[發明專利]核反應堆堆芯熔化物冷卻方法及核反應堆堆芯熔化物冷卻控制系統

有效

• 申請號: 201880043386.0
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN111386577B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: A·S·西多羅夫;N·V·西多羅瓦
• 申請（專利權）人: 原子能設計股份公司;科學與創新股份公司
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18;G21C17/022
• 代理公司: 北京市萬慧達律師事務所 11111
• 代理人: 楊倩

本發明涉及確保核電站在嚴重事故中安全運行的系統，特別是核反應堆堆芯熔體冷卻和控制冷卻的方法和系統。本發明的技術成果是提高核電站的安全性、核反應堆堆芯熔化的冷卻效率。要求保護的發明的任務是通過安全地移除熔化鏡上的熱負荷，確保消除蒸汽爆炸，從而破壞事故定位區、反應堆軸和安全殼，從而提高冷卻核反應堆活躍區熔體的效率。技術成果是通過改變冷卻核芯熔體的原理來實現的，這一原理包括熔體破壞核反應堆容器芯體后，熔體隨后冷卻的條件取決于熔體捕集器體的特性，而不是核反應堆的特性。此外，還通過安裝溫度傳感器和液位傳感器來監測核反應堆堆芯熔體的冷卻過程，取得了技術成果。

本發明涉及確保核電站在嚴重事故中安全運行的系統，特別是核反應堆堆芯熔體冷卻和控制冷卻的方法和系統。

在核電站的嚴重事故中，核反應堆的堆芯受到損壞，熔化物進入反應堆容器的下部，進而破壞反應堆。反應堆容器的破壞會導致不良后果，例如，使熔體分布和物理化學行為的控制復雜化。揮發性和氣溶膠形式的放射性衰變產物擴散進入安全殼，威脅其完整性，泄漏并造成該區域的放射性污染。為了大幅度減少這些負面影響，消除對人口和環境的非預期劑量負荷，現代核電站通常在核反應堆下面安裝有熔體捕集器，因此，在反應器容器的下部穿透后，熔體落入熔體的陷阱中，在陷阱中進行局部化和冷卻。

通常，為了冷卻熔體，冷卻劑(水)被引入熔體捕集器。

為了控制反應堆容器破壞后的熔體流動，在熔體捕集器上方安裝了溫度傳感器，例如設計用于監測熔體流動溫度及其在核反應堆破壞后的位置的熱電偶。

應向反應堆容器內或容器外的熔體供水，以避免安全殼內發生蒸汽爆炸，然而，在將水從上方噴射到熔體上時，將水與熔融金屬混合，或在熔融反應器的壓力室中，將熔融金屬與熔融氧化物混合的水澆注到熔化的燃料元件內的活性區內形成的熔池周圍的結殼中，不可能排除破壞性的蒸汽爆炸，由于熔體射流在水中的分散，分散射流和纏結流與反應器壓力室中的設備表面或反應器容器底部的內表面的相互作用，為熔體的最大能量的最大釋放創造了幾乎理想的條件。

為避免蒸汽爆炸，通常不立即冷卻熔體表面(熔體鏡)，通常在收到熔體狀態信息后進行冷卻。一些熔化陷阱的設計方式與在熔化陷阱內放置犧牲材料的方式類似。經過一定時間后，犧牲材料的成分上升到熔體上方，以防止蒸汽爆炸，或在與犧牲材料化學相互作用的熔體中，氧化物和金屬成分倒置，其中熔體的氧化物組分上升，金屬組分下降，從而為熔體表面(向其氧化物組分)供應水創造了有利的條件。在一些熔體捕集器的設計中，使用了一個特殊的出口罐來分流和分配熔體，這使得熔體能夠以相對較薄的一層在大面積上擴散，從而允許對熔體進行噴射冷卻(阻塞)，而不存在蒸汽爆炸的風險。在這種情況下，只有當熔體在疏水閥內完全擴散時，才進行供水，否則，例如，如果違反熔體擴散模式，熔體在有限的區域內積聚，疏水閥底部可能受到熱化學破壞，或給水模式下蒸汽爆炸的條件冷卻水在疏水閥融化頂部。

反應堆容器熔化后，不再考慮向其供水的問題。

在一些核電站設計中，反應堆容器充滿水，直到反應堆容器融化。充水發生在活性區破壞階段，熔體從活性區流向反應堆容器底部，熔體在反應堆容器底部積聚，直至底部破壞。這個程序非常危險。其原因是蒸汽爆炸，當水與液態金屬混合并與液態氧化物混合時，兩者都以純形式存在于熔體中，僅在一定量的液態金屬的混合物中發生。

另一方面，由于缺乏有關反應堆容器內熔體位置的信息，反應堆容器的冷卻水供應存在不確定性。因此，反應堆容器的供水不能保證其安全。

反應堆控制系統在不破壞堆芯的情況下，測量反應堆容器外的中子通量，監測堆芯反應性的變化、正常運行期間的功率變化和其他參數的變化、違反正常運行的情況、設計期間和超出設計基準事故的情況。這一系統不是專門為監測核電站嚴重事故而設計的，核電站嚴重事故中的一些因素，如堆芯及其固體碎片元素排列的變化、內部裝置元素排列的變化，以及堆芯熔體在反應堆容器內的位置和體積的變化，其化學成分和相態的變化，包括污泥(兩相固液狀態)的形成和分離，其熱機狀態的變化，導致反應堆容器內外堆芯物理參數數據的顯著失真和變化。