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​堆芯收集器的定义

2020.3.27

堆芯收集器是将耐热性的部件配设在核反应堆外壳下部干井的地面部分,以使熔融堆芯不会将核反应堆外壳的下部熔融贯通、或者使放射性物质泄漏。 但是,仅通过铺满单纯的耐热性的部件,有可能不能充分地将堆芯碎片冷却。此外,如果为了将堆芯碎片冷却而配设多个用来通过冷却水的配管,则有在其配设中花费工夫的问题。仅通过从碎屑的上方进行注水,只是碎片上面的水的沸腾带来的冷却,如果碎屑堆积厚度较厚则有可能不能充分冷却到碎屑底部。因而,需要将地面面积取得较大,使碎屑的堆积厚度成为能够冷却的厚度以下。但是,确保足够大的地面面积在收纳容器构造设计上是困难的。 

定义

所谓的堆芯收集器,是通过耐热部件接住并保持落下的堆芯熔融物,并且与注水机构组合来将堆芯熔融物冷却,从而确保核反应堆外壳的健全性,抑制放射性物质向外部释放的安全设备。 常见的有以下几种:

一种是在压力容器的外侧设置扩展室,扩展室的下方设有冷却水道,当堆芯熔融物熔穿下封头后,熔融物流入扩展室,利用扩展室的大面积平面对熔融物进行冷却,冷却水道内的冷却水可对熔融物进行冷却以防止扩展室被融穿。但这种结构采用一个面积很大的平面来进行熔融物摊平,以增大熔融物的冷却面积,加快熔融物的冷却速度,但这样的设计意味着要占据安全壳下部很大的面积和空间,进而造价较高,也增加了设计难度。

另一种方式是在压力容器的下方设置桶状的收集器,在收集器内设置可融化的牺牲材料,收集器外设有冷却水道,熔融物流入收集器后与其内设置的牺牲材料相互作用,熔融物在融化牺牲材料的过程中被逐渐降温。由于收集器的形状限制,导致仅依靠收集器的壁面带走熔融物的衰变热,传热面积小,导致传热量小,特别是中部熔融物汇集后冷却明显不足。

再一种方式是在压力容器的下方设置收集器,收集器的外部设有冷却水道,收集器的内部设有混凝土底板,并在收集器的底部设置喷嘴,且喷嘴的上端伸入堆腔混凝土底板,喷嘴的下端伸入冷却水道。熔融物流入收集器后,先与混凝土底板发生相互作用导致混凝土不断消融,混凝土底板起到了牺牲材料的作用,在一定程度上降低堆芯熔融物的温度;当熔融物将喷嘴的上端熔化后,冷却水道内的冷却水通过喷嘴注入,实现了熔融物的底部注水,能够对熔融物实施快速冷却。但熔融物与冷却水直接接触时,瞬间产生大量蒸汽会造成安全壳压力瞬间升高以致破坏,甚至会产生蒸汽爆炸,从而造成严重后果。


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