[其他]阻止熔化的核反应堆堆芯渗入到土壤中的装置

说明书

本发明论述一种用来阻止熔化的核反应堆堆芯渗入到土壤中的装置，特别是在反应堆失去控制和超功率运行以后使用。

为了很好地了解本发明，我们先回顾一下进行铀裂变反应的核反应堆，这种核反应堆通常由堆芯1构成（图3），从严格意义上讲堆芯1包含有设置在混凝土壳体2内的反应堆，这一壳体本身被封闭在另一个混凝土的密封安全壳3中，安全壳3具有称之为“底板”的4米至5米厚的底座4，该底板用一些支柱支撑以构成为抗震结构。

核电站中近来发生的事故表明，许多事故中可能导致堆芯熔化的危险并未排除。在这种情况下，特别是在法国建造的那一类核电站中，双层壳体和过滤系统可使放射性流出物封闭在安全壳内部。但是是，几乎可以肯定，全部熔融物质不会静止不动，它们的存在，对于起安全和密封作用的底部结构的牢固程度是一种巨大的危险，特别是当底部结构处于含水层以上时危险更大。

在发生导致反应堆堆芯破坏的事故之后，存在有主要由下述组分构成的大量熔融物质：

氧化物相，它含有能量，因为它包含有主要由氧化铀和氧化锆组成的裂变产物;

金属相，主要由钢、锆、铬和其它种金属组成。

这种称之为“熔化物”的集合体形成为具有很大能量的团状物质，对于初始功率为1000MW量级的反应堆来说，这种熔化物团在一天或二天之后由于某些元素的放射性以及混凝土分解的放热反应保留有10至15MW左右的剩余功率以及估计约2000℃的温度。

这种熔化物团侵蚀底板的混凝土并使之分解，估计几小时以后的侵蚀速度为每小时几个厘米。几天以后，底板的基础混凝土将不可避免地被穿透，熔化物将流入底土。

此外，一旦底板被穿透，安全壳的密封性便不再能保证，便会产生放射性气体的泄漏。

考虑到失控的反应堆存在的危险，有必要设计一种装置使熔化物在渗入底土以前被阻止住，从而防止底土和大气由于熔化物泄漏而被污染的巨大危险。

这种装置应完成下述二种功能：

在同熔化物接触时，它应是耐高温的，而且在2000℃至2500℃以下它对于上面提到的熔化物组分具有惰性化学性能;

它应通过降低熔化物一耐高温材料界面的温度排出由熔化物产生的剩余热通量。

此外，这种耐高温的惰性材料应当同某些冷却回路相连，设计这些冷却回路是为了排出由此转移的热通量。

当前，还没有一种材料能够独自保证上述二种功能，并在上述温度范围内具有很高的导热率。因此应当将这二种功能分开来，由一种适当的材料来完成一项功能。

在法国专利FR2336772的申请书中，介绍了一种用于核反应堆安全槽的保护复盖层，它由一层高熔点的材料构成（例如二氧化钍或二氧化铀），其特点是在这一层难熔材料的下面含有一层具有良好导热率的材料（例如石墨）。但是，在反应堆超功率运行情况下，这种装置直接置于熔化物的下降路径上，熔化物还扩展不大，其温度达到2000℃以上（如图1所示），这种熔化物存在有使保存池中间部分很快损坏、并继续以失控方式下渗的危险。

根据上面所作的介绍，作为本发明的目标是用来阻止熔化的核反应堆堆芯渗入到土壤中的装置，该装置应由一个依靠适当的冷却系统且具有良好导热性能的、用石墨制成的圆形池构成，池的内表面复盖有一层氧化锆，对其厚度作了计算以使石墨工作在最佳的温度范围内。将这种圆形池嵌入在底板的中央，以使熔化物封闭在底板中，从而可使底板保持其密封性，此外，还采取了一些设施保证在熔化物到达保存池的高度以前使之扩展出来，以使熔化物同耐高温的复盖层在更大的表面积上相接触。

更确切地说，本发明的目标是用来阻止熔化的核反应堆堆芯渗入到土壤中去的一种装置，该反应堆由地基上的混凝土底板所支撑，底板设置有一个保存池，它同熔化物相接触的上部用一种对于熔化物组分具有惰性化学性能的耐高温材料构成，可选用氧化锆或氧化钍，厚度约为2至10厘米;保存池的下部由一种具有良好导热性能的耐高温材料构成（例如石墨），它同采用流体循环的冷却回路相连。这种装置的特点在于将保存池嵌入到混凝土底板中，在于底板具有熔化物横向侵蚀的扩展设备，以使熔化物到达保存池的高度时几乎扩张到保存池的整个表面上。

扩展设备可由底板中保存池上部按叠加关系配置的许多同心槽所构成，每一个同心槽的外径大于紧接着的上一个槽的外径。更好的作法是，将保存池嵌入到底部的一半高度，底板的上部保证使熔化物在横向扩张的同时进行初步的下降减速，而底板的下部仍保持完整，继续保证反应堆安全壳的密封性。