本發(fā)明涉及核電行業(yè)，也即涉及提供核電站(npp)的安全性的系統(tǒng)，并且可以在引起反應(yīng)堆容器及其安全殼失效的嚴重事故期間使用。

背景技術(shù)：

在堆芯冷卻系統(tǒng)的多種故障下發(fā)生的堆芯熔化/熔融事故構(gòu)成最嚴重的輻射危害。

在這些事故期間，堆芯熔融物、堆芯熔體(corium)、反應(yīng)堆內(nèi)部構(gòu)件及其容器的熔融物從反應(yīng)堆(壓力)容器流出，并且由于其殘熱而會影響npp安全殼的完整性，npp安全殼是放射性產(chǎn)物向環(huán)境的釋放路徑上的最后一道屏障。

為了防止這一點，所釋放的堆芯熔體應(yīng)當被密封/封閉并連續(xù)冷卻，直至其完全凝結(jié)/晶化。反應(yīng)堆堆芯熔融物(堆芯熔體)冷卻和封閉系統(tǒng)履行此功能，從而在核反應(yīng)堆中的嚴重事故的情況下防止損壞npp安全殼并因此保護人群和環(huán)境免于輻射暴露。

根據(jù)本發(fā)明的背景技術(shù)，存在一種核反應(yīng)堆堆芯熔體封閉和冷卻裝置，該裝置位于反應(yīng)堆下方的混凝土腔中，并且包括水冷式容器和具有含鈾氧化物堆芯熔體稀釋劑的芯塊，所述芯塊通過水泥灰漿結(jié)合并放置在鋼座的水平層中，下座的底部的形狀與容器底部一致，上方的座具有中心孔，并且將座彼此附接與附接到容器上的組件位于各座的豎向切割槽中(參見2014年4月27日提交的俄羅斯專利no.2514419)。

所述類似裝置存在多個缺點：

-形狀與容器底部一致的下座的底部不具有中心孔而上方的座具有中心孔，這在主要包含熔融的鋼和鋯的堆芯熔體的第一部分進入時引起包含稀釋劑的芯塊在下座中“堵塞”。考慮到底部傾角在10度與20度之間，包含稀釋劑的“堵塞的”芯塊的重量構(gòu)成容器中的芯塊總重量的25％至35％。主要包含鈾和鋯氧化物的堆芯熔體的接下來的部分在第一部分后一至三小時之后到來，并且無法提供與下座中的芯塊進行熱化學反應(yīng)的條件，因為早前傳送的鋼將在下座中凝固(由此阻止芯塊與鈾和鋯氧化物的相互作用)或損毀下座的鋼結(jié)構(gòu)和緊固件(于是位于內(nèi)部的所有芯塊將浮起并在堆芯熔體上方形成渣帽)，

-由于對氧化物層的厚度與來自核反應(yīng)堆的金屬之間的關(guān)系的錯誤考量，用于確定含鈾氧化物堆芯熔體稀釋劑的重量的公式無法正確地確定所需的稀釋劑的重量的最小極限。該公式下的最小極限在芯塊被堵塞在下座中的情況下應(yīng)當增加35％，而在芯塊在氧化物層和金屬層的倒置開始之前被上座中的熔融鋼阻擋的情況下應(yīng)當增加15％以上。因此，用于計算稀釋劑重量的最小極限應(yīng)當乘以1.5的系數(shù)。

-用于稀釋芯塊的水泥粘結(jié)劑中的殘留水的最大重量所占的重量百分比不超過8％，這似乎不正確。根據(jù)實驗結(jié)果(參見《提供犧牲sfao陶瓷與混色磚灰漿的結(jié)合的條件研究》，技術(shù)信息，俄羅斯聯(lián)邦科學與教育部，高等職業(yè)培訓國家教育機構(gòu)，圣彼得堡技術(shù)學院(技術(shù)大學),2013,[1])，提供設(shè)計可操作性的芯塊的有效結(jié)合要求化學地結(jié)合的水的重量比例應(yīng)當為10％，否則將危害芯塊結(jié)構(gòu)的完整性及其可操作性。由于對蒸汽與芯塊裝置的多孔結(jié)構(gòu)的相互作用的錯誤考量，與降低水泥粘結(jié)劑中的含水量以便減少氫釋放有關(guān)的論點是不正確的。

根據(jù)本發(fā)明的背景技術(shù)，存在一種針對堆芯熔體封閉和冷卻裝置設(shè)計的熱交換器容器壁結(jié)構(gòu)，該容器壁結(jié)構(gòu)包括內(nèi)壁和外壁，所述內(nèi)壁和外壁之間包含厚度至少為100mm的與犧牲材料化學上類似的粒狀陶瓷填充材料(參見2010年12月10日提交的俄羅斯實用新型專利no.100326)。

該容器結(jié)構(gòu)具有以下缺點：

-粒狀陶瓷材料無法對熱交換器容器外壁提供有效保護以免受高溫熔融物誘發(fā)的熱沖擊，因為這種材料是導熱率平均在0.5w/(mk)以下的有效絕熱體，并且在熔化過程結(jié)束之前實際上不會向容器外壁傳熱，這增加了在堆芯熔融物對粒狀材料的對流沖洗期間熱交換器被毀壞的風險，

-粒狀陶瓷材料無法對熱交換器容器外壁提供可靠的化學保護，因為在熱交換器內(nèi)壁被毀壞的情況下，該材料會以由毀壞面積決定的排出速率從豎向壁間空間涌出，此過程將清空壁間空間并使外壁無法受到所需的化學和熱保護，從而增加熱交換器被毀壞的風險，

-粒狀的陶瓷材料(包含鐵和鋁氧化物)的熔化期間的熱交換器的外壁和內(nèi)壁之間的間隙的大寬度(至少100mm)引起熱流的明顯再分布，主熱流不經(jīng)過熱交換器容器的外壁，而是經(jīng)過熔融鏡的不受保護的自由表面從而提高熱交換器中的平均堆芯熔體溫度，由此導致以下過程：增加的氣溶膠生成，非冷凝氣體的大量釋放，增加的熱發(fā)射，位于上方的設(shè)備的額外加熱和熔毀，以及因此堆芯熔體從冷卻區(qū)域流出而引起對熱交換器的毀壞。

這就是為何在沒有與熱交換器外壁進行強熱傳導連接的情況下施加粒狀陶瓷回填物無效的原因。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于消除類似發(fā)明的缺陷。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于，提高了從熔融物除熱的效率和提高了結(jié)構(gòu)可靠性。

所述技術(shù)效果由于以下事實而實現(xiàn)：水冷、水慢化核反應(yīng)堆堆芯熔融物的冷卻和封閉系統(tǒng)包括：安裝在容器底部下方的圓錐形的導流板；安裝在導流板下方并支承導流板的懸臂桁架；安裝在懸臂桁架下方并且配備有形式為多層式容器的冷卻包殼以保護熱交換外壁免受動態(tài)、熱和化學沖擊的堆芯捕捉器；以及位于多層式容器內(nèi)部的用于熔融物稀釋的填料材料，其中，其中，所述捕捉器的多層式容器包括金屬外壁和金屬內(nèi)壁，所述外壁和所述內(nèi)壁之間具有相比于壁材料而言導熱性較差的填料，其中，填料的厚度hfil滿足以下要求：0.8hext<hfil<1.6hext，其中，hext是所述容器的外壁的厚度。

在本發(fā)明的特殊選擇中，上述技術(shù)效果由于以下事實而實現(xiàn)：

-所述內(nèi)壁和外壁由鋼制成，

-在系統(tǒng)中使用熔點為800至1400℃的填料，

-使用與所述外壁進行穩(wěn)定熱交換的混凝土層或陶瓷回填層作為填料。

-支承肋位于內(nèi)壁和外壁之間，其中所述肋的厚度(hrib)滿足以下標準：0.5hext<hrib<hext，

-支承肋穿過內(nèi)壁進入容器的內(nèi)部容積中，從而形成保護性支承結(jié)構(gòu)，

-容器的上部部分配備有法蘭，所述法蘭的內(nèi)徑和外徑分別對應(yīng)于容器的內(nèi)壁內(nèi)徑和外壁外徑，

-在容器的外壁和填料之間，該系統(tǒng)包括另外的人工渣層，該渣層以下列氧化物中的至少一者為基礎(chǔ)物質(zhì)：氧化鋯、氧化鋁、氧化鐵，其中所述層中的基礎(chǔ)物質(zhì)質(zhì)量含量不少于20wt.％。

與類似物相比，所考慮的系統(tǒng)包括堆芯捕捉裝置，該堆芯捕捉裝置具有包括外部(外)和內(nèi)部金屬壁以及導熱性不好的填料的三層式包殼，所述填料具有滿足以下要求的厚度：

0.8hext<hfil<1.6hext，

所述參數(shù)關(guān)系由于以下原因而提供在不影響外壁的完整性從堆芯熔體的有效除熱。

一方面，導熱性不好的填料的厚度應(yīng)不小于0.8hext，因為否則在熱沖擊的情況下填料將無法執(zhí)行其功能，并且將無法確保熱交換外壁的完整性。

另一方面，導熱性不好的填料的厚度應(yīng)不大于1.6hext，因為否則將導致完全阻止經(jīng)熱交換外壁進行的熱交換長達1小時以上，基于熱物理要求(堆芯熔體和輻射溫度、增加的氣溶膠形成等)這是無法接受的。

附圖說明

利用附圖示出本發(fā)明，在附圖中：圖1(a)和1(b)示出封閉系統(tǒng)的示意性設(shè)計，以及圖2示出捕捉裝置的多層式容器的設(shè)計。

附圖中的結(jié)構(gòu)元件的名稱：

1-反應(yīng)堆容器，

2-反應(yīng)堆容器底部

3-混凝土穹頂(反應(yīng)堆腔)，

4-導流板，

5-懸臂桁架，

6-懸臂桁架熱防護層，

7-操作臺，

8-堆芯捕捉裝置，

9-多層式容器法蘭的熱防護層，

10-填料，

11-多層式容器外層，

12-多層式容器填料，

13-多層式容器內(nèi)層，

14-用于堆芯熔體的分級式圓錐形或圓筒形堆坑，

15-渣層。

具體實施方式

根據(jù)要求專利權(quán)的發(fā)明，由具有熱防護層(6)的懸臂桁架(5)支承的圓錐形的導流板(4)安裝在位于混凝土穹頂(3)中的反應(yīng)堆容器(1)的底部(2)下方。在懸臂桁架(5)的下方，存在具有形式為多層式容器的冷卻包殼(容器)的堆芯捕捉裝置(8)，該堆芯捕捉裝置包含金屬外層(11)和金屬內(nèi)層(13)(壁)，在所述金屬外層和所述金屬內(nèi)層之間具有導熱性不好的填料(12)。

在堆芯捕捉裝置(8)的內(nèi)部，存在為了稀釋堆芯熔體而施加的犧牲填料(10)。另外，填料(11)配備有用于容納堆芯熔體的分級式圓錐形的或圓筒形的堆坑(14)。

此外，堆芯捕捉裝置容器(8)設(shè)置有多層式容器法蘭的熱防護層(9)。

操作臺(7)位于懸臂桁架(5)與捕捉裝置(8)之間的空間中。

導流板(4)被設(shè)計成在反應(yīng)堆容器被熔毀或熔穿之后將堆芯熔體(堆芯熔融物)引導到捕捉裝置(8)中。另外，導流板(4)防止容器內(nèi)部構(gòu)件、燃料組件和反應(yīng)堆容器底部的大碎片掉入捕捉裝置中，并且在來自反應(yīng)堆容器(1)的堆芯熔體進入捕捉裝置(8)中的情況下保護懸臂桁架(5)及其通信線。導流板(4)還使混凝土穹頂(3)免于與堆芯熔融物直接接觸。導流板(4)被加強肋分隔成供堆芯熔融物流下的區(qū)段。加強肋約束反應(yīng)堆容器底部(2)與熔融物，從而在底部被熔毀或嚴重塑性變形的情況下防止底部覆蓋導流板(4)的各區(qū)段的內(nèi)孔并阻止熔融物流下。在導流板錐部的表面下方，存在兩層混凝土層：在表面正下方的犧牲混凝土層(鐵和鋁氧化物基部)，以及在犧牲混凝土下方的熱穩(wěn)定的耐熱混凝土層(鋁氧化物基部)。隨著犧牲混凝土在熔融物中被稀釋，它在堵塞的情況下(當堆芯熔體在一個或多個部段中凝固時)增加了導流板區(qū)段中的空白區(qū)域，這能夠防止加強肋的過熱和熔毀——即空白區(qū)域的完全堵塞，以及隨后的導流板的熔毀。熱穩(wěn)定的耐熱混凝土在犧牲混凝土厚度減小時提供結(jié)構(gòu)強度。該混凝土保護位于下方的設(shè)備免受堆芯熔體沖擊，從而防止堆芯熔體熔化或熔毀導流板(4)。

懸臂桁架(5)不僅保護捕捉裝置(8)而且保護整個堆芯熔體封閉和冷卻系統(tǒng)的內(nèi)部通信線免受堆芯熔體熔毀，并且用作導流板(4)的支承裝置，所述導流板(4)將靜態(tài)和動態(tài)沖擊傳遞到緊固在反應(yīng)堆容器(3)中的懸臂桁架(5)。懸臂桁架(5)還在導流板(4)的截面在肋的支承能力受損時受到損毀的情況下確保導流板(4)的可操作性。

懸臂桁架(5)包括：

-連接儀表與控制(i&c)傳感器的覆蓋管，

-連接來自外部源的冷卻水供給的堆芯熔體噴射管線(具有分配管道的集管)，冷卻水通過噴射管線供給，待從上方的懸臂桁架噴射到堆芯熔體上，

-當堆芯熔體在堆芯捕捉裝置(8)中冷卻時將蒸汽從反應(yīng)堆下方的混凝土穹頂(3)排除至加壓區(qū)域的蒸汽排出管線，所述管線排除飽和蒸汽而使得不超過混凝土穹頂(3)中的容許壓力，

-在正常運轉(zhuǎn)期間供給用于冷卻導流板(4)的空氣的空氣供給管線。

捕捉裝置(8)在反應(yīng)堆容器(1)熔穿或熔毀的情況下借助于進化的熱交換表面和向大量沸水的傳熱而在反應(yīng)堆腔(3)中封閉和冷卻反應(yīng)堆下方的堆芯熔融物。捕捉裝置(8)安裝在反應(yīng)堆腔(3)基底中，位于埋入件上。

根據(jù)要求專利權(quán)的發(fā)明，捕捉裝置(8)的包殼是多層式容器，其包括：

-金屬外層(11)(外壁)，

-相比于壁材料而言導熱性較差的材料的填料層(12)，所述材料是具有比壁低的導熱率的材料，

-金屬內(nèi)層(13)(內(nèi)壁)，

外層(11)可以由諸如22k、20k、25l、20l級鋼制成，壁厚為10至90mm且底部厚度為70至120mm。

內(nèi)層(13)可以由諸如22k、20k、25l、20l、09g2s、鋼20等級的鋼制成，壁厚為5-50mm且底部厚度為20至60mm。

填料層(12)由具有從800至1400℃的熔點的材料制成，最大熔點等于用于內(nèi)層(13)中的鋼的熔點。填料可以由以氧化鐵作為其主要成分、與捕捉裝置(8)的多層式容器(11)的外層進行熱交換的混凝土或陶瓷片(回填物)制成。為了確保導熱性，陶瓷片應(yīng)當包括至少兩種成分：高熔點成分和低熔點成分。低熔點成分確保與多層式容器(11)的外層的導熱性。

填料(12)厚度hfil應(yīng)當滿足以下標準：0.8hext<hfil<1.6hext，其中hext是容器外壁的厚度。較低值用于具有5至10％的孔隙率的鑄造填料，而較高值用于具有高達40％的孔隙率的散填料：

特別地，填料層厚度可以是hfil＝10至100mm。

捕捉裝置(8)的多層式容器的上部部分配備有法蘭，該法蘭的內(nèi)徑和外徑分別與容器的內(nèi)壁內(nèi)徑和外壁外徑對應(yīng)。

捕捉裝置(8)的多層式容器(11)的外層可以另外包含位于填料層(12)與捕捉裝置(8)的外層(11)之間的渣層(15)(參見圖3)。渣層(15)可以預(yù)先形成，或在堆芯熔體冷卻的過程中形成。取決于熱交換和熱化學條件，層厚在堆芯熔體冷卻的初始階段期間從0.1至5mm不等，然后，隨著堆芯熔體冷卻，渣殼厚度可以顯著增大。渣層由以下氧化物中的至少一者制成：氧化鋯、氧化鋁、氧化鐵，前提是該層的最少基礎(chǔ)物質(zhì)含量為20wt.％。

此外，捕捉裝置(8)的多層式容器可以具有位于外壁和內(nèi)壁之間的另外的加強肋。

支承肋厚度hrib應(yīng)當滿足以下標準：0.5hext<hrib<hext，其中針對小于0.5hext的內(nèi)壁厚度采用較低值，否則采用較高值：

-由于肋的熱-機械不穩(wěn)定性(在甚至對填料的動態(tài)沖擊下發(fā)生嚴重的結(jié)構(gòu)變形)，較低值不能小于0.5hext，

-由于無法從多層式容器的外層(11)散熱：熱交換表面過熱并熔穿，較高值不能超過hext。

支承肋可以穿過多層式容器的內(nèi)層(13)進入捕捉裝置(8)的內(nèi)腔，從而形成保護框架。

多層式容器設(shè)計的示例：

-直徑：6m，

-外層：22k鋼、厚60mm的壁和25k鋼、厚90mm的底部，

-內(nèi)層：22k鋼、厚20mm的壁和22k鋼、厚30mm的底部，

-填料層：基于氧化鐵的陶瓷片，厚60mm，

-渣層：氧化鐵、氧化鋁和氧化鋯的混合物，厚0.5mm，

-支承肋：22k鋼，厚40mm。

填料(10)提供堆芯捕捉裝置(8)內(nèi)的堆芯熔體的容積分布。它設(shè)計用于堆芯熔體氧化和熔解，以減少體積能量釋放并且增加發(fā)射能量的堆芯熔體與多層式容器外層(11)之間的熱交換表面，并且有助于形成包含燃料的堆芯熔體碎片浮在鋼層上方的狀態(tài)。填料可以由鋼和包含鐵、鋁和鋯氧化物的氧化物成分制成，其中用于堆芯熔體分配的通道不僅設(shè)置在圓筒形部分中，而且也設(shè)置在底部圓錐形腔中。

操作臺(7)提供捕捉裝置(8)的頂部部分的熱防護，從而在定期的預(yù)防性維護期間通過訪問以下部件來執(zhí)行對反應(yīng)堆容器(1)的目視檢查：

-在泄漏事故的情況下用于修正和水去除的填料，

-保護填料免受泄漏事故的加壓組件，

-用于修理或傳感器更換的i&c傳感器覆蓋管端配件。

要求專利權(quán)的系統(tǒng)操作如下：

在容器(1)被熔毀時，受流體靜力和過壓沖擊的堆芯熔融物開始向由懸臂桁架(5)支承的導流板(4)表面移動。

隨著堆芯經(jīng)導流板(4)的各區(qū)段流下，它進入捕捉裝置(8)的多層式容器內(nèi)并與填料(10)接觸。

在部分不對稱的堆芯熔體流下的情況下，懸臂桁架(5)和操作臺(7)的熱防護層(6)開始熔化。在被熔毀的情況下，熱防護層在降低堆芯熔體自身的溫度和化學反應(yīng)性的同時減輕了堆芯熔體對受保護的設(shè)備的熱沖擊。

首先，堆芯熔體填充堆坑(14)，然后，隨著填料(10)的其它鋼結(jié)構(gòu)件熔化，堆芯熔體填充填料(10)的非金屬成分之間的空隙。填料的非金屬成分與專用水泥互相連接，所述專用水泥使得連同這些非金屬成分一起燒制成防止填料的構(gòu)件在較重的堆芯熔融物中浮起的結(jié)構(gòu)。隨著非金屬成分被燒制在一起，這種結(jié)構(gòu)在填料的鋼緊固件損失其強度時具有足夠的強度。因此，通過在燒制期間提高填料的非金屬成分結(jié)構(gòu)強度來補償填料的鋼構(gòu)件強度在升溫期間的下降。在填料的鋼構(gòu)件熔化與熔解之后，填料的非金屬成分與堆芯熔融物成分的表面相互作用開始。填料設(shè)計、物理和化學性質(zhì)被選擇成提供堆芯熔融物中的填料熔解的最高效率，防止堆芯熔體升溫，減少氣溶膠生成和從熔融鏡的輻射傳熱，減少氫和其它非冷凝氣體的生成。填料成分之一是具有不同氧化程度的氧化鐵，該氧化鐵使鋯氧化，在其與堆芯熔融物相互作用的過程中使鈾和钚的二氧化物完全氧化，從而防止它們的金屬相，并且確保其它堆芯熔體成分的完全氧化，這能夠防止水蒸汽輻解并且阻止來自大氣的氧吸附在金屬鏡面上。這進一步引起氫發(fā)射/輻射的顯著減少。氧化鐵在此過程中釋放氧并且可以脫氧至包含金屬鐵。

堆芯熔融物分兩個階段進入到填料(10)中：在第一階段期間，摻合有氧化物的熔融鋼和鋯從反應(yīng)堆容器(1)流入至填料(10)，在第二階段期間，摻合有金屬的高熔點液態(tài)氧化物充當熔融物的主要成分。因此，堆芯熔融物與填料之間存在兩種不同類型的相互作用：1)隨著來自堆芯熔融物的流體金屬鋯在與非金屬填料成分——所述非金屬填料成分在熔化之后浮起并且在熔融金屬層上方形成輕質(zhì)鐵和鋯氧化物層——進行邊界相互作用的過程中氧化，堆芯熔融物的金屬成分與填料成分相互作用并使其熔化，2)堆芯熔融物的氧化物成分與金屬結(jié)構(gòu)和非金屬填料成分相互作用，使其熔化與熔解，同時堆芯熔融物的氧化物部分中包含的鋯、鉻和某些其它熔融金屬在與非金屬填料成分相互作用期間氧化。此類復雜的多階段相互作用引起熔融物氧化物部分的進一步氧化和熔融金屬部分的最活性成分的氧化、具有預(yù)設(shè)特性的堆芯熔體的生成，所述預(yù)設(shè)特性允許將堆芯熔體封閉在有限容積內(nèi)并且執(zhí)行其安全和有效的長期冷卻。

堆芯熔體與填料的相互作用引起所產(chǎn)生的堆芯熔體溫度降低約1.5至2倍，這允許顯著降低從熔融鏡到懸臂桁架、導流板和導流板上方的反應(yīng)堆容器底部的輻射熱流量。為了更有效地降低來自熔融鏡的輻射熱流量和氣溶膠生成，使用天然和人工兩種渣帽，在專用混凝土在來自熔融鏡的熱輻射下熔化期間以及在流態(tài)堆芯熔體熔融物與填料相互作用期間均會形成所述渣帽。渣帽的厚度和使用壽命被選擇成使得在最壞情況下在堆芯熔體封閉的初始階段最大限度地減輕熔融鏡對位于上方的設(shè)備的沖擊：在堆芯熔體進入填料并蓄積在堆芯捕捉裝置的容器中期間。堆芯熔融物進入堆芯捕捉裝置的容器的時間可以長達數(shù)小時，而氧化物相進入明顯不均勻并且會接著出現(xiàn)流量的明顯變化或臨時終止。

填料和堆芯熔融物的化學反應(yīng)逐漸改變堆芯熔體組分和結(jié)構(gòu)。在初始階段，堆芯熔融物可以從均質(zhì)結(jié)構(gòu)變成雙層結(jié)構(gòu)：通常為頂部上的熔融鋼和鋯與底部中的混合有金屬的高熔點氧化物熔融物的混合物，高熔點氧化物熔融物密度平均比熔融金屬混合物的密度高25％。隨著填料在堆芯熔融物流態(tài)氧化物中逐漸熔解，堆芯熔體組分、特別是其氧化物部分逐漸改變：流態(tài)氧化物密度比熔融金屬的密度變化更集中/密集地降低。該過程引起堆芯熔體的流態(tài)金屬與氧化物部分之間的密度差的連續(xù)減小。填料中的非金屬犧牲材料的初始重量被選擇成確保堆芯流體高熔點氧化物中的非金屬犧牲材料以這樣的量熔解：新氧化物熔融物的最終密度將小于堆芯熔體熔融金屬部分的密度。當流態(tài)氧化物密度變成小于熔融金屬密度時，堆芯熔體熔池中發(fā)生倒置/逆轉(zhuǎn)：流態(tài)氧化物上浮，而堆芯熔體熔融金屬部分下沉。這種新的堆芯熔體結(jié)構(gòu)使得能夠執(zhí)行熔融鏡的安全水冷卻。當流態(tài)氧化物來到表面中，冷卻水由于流態(tài)氧化物的熱物理特性而不會形成蒸汽爆破的風險，并且不會進入生成氫的化學反應(yīng)，由于較低的熔融鏡溫度而不會發(fā)生熱分解。流態(tài)氧化物和金屬的倒置允許提供經(jīng)堆芯捕捉裝置的容器來到最終的冷源(通過流態(tài)氧化物和熔融金屬的各種熱物理特性產(chǎn)生的水)的更穩(wěn)定的熱流動。

熱分三個階段從堆芯熔體傳遞到捕捉裝置(8)。在第一階段，當大體上熔融的金屬流入填料(10)的堆坑(14)中時，捕捉裝置(8)的多層式容器的各層(11-13)與熔融物之間的熱交換不是特別密集：通過熔融物蓄積的熱主要消耗在填料的結(jié)構(gòu)部件的加熱和部分熔化上。捕捉裝置(8)的下部部分被均勻地加熱并且不具有明顯特征?？紤]到捕捉裝置(8)的圓錐形底部比其圓筒形部分平均要厚30％，并且從頂部向下的豎向?qū)α鱾鳠崦黠@不如從底部向上的徑向?qū)α鱾鳠峄蜇Q向?qū)α鱾鳠岣咝?，捕捉裝置(8)的底部加熱過程明顯比其圓筒形部分的后續(xù)加熱更慢。

在第二階段，當流態(tài)高熔點/難熔氧化物占主導時，堆芯熔體熔融物液位明顯升高(考慮到填料犧牲材料的熔解)。堆芯熔體的氧化物部分釋放能量。能量釋放以大約9比1的比例在堆芯熔體的氧化物部分與金屬部分之間分配，這引起來自堆芯熔體的氧化物部分的大量熱流。由于在與填料相互作用的初始階段，堆芯熔體的氧化物部分的密度明顯比熔融金屬的密度高，因此可能出現(xiàn)堆芯熔體成分的層化(分層)和再分布：熔融金屬位于頂部，而高熔點氧化物位于底部。在此狀態(tài)下，當捕捉裝置(8)的底部由于對流傳熱從頂部向下定向而未被高熔點氧化物顯著加熱時，“容器壁/氧化物”邊界上的氧化物外殼的導熱率不明顯并且平均不超過1w/(mk)。由熔融的高熔點氧化物組成的氧化物外殼(渣線)由于“氧化物/金屬”邊界上的氧化物熔融物冷卻而形成，因為金屬具有比氧化物高數(shù)倍的導熱率并且可以向最終的冷源(水)提供更好的傳熱。這種效應(yīng)用于允許防止堆芯熔體與水冷卻的多層式容器的外層(11)之間的化學相互作用并提供其熱防護的可靠堆芯熔體封閉。流態(tài)氧化物上方的熔融金屬通常由于與流態(tài)氧化物的對流傳熱(傳熱方向為從底部向上)而接收能量。此狀態(tài)會引起堆芯熔體熔融金屬部分的過熱以及經(jīng)捕捉裝置(8)的多層式容器的各層(11-13)向最終冷源的熱流動的明顯不均勻分布，同時由于來自熔融鏡的輻射而增加熱流密度。在捕捉裝置(8)的多層式容器的各層(11-13)和堆芯熔體的液態(tài)金屬部分的相互作用區(qū)域中，既不會形成渣層，也不會形成由于多層式容器過熱而產(chǎn)生的自然屏障。通過設(shè)計規(guī)定來解決目前的任務(wù)。

在第三階段，堆芯熔體隨著其出現(xiàn)在多層式容器的內(nèi)層(13)上而與填料(10)相互作用。此時，位于反應(yīng)堆腔(3)側(cè)的多層式容器的外層(11)填充有水。堆芯捕捉裝置(8)安裝在反應(yīng)堆腔(3)中，并且在設(shè)計和超設(shè)計基準事故期間與收集反應(yīng)堆設(shè)備主回路冷卻液的堆坑連接，水從安全系統(tǒng)供給到所述主回路。為了防止多層式容器的外層(11)經(jīng)由高溫堆芯熔體熔融物傳熱的故障，堆芯捕捉裝置(8)被設(shè)計為上述多層式容器。在這種情況下，可以將熱負荷和機械負荷分布在多層式容器的各層(11-13)之間：主要的熱負荷由內(nèi)層(13)吸收，而主要的機械負荷(沖擊和壓力)由外層(11)吸收。機械負荷通過支承肋而從內(nèi)層(13)傳遞至外層(11)，所述支承肋安裝在外層(11)的內(nèi)表面上，內(nèi)層(13)焊接至所述支承肋。這種設(shè)計確保了內(nèi)層(13)將熱變形應(yīng)力經(jīng)肋傳遞至冷卻后的外層(11)。為了最大限度地減小內(nèi)層(13)側(cè)的熱應(yīng)力，肋利用熱阻尼與外層(11)連接。

由導熱性不好的材料制成且位于內(nèi)層與外層之間的多層式容器的填料(12)確保了在堆芯熔融物進入的初始階段維持捕捉裝置(8)的外層(11)的絕熱。填料(12)的主要用途是保護捕捉裝置(8)的外層(11)免受熱沖擊并且在其內(nèi)表面上形成渣層。堆芯熔體加熱內(nèi)層(13)并使其熔化，將熱傳遞至填料(12)，填料也在被加熱的同時也熔化并且在多層式容器的外層(11)的較冷內(nèi)表面上形成渣殼。該過程繼續(xù)到多層式容器的內(nèi)層(13)和填料(12)完全熔化為止。填料(12)由于填料的低導熱率而迅速熔化并且稀釋在堆芯熔體中，因此，從堆芯熔體到多層式容器的內(nèi)層(13)的熱流將幾乎專門用于熔化內(nèi)層(13)和填料(12)。由填料形成的渣層允許將熱流限制至多層式容器的外層(11)，貫穿外層(11)的高度重新分配熱流，并且關(guān)于局部高度和方位變動使其整平(在多層式容器的中心面中)。

需要對通過多層式容器的外層(11)的熱流進行密度限制，以確保向最終冷源(即堆芯捕捉裝置(8)的周圍的水)的穩(wěn)定和不危急的傳熱。熱在“池內(nèi)沸騰”模式下傳遞到水，這提供了以不受限的時間段非能動除熱的可能性。熱流限制的功能通過核反應(yīng)堆堆芯熔融物冷卻和封閉系統(tǒng)的兩個部分來實現(xiàn)。

第一部分為填料(10)，其一方面提供堆芯熔體的產(chǎn)熱部分的稀釋和體積增大，從而允許在減小從堆芯捕捉裝置(8)的外層(11)通過的熱流密度的同時增加熱交換面積；另一方面在通過在堆芯捕捉裝置(8)的下部部分中再分配熱流而減少通向外層(11)的最大熱流的同時，提供氧化物部分向上運動而液態(tài)金屬部分向下運動的堆芯熔體的氧化物部分和金屬部分的倒置。第二部分為多層式容器的填料(12)，其通過形成高熔點渣殼而借助堆芯捕捉裝置(8)的外層(11)的高度和方位來提供外層(11)處的最大熱流的減少(整平)，所述渣殼確保來自堆芯熔體的最大熱流的再分配。

外層(11)表面上產(chǎn)生的蒸汽上行并經(jīng)蒸汽泄放通道流向安全殼，蒸汽然后在該安全殼處冷凝。冷凝物從安全殼流向堆坑，所述堆坑借助流動通路與其中安裝了堆芯捕捉裝置(8)的反應(yīng)堆腔(3)連接。因此，在堆芯捕捉裝置的長期冷卻的情況下，確保了冷卻水循環(huán)和從外層(11)的恒定除熱。捕捉裝置(8)中的堆芯熔體隨著所儲存的熱和殘留能量所釋放的熱的減少而冷卻。在與填料(10)的相互作用完成之后的熔融物冷卻的初始階段，通過多層式容器的外層(11)執(zhí)行主要熱交換。在水供給到捕捉裝置(8)之后，熱流逐漸被整平：從外層(11)通過的熱流變成與來自堆芯熔體表面的熱流相等。在最后階段，堆芯熔體可以直接通過供給到堆芯捕捉裝置(8)中的水冷卻，這在堆芯熔體在其凝固期間形成可滲透水的結(jié)構(gòu)的情況下是可能的。

因此，用于水冷、水慢化的核反應(yīng)堆堆芯熔融物的冷卻和封閉系統(tǒng)的所述捕捉裝置(8)整體上允許在維持多層式容器的外層(11)的完整性的同時提高從熔融物除熱的效率。