[发明专利]一种分装强化冷却的反应堆堆芯熔融物捕集装置

说明书

本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种分装强化冷却的反应堆堆芯熔融物捕集装置。所述的捕集装置包括堆坑、反应堆压力容器、熔融物滞留容器、坩埚、滞留水箱、冷却水箱和各连接管线,顶部敞口的熔融物滞留容器位于堆坑内，并使反应堆压力容器的下部和底部置于其中，堆坑内位于熔融物滞留容器的下方的空间形成冷却空间；堆坑内，熔融物滞留容器的底板下方设置有坩埚；滞留水箱位于堆坑外，并通过连接管线与堆坑连接；冷却水箱位于堆坑外，并通过连接管线与冷却空间连接。利用本发明的捕集装置，能够通过布置紧凑、冷却效率高的堆芯捕集器方案，籍由熔融物的临时滞留、分装强化冷却实现堆芯熔融物的有效捕集和包容，应对核电站严重事故工况。

技术领域

本发明属于核安全控制技术领域，涉及一种分装强化冷却的反应堆堆 芯熔融物捕集装置。

背景技术

核电站严重事故始于反应堆燃料组件的大面积熔化，此时作为纵深防御 体系的第一道屏障燃料包壳已经失效，反应堆如不能获得及时的冷却，相关 的堆内构件也会被熔化，并形成堆芯熔融物，落入反应堆压力容器(RPV) 下封头内。在RPV下封头外部冷却不足的情况下，RPV下封头会被熔穿， 即第二道屏障一回路压力边界被突破，堆芯熔融物进入安全壳内。压力容器 熔穿后，熔融物直接喷射到安全壳筏基上与结构混凝土相互作用(MCCI)， 一定时间内以较快的速度逐渐向下侵蚀安全壳的筏基，若筏基厚度不足，则 底板可能被熔穿。此时，由于破坏了安全壳的最后一道屏障，进而破坏了安 全壳的完整性，因此会造成放射性物质的大规模释放。

现有应对上述严重事故的策略主要分为堆内熔融物滞留技术(IVR)和堆 外熔融物滞留技术(EVR)两类。

IVR技术主要通过向反应堆堆坑持续注水，保证RPV下封头被淹没，通 过RPV外壁面处的沸腾换热带走堆芯熔融物的衰变热，最终将熔融物滞留在 RPV内。IVR技术最早出现在芬兰的Loviisa VVER-440核电站中，还成功应 用于我国AP600、AP1000、APR1400、CAP1400(国家核电技术有限公司设 计的1400MWe压水堆)和华龙一号(中国核工业集团和中国广核集团联合研 发设计的1000MWe压水堆)的设计中。但该技术中，对堆芯熔融物加载于 RPV内壁面的热流密度的估算争议较大，目前国际主流意见认为IVR技术不 适合于较大功率堆型，如1000MWe以上的堆型。

EVR技术主要通过在RPV外部设置熔融物收集装置，然后在收集装置内 对熔融物进行冷却，并最终实现滞留。EVR技术相比IVR技术，优势在于更 大的操作空间和更灵活的冷却方式，尤其体现在应对较大功率堆型的严重事 故方面。目前已具备工程条件的EVR技术方案主要分为以下4种：1)在熔 融物流到安全壳底板之前，堆坑内先灌满水，形成较深水池，从压力容器中 排出的熔融物随后落入压力容器腔内形成的水池里，通过持续注水实现冷却， 此种技术如北欧的沸水堆；2)采用干式堆坑或仅有少量水的堆坑(形成较浅 水池)，当熔融物流到底板并发生铺展后，持续注入水，保证熔融物被淹没， 实现冷却，此种技术如多数早期二代压水堆和沸水堆；3)通过专设装置将熔 融物在堆坑内临时滞留一定时间，然后转运至大空间内铺展，通过底部间壁 式和/或顶部淹没式冷却实现熔融物的有效滞留，此种技术如EPR的堆芯捕集 器；4)通过在直接堆坑内、RPV正下方布置收集容器，将全部堆芯熔融物限 制在收集容器内，然后通过收集容器外部的冷却水和/或熔融物顶部的冷却水淹没冷却堆芯熔融物，此种技术如VVER1000、ESBWR和EU-APR1400的堆 芯捕集器。