至少部分地回拉由中子吸收材料制成的控制棒時(shí)，核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在加熱(主)冷卻劑水的核反應(yīng)堆堆芯中啟動(dòng)。說(shuō)明性的CRDM22是內(nèi)部CRDM，其中該控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)單元包括其電動(dòng)機(jī)22m，該電動(dòng)機(jī)包括設(shè)置在壓力容器14內(nèi)的轉(zhuǎn)子和定子，引導(dǎo)框支架23引導(dǎo)位于堆芯上方的控制桿的部分；在其他實(shí)施例中，還可以使用外部CRDM單元。在說(shuō)明性的整體式PWRlO中，單獨(dú)的水流量(二次冷卻劑)分別通過(guò)給水進(jìn)口 24和蒸汽出口 26進(jìn)入和離開(kāi)蒸汽發(fā)生器16。二次冷卻劑流過(guò)蒸汽發(fā)生器16的二次冷卻劑通道，并且通過(guò)由(主)冷卻劑水所攜帶的來(lái)自反應(yīng)堆堆芯的熱量被轉(zhuǎn)換為蒸汽。蒸汽發(fā)生器16從而充當(dāng)核反應(yīng)堆10的散熱器。在其它的反應(yīng)堆類(lèi)型中，這種散熱通過(guò)不同的機(jī)構(gòu)獲得。例如，在具有外部蒸汽發(fā)生器的PWR中，主冷卻劑通過(guò)管道被輸送出壓力容器至外部蒸汽發(fā)生器，其將二次冷卻劑流量轉(zhuǎn)換為蒸汽。在BWR中，主冷卻劑被煮沸，以在壓力容器內(nèi)形成蒸汽，該主冷卻劑蒸汽直接驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)或其他有用裝置。說(shuō)明性的整體式PWRlO的壓力容器14包括容納核反應(yīng)堆堆芯20的下部30和容納蒸汽發(fā)生器16的上部32，中間凸緣34連接壓力容器的上部和下部。壓力容器14內(nèi)的主冷卻劑流動(dòng)回路由在反應(yīng)堆堆芯20上方向上延伸的圓柱形中央立管36和限定在圓柱形中央立管36與壓力容器14之間的降液管環(huán)形38限定。流動(dòng)可以由自然循環(huán)(即由穿過(guò)中央圓柱形立管36上升、在頂部排出并且通過(guò)降液管環(huán)形38向下流動(dòng)的通過(guò)反應(yīng)堆堆芯20加熱的主冷卻劑)驅(qū)動(dòng)，或者可以由反應(yīng)堆冷卻劑栗(RCP)協(xié)助或驅(qū)動(dòng)，比如說(shuō)明性的RCP，其包括含有由RCP電動(dòng)機(jī)42驅(qū)動(dòng)的葉輪的RCP殼體40。該RCP可替代地沿著主冷卻劑路徑位于別處，或者完全在自然循環(huán)反應(yīng)堆中省略。再次指出的是，本說(shuō)明性的SMRlO僅是一個(gè)說(shuō)明性示例，所公開(kāi)的ECC技術(shù)適當(dāng)?shù)夭捎么笾氯魏晤?lèi)型的輕水核反應(yīng)堆。
[0025]繼續(xù)參考圖1，示出了設(shè)置在放射性殼體結(jié)構(gòu)50 (這里也稱(chēng)為“放射性殼體”或簡(jiǎn)單地說(shuō)成“殼體”)中的SMRlO連同換料水箱(RWST) 12的示意性剖視圖。雖然示出了單個(gè)RWST12，但應(yīng)當(dāng)理解的是，兩個(gè)或更多個(gè)RWST可以設(shè)置在殼體內(nèi)部，以提供冗余和/或提供水的更大的總體積。該RWST12用于多種目的。顧名思義，其提供水用于常規(guī)的換料過(guò)程(即除去廢燃料，包括核反應(yīng)堆堆芯及其采用新鮮燃料的更換)。RWST12還用作水儲(chǔ)存器，用于在某些意外事故情形期間使用，比如在出現(xiàn)散熱損失的情況下，其中經(jīng)由蒸汽發(fā)生器16或其他散熱通路的散熱被中斷，導(dǎo)致反應(yīng)堆壓力容器14中的壓力和溫度上升；或者冷卻劑事故損失(LOCA)，其中斷裂出現(xiàn)在與壓力容器14連接的(相對(duì)大直徑)管道或容器滲透中。
[0026]圖1示意性地示出了對(duì)LOCA的響應(yīng)，包括蒸汽52 (可能以?xún)上嗾羝?水混合物52的形式)從中逸出的斷裂。在圖1中，這樣的LOCA示意性地示出為始于在壓力容器14頂部的整體式加壓器18附近。從壓力容器14逸出的蒸汽/水52被放射性殼體50包含，釋放的能量通過(guò)合適的傳遞機(jī)構(gòu)被噴射到最終的散熱器(UHS)54。在說(shuō)明性的圖1中，此熱傳遞通過(guò)位于殼體50的頂部上并且與該殼體頂部熱接觸的UHS54之間的直接熱接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)(至少部分地)。
[0027]此外，被動(dòng)應(yīng)急堆芯冷卻(ECC)被激活，這通過(guò)使用連接到加壓器18 (在圖1的說(shuō)明性示例中或者在其他反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中)的閥來(lái)對(duì)反應(yīng)堆10降壓，以將壓力容器通風(fēng)到該RWST。這個(gè)操作由承載來(lái)自加壓器18的蒸汽(或兩相的蒸汽/水混合物)的蒸汽通道60示意性表示，以噴射到RWST12的頂部中。源于壓力容器通風(fēng)到RWST12的RWST12中的任何過(guò)剩壓力經(jīng)由蒸汽通風(fēng)孔62逸出。盡管對(duì)反應(yīng)堆降壓，但是水最初從兩個(gè)氮?dú)饧訅褐虚g壓力噴射罐(IPIT，圖1中示出了其中的一個(gè)說(shuō)明性IPIT64)被注入到反應(yīng)堆容器中，以確保反應(yīng)堆堆芯20保持浸沒(méi)在冷卻劑水中。來(lái)自IPIT64的水任選地包括硼或其它中子毒物，以促進(jìn)核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的迅速關(guān)閉。一旦反應(yīng)堆10被減壓，則RWST12 (或多個(gè)RWST，如果殼體內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)或更多個(gè)冗余的RWST單元的話(huà))中的水經(jīng)由從RWST12運(yùn)行至反應(yīng)堆壓力容器的注入管線66而排入反應(yīng)堆容器14，從而再填充容器14。(要指出的是，在說(shuō)明性的圖1中，注入管線66的下游部分還提供了輸入路徑用于來(lái)自IPIT64的水，在這種情況下，存在合適的閥，被提供成在初始減壓完成之后關(guān)閉IPIT64。該閥任選的是被動(dòng)的，例如在壓力容器14中的壓力下降到低于設(shè)定點(diǎn)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。還設(shè)想的是通過(guò)來(lái)自注入管線66的單獨(dú)管線將IPIT與反應(yīng)堆壓力容器連接。)RWST12中的水為反應(yīng)堆堆芯20提供長(zhǎng)期冷卻。
[0028]對(duì)散熱損失情況的ECC響應(yīng)是相似的，所不同的是冷卻劑不是通過(guò)LOCA斷裂而損失的，而是散熱損失引起壓力容器14中的壓力上升超過(guò)ECC激活來(lái)對(duì)壓力容器14減壓的閾值。
[0029]水從RWST12的流動(dòng)重新填充反應(yīng)堆容器14。在用于類(lèi)似于采用兩個(gè)RWST單元的圖1的說(shuō)明性SMR1的SMR中的LOCA的一些計(jì)算中，水位被計(jì)算至下降到反應(yīng)堆堆芯20頂部的50英寸內(nèi)，且包括水和蒸汽的混合物的逸出主冷卻劑52通過(guò)加壓器18中的斷裂而流出容器14。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，RWST12中的水位被計(jì)算至下降，但分析表明反應(yīng)堆壓力容器14中的水位仍然很高。由于不受限于任何具體的操作理論，所以可以認(rèn)為這是由于因飽和條件和中央立管36中的蒸汽而帶來(lái)的反應(yīng)堆堆芯20上方的水的低密度。其結(jié)果是，顯著量的水通過(guò)斷裂(即，整體式的體積流量52很高)流出，造成RWST12比其在如果所有的水轉(zhuǎn)化為蒸汽時(shí)否則將會(huì)的更快排出。在計(jì)算的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)中，在各個(gè)RWST12中有足夠的水來(lái)除去堆芯衰變熱達(dá)72小時(shí)以上，如果所有的水轉(zhuǎn)化為蒸汽的話(huà)。然而，通過(guò)LOCA斷裂的液體水損失僅去除約10%的能量(其在如果等效的水質(zhì)量由壓力容器14中的熱量轉(zhuǎn)換成蒸汽時(shí)將會(huì)被移除)。因此，源于斷裂所攜帶的水對(duì)RWST12的衰變熱移除容量具有不利影響。
[0030]參考圖2，源于斷裂的過(guò)量水夾帶(carryover)可以潛在地減少RWST熱移除容量至小于72小時(shí)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。在圖2所報(bào)告的計(jì)算中，RWST12在僅約48小時(shí)中被排干水，這比72小時(shí)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)小得多。
[0031]參考圖3，用于改進(jìn)RWST能量移除容量同時(shí)保留被動(dòng)操作的一種方法可以是通過(guò)使用從RWST運(yùn)行到反應(yīng)堆壓力容器的注入管線中的孔(即收縮，未示出)來(lái)限制水從RWST流動(dòng)。向RWST注入管線加入流體流動(dòng)阻力減少流動(dòng)勢(shì)，且由此降低通過(guò)斷裂的水夾帶。然而，孔不能被制作得小成使得在(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)72小時(shí))ECC操作上的任何時(shí)間的流動(dòng)降低到低于足以提供最小衰變熱移除速率的所需流量。圖3示出了使用這種方法的計(jì)算結(jié)果，假設(shè)(冗余)2個(gè)RWST中的僅一個(gè)正在執(zhí)行ECC操作。最初，動(dòng)力水頭很高，因?yàn)楦叩某跏糝WST水平(假設(shè)為在這些計(jì)算中開(kāi)始于82英尺水平)和反應(yīng)堆壓力容器中的低水位。然而，隨著壓力容器填充，動(dòng)力水頭被降低，降低了流動(dòng)。此時(shí)，從RWST的流動(dòng)幾乎線性地減小，如圖3所看到的那樣，從而導(dǎo)致過(guò)度流動(dòng)達(dá)第一 50小時(shí)。此時(shí)，RWST基本上是空的，且冷卻丟失，以及沒(méi)有達(dá)到72小時(shí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[0032]返回參照?qǐng)D1并且進(jìn)一步參照?qǐng)D4和5 (它們示出了在ECC過(guò)程(圖4)的開(kāi)始和ECC過(guò)程(圖5)的中途的RWST12和注入管線66的細(xì)節(jié)圖)，對(duì)提供調(diào)整的被動(dòng)ECC流動(dòng)的方法進(jìn)行說(shuō)明。目標(biāo)是調(diào)整從RWST12進(jìn)入壓力容器14的流動(dòng)作為時(shí)間的函數(shù)以大約匹配衰變熱與時(shí)間的曲線。該方法使用設(shè)置在RWST12中的豎管70。豎管70的下端進(jìn)入從RWST12運(yùn)行到反應(yīng)堆壓力容器14(參見(jiàn)圖1)的注入管線66。豎管12的上端延伸到的高度是低于RWST12的初始(且因此是最高)水位LO的深度dl (參見(jiàn)圖4)。在圖1所示的說(shuō)明性例子中，初始水位LO還與加壓器18的頂部重合一這不是必須的，但具有的優(yōu)點(diǎn)是提供最大的水頭同時(shí)避免來(lái)自RWST12的未加壓液態(tài)水從在加壓器18頂部的容器斷裂溢出的可能性。
[0033]特別參照?qǐng)D4和5，豎管70包括多個(gè)孔00、01、02，其中的每個(gè)允許水進(jìn)入豎管70，只要RWST12中的水位在孔的上方。在說(shuō)明性的圖4和5中，孔包括:孔00，其是在豎管70頂部的開(kāi)口，位于RWST12的初始水位LO下方的深度d1;孔01，其位于初始水位線LO下方的深度d2;以及孔02，其位于豎管70的底部或附近且因此在初始水位LO下方的最大深度d_。由于不失一般性，說(shuō)明性的孔00、01、02因而位于初