливо, оскільки рівень бетону (9) знаходиться на достатній висоті над верхньою поверхнею заглушки з напівциліндричними сегментами (7.1, 7.2). Розплав, що потрапив до каналу труби (1) і розплавив її стінку, не може потрапити у проміжок між трубами (1) та (3). Таким чином застиглий розплав залишається "захопленим"/зупиненим на проміжок, що визначається як час так званого раннього байпасу гермозони, при цьому стан розплаву надалі залежить лише від швидкості абляції бетону та геометрії отриманої внаслідок цього пробоїни у фундаменті/постаменті шахти реактора. Таким чином в режимі тяжкої аварії вертикальний вузол заглушування також залишається повністю пасивним. В умовах тяжкої аварії вертикальний вузол заглушування не потребує втручання людини, не споживає електро- чи іншу енергію, не впливає на пневмо-, гідро- або інше робоче середовище. Пасивний вертикальний вузол заглушування спрацьовує лише під дією розплаву, що проникає у канал вертикальної труби (1), тобто йдеться про принцип внутрішнього самозахисту через природний зворотний зв'язок - спрацьовування вертикального вузла заглушування з подальшою зупинкою руху розплаву ініціює сам розплав. Матеріали, з яких виготовлено вертикальний вузол заглушування, характеризується 16 3 високою стійкістю до значних нейтронних потоків - до 10 Bq/m об'ємної активності повітря та 6 10 Gу/h потужності дози. В умовах нормальної експлуатації запропонованих вузли вони є радіаційно стійкими із значним запасом часу експлуатації (проектний термін - понад 30 років). 2 UA 107626 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 1. Пасивний вертикальний вузол заглушування для запобігання витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об'єму при тяжкій аварії в ядерному реакторі на атомній станції, що складається з вертикальної циліндричної труби (1), яка зафіксована на стальній плиті (2); навколо труби (1) розміщено обсадну трубу (3), вмонтовану до бетонної конструкції (4.b), а в нижній частині труби (1) розміщено монолітний біозахисний циліндр, що складається з двох напівциліндричних сегментів (5.1) та (5.2); між вказаними сегментами (5.1) та (5.2) проходить центральний отвір/канал (6), через який проходить кабель/трос (8), який відрізняється тим, що простір між обсадною трубою (3) та вертикальною трубою (1) заповнено бетоном (9), над біозахисним циліндром з двох сегментів (5.1, 5.2) встановлено заглушку з двома сегментами (7.1, 7.2), що щільно стягнуті між собою фіксуючими скобами (12.1, 12.2); при цьому канал (6) також проходить між сегментами (7.1, 7.2), а у вказаних сегментах є пустоти, що утворюють відповідні порожнини (10.1, 10.2); при цьому нижній нахил сегментів (7.1 та 7.2) підпирає сферу-заглушку (11), що бічною поверхнею зафіксована кабелем/тросом (8). 2. Пасивний вертикальний вузол заглушування для запобігання витоку розплаву по механізму раннього байпасу гермозони/герметичного об'єму при тяжких аваріях на атомній станції за п. 1, який відрізняється тим, що сегменти заглушки (7.1, 7.2) є монолітними і виготовлені з чистого карбіду титану; фіксуючі скоби (12.1, 12.2) виготовлені з еластичної сталі; сфера-заглушка (11) є монолітною і виготовлена з чистого карбіду вольфраму; біозахисний циліндр з двох сегментів (5.1, 5,2) виготовлено з вогнестійкого бетону із вмістом табулярного корунду від 50 % до 96 %. 3 UA 107626 C2 4 UA 107626 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5