МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОРИУМА С КАНДИДАТНЫМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ – ОХЛАДИТЕЛЯМИ В ЛОВУШКЕ РАСПЛАВА ЛЕГКОВОДНОГО РЕАКТОРА

Одним из обязательных элементов системы безопасности реактора, предотвращающей выход материалов активной зоны реактора при тяжелой аварии, является ловушка расплава, которая представляет собой стальной корпус, заполненный жертвенными материалами (ЖМ), и образующий сосуд, где формируется ванна кориума, поступающая из активной зоны. Охлаждение образующейся в ловушке ванны расплава происходит отводом тепла к охлаждающей воде через оболочку стального корпуса, а также водой, подаваемой непосредственно на поверхность расплава после завершения процесса растворения ЖМ в кориуме (гравитационная инверсия). Задержка подачи воды на расплав связана с особенностями компонентного состава кориума и его взаимодействием с водой (образование взрывоопасного водорода и возможность его детонации, а также угроза парового взрыва). Однако на осуществление гравитационной инверсии затрачивается некоторое количество времени, а подачу воды на расплав желательно начинать сразу в момент выхода кориума в ловушку ввиду опасности выхода системы за допустимые пределы (начало кипения диоксида урана) благодаря остаточным тепловыделениям в кориуме. В связи с этим у авторов возникла идея – использовать легкоплавкий металл для дополнительного охлаждения поверхности кориума с целью организации непрерывного теплосъема и уменьшения температуры кориума в период до окончания процесса гравитационной инверсии. В представленной статье приведены результаты моделирования взаимодействия кориума с кандидатными легкоплавкими металлами – охладителями. Моделирование осуществлялось с помощью программного комплекса ANSYS. В результате проведенной работы определено время, за которое каждый из рассматриваемых металлов – охладителей достигнет точек фазовых переходов плавления и кипения. Анализ результатов позволил сделать соответствующие выводы об возможной практической реализации предложенного способа охлаждения кориума.

1. Кухтевич И.В., Безлепкин В.В., Хабенский В.Б., Грановский В.С., Асмолов В.Г., Бешта С.В., Сидоров А.С., Беркович В.М., Стрижев В.Ф., Хуа Минь Чан, Рогов М.Ф., Новак В.П. Концепция локализации расплава кориума на внекорпусной стадии запроектной аварии АЭС с ВВЭР-1000 // Отраслевая конференция «Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР». СПб., 2000.

2. Молчанов И. А., Шумилин М. П. Удержание расплава активной зоны внутри контаймента при тяжелых авариях ядерных энергоблоков // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2011. – № 2(8). – С. 65–67.

3. Сидоров А.С., Рогов М.Ф., Новак В.П., Кухтевич И.В., Безлепкин В.В., Хабенский В.Б., Грановский В.С., Бешта С.В., Асмолов В.Г. Устройство локализации расплава Тяньваньской АЭС. Конструкция и функционирование // Отраслевая конференция «Вопросы безопасности АЭС с ВВЭР». СПб., 2000.

4. Столяревский А.Я. Проблема удержания расплава топлива в защитной оболочке АЭС с ВВЭР // Альтернативная энергетика и экология. № 6 (146). 2014, с. 25–35.

5. Сидоров А.С., Носенко Г.Е., Грановский В.С. и др., Система защиты защитной оболочки реакторной установки водо-водяного типа, Пат. РФ № 2165108, 04.10.2001, бюл. № 32.

6. Melt-Structure-Water Interactions During Severe Accident in LWRs. B.R. Sehgal et al, NPSD, Royal Institute of Technology, Annual Report, Sweden, Nov. 2000.

7. Гусаров В.В., Альмяшев В.И., Бешта С.В., Хабенский В.Б., Удалов Ю.П., Грановский В.С. Жертвенные материалы системы безопасности атомных электростанций – новый класс функциональных материалов // Теплоэнергетика. 2001. №9, сентябрь. C. 22–24.

8. Асмолов В.Г. и др. Выбор буферного материала ловушки для удержания расплава активной зоны ВВЭР1000 // Атомная энергия. 2002. Т. 92. Вып. 1. С. 7–18

9. Морозов А. В., Ремизов О. В. Тяжелые аварии на АЭС с ВВЭР. – 2012. – 136 c.

10. Столяревский А.Я., Атомные станции: теперь с «ловушкой», – «Энергия», 2002, № 4, c. 9–17

11. Skakov М., Toleubekov K., Baklanov V., Gradoboev А., Akayev A., & Bekmuldin M. The method of corium cooling in a core catcher of a light-water nuclear reactor. Eurasian Physical Technical Journal, 19(3(41), 2022, 69– 77. https://doi.org/10.31489/2022No3/69-77

12. ANSYS Fluent Tutorial Guide, 2016.

13. Сидоров А.С. Локализация и охлаждение кориума в запроектной аварии водо-водяного энергетического реактора при разрушении активной зоны // дисс. на соискание уч. ст. к.т.н., Москва, 2004 г.

14. Чиркин В.С., «Теплофизические свойства материалов ядерной техники», М.: АТОМИЗДАТ. – 1968.

15. Bechta, S.V., Granovsky, V.S., Khabensky, et al. VVER steel corrosion during in-vessel retention of corium melt // European Review Meeting on Severe Accident Research (ERMSAR Meeting), 23–25 September, 2008b, Nessebar, Bulgaria.

16. В. Г. Асмолов, В. Н. Загрязкин, Е. В. Астахова, и др. Плотность UO2–ZrO2-расплавов // ТВТ, 2003, том 41, выпуск 5, 714–719.