[发明专利]一种分区坩埚熔融物堆外捕集器

说明书

本发明涉及一种分区坩埚熔融物堆外捕集器，包括熔融物转移通道、熔融物收集坩埚和冷却水箱；堆坑底部内壁面铺有耐火材料；熔融物转移通道连接堆坑和熔融物收集坩埚；熔融物转移通道还包括用于封堵所述堆坑的熔塞；所述熔融物收集坩埚与冷却水箱连接。本发明的有益效果如下：(1)本发明通过特殊设计熔融物收集坩埚，杜绝了早期堆芯熔融物与冷却水的直接接触，消除了蒸汽爆炸的风险；(2)通过引入特殊设计的多根冷却管增加了熔融物的换热面积，进而强化了对熔融物的换热能力；(3)通过在熔融物收集坩埚填充牺牲材料保证熔融物在于捕集器结构件(冷却管、容器壁面)接触前，充分与牺牲材料反应，降低熔融物的温度、熔点和体积功率密度。

技术领域

本发明涉及反应堆安全系统设计技术，具体涉及一种分区坩埚熔融物堆外捕集器。

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。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，破坏了作为最后一道屏障的安全壳的完整性，进而造成放射性物质的大规模释放。

现有应对严重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电站中，还成功应用于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，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，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，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，如VVER1000、ESBWR和EU-APR1400的堆芯捕集器。

关于堆芯捕集器的研究，国外相关专利也较多，如：美国麻省理工大学于1978年的专利，Core catcher for nuclear reactor core meltdown containment(US-Pat4113560)，该专利可视为EVR的设计雏形；法国原子能机构于1981年的专利，Corecatcher device(US-Pat4280872)，该专利将EVR技术提升到了工程应用的水平；以及之后的众多原理、结构不同的堆芯捕集器专利(如US-Pat4442065、US-Pat4113560、US-Pat4342621、US-Pat 8358732和US-Pat6353651等)。