專利名稱:罐式堆芯熔化物保持裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于比如在核電站非常嚴(yán)重的事故中可能發(fā)生的堆芯熔化的罐式(槽式)保持裝置。盡管核電站的制造者和操作者認(rèn)為這種嚴(yán)重事故極其不可能發(fā)生，但顯然無(wú)論如何應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)姆婪洞胧﹣?lái)應(yīng)對(duì)這種不測(cè)事件。
背景技術(shù)：
在切爾諾貝利核反應(yīng)堆中發(fā)生的事故表明主要問(wèn)題存在于吸收、補(bǔ)償或排出由堆芯熔化物產(chǎn)生的巨大熱量，而不毀壞整個(gè)電站從而釋放核輻射。
近年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了新型的反應(yīng)堆。這些反應(yīng)堆包括所謂的球床反應(yīng)堆。燃料棒由 其中插有鈾芯塊的網(wǎng)球狀的石墨球代替。這些石墨球不應(yīng)加熱至超過(guò)1600°C。
這些新型的反應(yīng)堆還包括所謂EPR (歐洲壓水堆，European Pressure Reactor)。在www. framatome-anp. com下可找至丨J詳細(xì)資料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于這樣的基本原理，提供一種在不太可能發(fā)生的堆芯熔化事故中同時(shí)滿足以下功能的保持裝置
-該保持裝置保持熔化物并防止其不受控制地散布
-該保持裝置吸取來(lái)自熔化物的熱而不過(guò)度冷卻
-該保持裝置提供限定的空間，熔化物能夠隨后轉(zhuǎn)移到核電站的輔助部分。
為了能夠滿足這些不同的任務(wù)，根據(jù)本發(fā)明的保持裝置包括外部的包層，該外部的包層的內(nèi)側(cè)包括多層式襯里，其中所述襯里從內(nèi)至外包括整體犧牲層，模制部件層，和所述包層與由所述模制部件構(gòu)成的層之間的整體填充層。換言之，襯里包括至少三個(gè)不同的層，它們也完成不同的任務(wù)。至少兩層由耐火材料、尤其是陶瓷材料構(gòu)成。保持裝置直接布置在包含燃料元件的相關(guān)反應(yīng)堆壓力殼的下方。據(jù)此，壓力殼可以伸入保持罐內(nèi)。
在堆芯熔化物從反應(yīng)堆壓力殼中流出時(shí)，內(nèi)側(cè)上的犧牲層首先得以與所形成的熔融體相接觸。堆芯熔化物的溫度> 2000°c。
盡管犧牲層可以由耐高于1000°C或高于1500°C的溫度的材料構(gòu)成，但顯然犧牲層，正如其名，被極熱的堆芯熔化物腐蝕或毀壞。這不僅是要考慮到的而且實(shí)際上是特別希望的。因此犧牲層不必是耐火的(=耐高溫)。首先熔融體溫度開(kāi)始顯著降低，現(xiàn)在它是堆芯熔化物(燃燒元件材料以及燃料元件的外殼)與犧牲層的混合物。與此同時(shí)整個(gè)混合物的密度與堆芯熔化物的密度相比減小了。
在本發(fā)明中，目的是形成這樣一種材料的犧牲層，該材料在與堆芯熔化物相接觸時(shí)不僅吸收集聚的熱量而且引起吸熱反應(yīng)，即消耗額外熱量的反應(yīng)。這樣包含在保持裝置中的熔融體溫度就被進(jìn)一步降低。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，犧牲層由常規(guī)構(gòu)造的混凝土或具有高氧化鋁(Al2O3)含量的混凝土，即所謂耐火混凝土。[0014]該犧牲層位于所謂模制部件層的前面，該模制部件層例如由陶瓷粘合的模制部件構(gòu)成。這些模制部件，例如磚或板，能夠組裝成穩(wěn)定的墻和門，并用來(lái)形成熱和機(jī)械穩(wěn)定層?；谘趸喌牟牧嫌绕涫怯欣?，因?yàn)樗鼈兡芙?jīng)受住高溫并具有高的機(jī)械強(qiáng)度。ZrO2所占重量百分比> 90%的材料可用來(lái)生產(chǎn)前述模制部件。維也納的RHI公司，銷售商標(biāo)為ZETTRAL 95GR的這種包含氧化鋯的磚。主要原料成分是部分穩(wěn)定的Zr02。磚由陶瓷粘合，并且除了重量百分比為約93%的ZrO2以外，還包含重量百分比為約4%的MgO和約I. 5%的Si02(除了通常的雜質(zhì)以外)。它們的體積密度為4.4g/cm3(根據(jù)EN 993-1測(cè)得)。室溫下的壓縮強(qiáng)度(根據(jù)EN 993-5)為約110N/mm2。開(kāi)口孔隙度(根據(jù)EN993-1測(cè)得)為約18% (體積百分比)。熱數(shù)據(jù)如下線膨脹系數(shù)(1600°C)為0.8%。對(duì)于根據(jù)EN 993-8的壓力負(fù)荷測(cè)試，Ta5值為約1650°C。
這種磚以前僅用在特殊的玻璃罐中，并且已經(jīng)在本發(fā)明范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用。
相鄰的模制部件可以通過(guò)互鎖元件(例如已知的槽舌連接)相互連接。
為了提高模制部件層總體上的穩(wěn)定性，有利的是借助連接元件或錨件至少將單獨(dú)的模制部件固定到保持裝置的外部的包層。這些的例子披露于EP I 124094 Al和DE 4420 294 C2中，其公開(kāi)內(nèi)容引用于此。
這在外部的包層為金屬包層的情況下尤其適用，這種情況將在下文中討論。
根據(jù)本發(fā)明，在保持裝置的模制部件層和外部的包層之間設(shè)置至少另一層。該所謂填充層由整體式混合物(composition)形成,其可由具有高度導(dǎo)熱率的材料構(gòu)成。這樣促進(jìn)和加速了從位于填充層前面的模制部件層的熱量散失。導(dǎo)熱率應(yīng)該例如為> 5ff/m ·Κ。如果有相當(dāng)大量的犧牲混凝土，填充層的導(dǎo)熱率就不那么重要，甚至可以< 5W/m · K。
用于填充層的合適材料為含碳的耐火陶瓷塊。碳可以以例如石墨的形式存在。不過(guò)基于含SiC的混合物的填充層也是合適的。
對(duì)于其他應(yīng)用，基于ZrO2, Al2O3,MgO或它們的混合物的耐高溫填充層也是有利的。這種混合物可以例如由ZrO2粉末和粘合劑制成。它們可以由振動(dòng)裝置大量地處理而不會(huì)有縮孔，但也能形成為搗實(shí)混合物。如果使用液體粘合劑，那么將通過(guò)對(duì)填充層的熱預(yù)處理排出含有的任何水分。
如上所述，保持裝置的外部的包層可以是金屬包層。該包層可至少部分地位于(另一)混凝土罐中，該混凝土罐包圍和支撐整個(gè)保持裝置。
不過(guò)包層也可以至少部分地由(任選地也是耐高溫的)陶瓷材料構(gòu)成，例如前述類型的材料。這些材料也包括混凝土。模制部件層與包層之間的任何連接元件都適合于固定在或固定至包層的陶瓷材料中。
在正在進(jìn)行的設(shè)計(jì)和規(guī)劃工作的范圍內(nèi)，單個(gè)層的以下厚度已被證明是合適的
-犧牲層20-80cm，尤其是35_65cm，例如 45_55cm。
-模制部件層10_40cm,尤其是15_30cm,例如 16_25cm。
-填充層I-IOcm,尤其是2_8cm,例如 4_6cm。
-混凝土罐直到幾米。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)提供杯式或罐式保持裝置是可能的，反應(yīng)堆壓力殼與燃料元件一起伸入該裝置中，該裝置具有排放區(qū)，如果必要該排放區(qū)可以打開(kāi)以便能將堆芯熔化物或堆芯熔化物/犧牲層混合物轉(zhuǎn)移到輔助裝置。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，罐式保持裝置為此包括在門中的塞子(或調(diào)節(jié)閥)，其可以打開(kāi)或熔化，并引導(dǎo)熔融體進(jìn)入使熔融體經(jīng)其通到安全殼的通道。在此，至少?gòu)膶儆诒３盅b置的通道能夠同樣地由耐高溫的襯里形成，如與保持裝置有關(guān)地所述。由于熔融體在保持裝置中以及可能在通道中冷卻，因而安全殼不需要耐火襯里。
具體實(shí)施方式
下文將通過(guò)舉例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
討論的出發(fā)點(diǎn)是核電站發(fā)生堆芯熔化，雖然這是極不可能的，在該核電站中反應(yīng)堆壓力殼伸入到根據(jù)本發(fā)明的保持裝置中。
堆芯熔化物首先由罐式保持裝置捕獲。放射性熔融體開(kāi)始與犧牲層的材料接觸。根據(jù)計(jì)算，堆芯熔化物在與犧牲層接觸后的100分鐘內(nèi)“消耗”了 70-90%的犧牲層；犧牲層 熔化且與此同時(shí)由此形成的混合熔融體得以冷卻。所得到的混合熔融體的成分和溫度相應(yīng)地改變。
根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算，混合熔融體中的UO2和ZrO2的含量穩(wěn)定地下降，但是混合熔融體的例如SiO2和CaO的含量上升(其中，UO2和ZrO2是堆芯熔化物的組成部分，SiO2和CaO是犧牲層的主要組成部分)。
此外，由于使用根據(jù)本發(fā)明的罐，能夠預(yù)計(jì)混合熔融體的溫度下降量為每小時(shí)約100。。。
這里在本發(fā)明范圍內(nèi)討論了耐高溫材料，這些材料應(yīng)理解為在任何情況下耐受>1000°c溫度、優(yōu)選高于1500°c的材料，除非另外聲明。沒(méi)有上限。所述的基于ZrO2的模制部件能夠抵抗大于1900°C的溫度，并且抵抗1900°C的溫度下的熔融體達(dá)至少3小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種用于核電站的設(shè)備，該設(shè)備帶有 罐式堆芯熔化物保持裝置，該罐式堆芯熔化物保持裝置直接布置在反應(yīng)堆壓力殼的下方，并具有外部的包層以及必要時(shí)可以打開(kāi)的排放區(qū)，該外部的包層在內(nèi)側(cè)上具有多層式襯里，該襯里從內(nèi)到外包括整體犧牲層，由耐受高于1000°c高溫的模制部件構(gòu)成的模制部件層，以及包層與模制部件層之間的整體填充層，其中，所述填充層包含碳； 與所述罐式堆芯熔化物保持裝置相連接的通道，該通道具有耐受高于1000°c高溫的襯里； 無(wú)耐火襯里的安全殼，所述通道通入該安全殼內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述犧牲層由與堆芯熔化物相接觸時(shí)引發(fā)吸熱反應(yīng)的材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述犧牲層由混凝土構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述模制部件層由陶瓷粘合的模制部件構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述模制部件層由基于ZrO2的模制部件構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述模制部件層由含有重量百分比>90%的ZrO2的模制部件構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述模制部件層由以互鎖方式彼此相連的若干模制部件構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述填充層具有>5ff/m K的導(dǎo)熱率。
9.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述填充層由含SiC的混合物構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述填充層由含ZrO2的混合物構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述包層是金屬包層。
12.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述包層至少部分地位于混凝土罐中。
13.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述包層至少部分地由耐受高于1000°C高溫陶瓷材料構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述包層至少部分地由混凝土構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的設(shè)備，其中，所述包層至少部分地由混凝土罐構(gòu)成。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種罐式堆芯熔化物保持裝置，該保持裝置包括其內(nèi)表面具有多層式襯里的外包層，其中，所述襯里由內(nèi)至外包括整體犧牲層，由耐高溫的模制部件構(gòu)成的層以及在所述包層與所述由模制部件構(gòu)成的層之間的整體填充層。
文檔編號(hào)G21C9/016GKCN101228593 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200680026893
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2006年6月24日
發(fā)明者布魯諾·威廉米 申請(qǐng)人:雷弗拉克托里知識(shí)產(chǎn)權(quán)兩合公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (6),