核电设施的制作方法与工艺

核电设施本申请要求2011年7月28日提交的美国临时申请No.61/512,644的权益。本申请要求2011年2月8日提交的美国临时申请No.61/440,545的权益。2011年7月28日提交的美国临时申请No.61/512,644全文以参见的方式纳入本文。2011年2月8日提交的美国临时申请No.61/440,545全文以参见的方式纳入本文。

背景技术：
以下涉及核发电领域、核电设施领域、核反应堆设施布置领域以及相关领域。构造核电设施是一个宽泛的工作。通过工厂设计和构造以产生电力输出的初始概念可超过十年或更长实践，并可花费数百万美元或更多。核电设施设计成安全场所。紧急堆芯冷却系统（ECCS）结合核反应堆设计成在冷却剂丧失事故（LOCA）、散热器丧失事故情况下或可能影响安全的其它情况下安全关闭核反应堆。另外，核电设施对恐怖分子、暴力活动组织等来说会是有吸引力的目标。因而，大多数国家采取措施确保核电设施免受外部攻击。在美国，核管理委员会（NRC）颁布的法规规定确保核电力设施免受外部攻击的规则。参见例如10C.F.R.Part73（美国联邦法典第10卷第73部分）{在http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/cfr/part073/可见,2011年1月28日最后访问)。根据NRC法规，定义保护区域，其边界受到限制进入保护区域的实体屏障的保护。10C.F.R.§73.55(e)(8)。包括至少反应堆控制室、乏燃料池和某些关键警报组件的重要区域位于保护区域内。10C.F.R.§73.55(e)(9)。隔离区域保持在与保护区域边界屏障相邻的室外区域。10C.F.R.§73.55(e)(7)。隔离区的大小和设计允许无障碍地观察和评估在保护区域屏障的任一侧上的活动，并用能够在完成穿过保护区域边界屏障之前探测和记录试图或实际穿过保护区域边界屏障的适当侵入探测设备进行监视。同上。尽管NRC法规规定核设施安全的某些方面，但应认识到每个设施具有独特的地理、地形、设施大小和其它因素。因而，为每个核电力设施开发特定的安全计划。总地参见C.F.R.Title10Part73(美国联邦法典第10卷第73部分)。美国以外司法管辖区通常具有类似于NRC的、颁布保护核电力设施法规的管理机构。

技术实现要素：
根据本文揭示的某些方面，一种设备包括：核岛，该核岛包括至少一个核反应堆；涡轮机岛，该涡轮机岛包括至少涡轮机建筑物，涡轮机建筑物容纳由核反应堆产生的蒸汽驱动的至少一个涡轮机；保护区域，该保护区域具有由至少一个围栏保护的边界；以及隔离区，该隔离区围绕保护区域并包括侵入探测装置，侵入探测装置构造成探测未经授权靠近保护区域。核岛设置在保护区域内，而涡轮机岛设置在保护区域外并与保护区域间隔开。根据本文揭示的某些方面，一种设备包括：核岛，该核岛包括至少一个核反应堆；涡轮机建筑物，该涡轮机建筑物容纳由核反应堆产生的蒸汽驱动的至少一个涡轮机；保护区域，该保护区域具有由至少一个围栏保护的边界；以及隔离区，该隔离区围绕保护区域并包括侵入探测装置，侵入探测装置构造成探测未经授权靠近保护区域。隔离区包括截获空间，截获空间围绕保护区域并具有至少30英尺宽的物理屏障场和传感器阵列，传感器阵列围绕截获空间并构造成探测未经授权靠近截获空间。根据本文揭示的某些方面，一种设备包括：核岛，该核岛包括至少一个核反应堆；以及涡轮机岛，该涡轮机岛包括由核反应堆产生的蒸汽驱动的至少一个涡轮机。核岛和涡轮机岛彼此间隔开。核岛与涡轮机岛之间的间距在某些实施例中为50英尺、且更佳地为100英尺，且再佳地为130英尺。在某些实施例中，核岛保持在比涡轮机岛高的安全等级。根据本文揭示的某些方面，一种设备包括：至少一个核反应堆；至少一个涡轮机，该至少一个涡轮机由核反应堆产生的蒸汽驱动；以及超级散热器，该超级散热器设置在地下并与核反应堆操作连通。附图的简要描述图1示意性地示出“2-组”核电力设施的俯视（即平面）图，包括具有两个核反应堆的核岛。图2示意性地示出“4-组”核电力设施的俯视（即平面）图，包括具有四个核反应堆的核岛。图3示意性地示出核电力设施的俯视（即平面）图，其中冷凝器位于围栏外。具体实施方式核电力设施通常为特定的电功率输出而设计，其设定了核反应堆和相关辐射限制和紧急堆芯冷却系统（ECCS）、一个或多个发电涡轮机等的大小和其它特征。反应堆位于封闭建筑物/安全壳建筑物内，关键ECCS部件和反应堆支承系统（即乏燃料、放射性废物）位于安全壳建筑物内部或紧靠安全壳建筑物，因此形成“核岛”。包括涡轮机、冷凝器、配电电网（即“开关站”）在内的其余部件（即“核电厂配套设施”）靠近核岛定位。用于产生电力的涡轮机通过核岛产生的蒸汽驱动，并容纳在紧靠核岛的涡轮机建筑物内。这使延伸到涡轮机建筑物的蒸汽管线和延伸到核岛的给水管线的长度最短，因此使瞬时热损失、管路冷凝以及链路内的寄生功率损失（即泵）最少，并使核岛和涡轮机建筑物能够构成用于安全目的的单个连续保护区域。基于各种因素选择设施场地，诸如地理上靠近电力用户、基础建设的支持、抗震性、冷却水的可用性等。设施设计还应结合安全性，尤其是对于“重要设备”，核管理委员会（NRC）将“重要设备”定义为“其故障、损坏或释放会由于暴露于辐射直接或间接危及公共健康和安全的任何设备、系统、装置或材料”。会需要在这些故障、损坏或释放后用于保护公共健康和安全的设备或系统也认为是重要的。”10C.F.R.§73.2。所有重要设备必须位于重要区域内，重要区域又必须位于保护区域内。10C.F.R.§73.55(e)(9)。保护区域是由安保人员例行巡逻并受物理屏障保护的限制访问区域。参见10C.F.R.§73.55(e)(8)。保护区域又由室外区域内的隔离区围绕，室外区域大小设定为不受阻碍地观察隔离区和保护区域内的活动，并用自动（和记录）入侵探测传感器和警报器监视。美国以外司法管辖区通常由类似的安全规定或指南来管理。通常，核电力设施建造成具有紧凑布局，涡轮机建筑物和紧靠的核岛形成连续保护区域的核心。在某些设施布局中，诸如开关站和/或冷凝器的核电厂配套设施的其它部分也包括在保护区域内。为了适应诸如用于涡轮机建筑物的屋顶安装冷却器的高处结构，在保护区域边界附近的适当位置建立守护塔以确保安全人员对整个保护区域边界具有连续、不受阻碍的重叠观察。如本文揭示的，关于核电力设施布局的常规方法具有某些缺点，它们通过本文所揭示的改进克服。在核电力设施的现有布局中，运行和维护成本都很高。例如，估计安保费用每年约二千五百万到三千万美元。该费用对于较小核电力设施来说是成问题的，诸如提出的产生不超过300兆瓦（电）的小型模块化反应堆（SMR）设计。此外，使用守护塔会有问题，因为守护塔内的人员的姿势是久坐不动，这对于安保人员所需的持续警觉性是不利的。鉴于此，静止守护姿势理想地应具有每两个小时左右的人员轮换。作为固定位置，边界附近的防护塔也是任何外部攻击的已知且很好圈定的目标。现有核电厂设施布局还使结构、维护、维修和升级操作复杂。在核岛上或涡轮机建筑物或者保护区域内的任何其它地方进行的任何工作必须由对在保护区域内工作有清楚了解的人员执行。在由承包商或其它“外部”人员进行工作的情况下，这些人员在保护区域内时必须陪同。此外，保护区域内的主要升级、诸如对现有设施的保护区域内的涡轮机岛增加新的涡轮机，可能需要一个或多个管理机构的审查和批准。还有，尽管现有的核电力设施是紧凑的，但它们将大量的运行部件放置在保护区域内。这导致紧凑保护区域内存在相对大量的人员，这在安全性、人员疏散程序等方面会有问题。参考图1，在平面图中示出本文揭示的改进核电力设施（即，示意性俯视图）。核电力设施包括核岛和涡轮机岛，核岛包括容纳至少一个核反应堆的封闭建筑物10（说明性图1示出容纳两个核反应堆12、14的“两组”，并还示出封闭建筑物10内的乏燃料池16以在乏燃料从反应堆取出后存储乏燃料），涡轮机岛包括容纳至少一个涡轮机的涡轮机建筑物20。一个或多个核反应堆12、14可包括利用主回路和蒸汽回路的基本上任何类型的核反应堆，在较佳实施例中包括压水反应堆（PWR）。一个或多个核反应堆可经由主冷却剂回路与外部蒸汽发生器（未示出，但在这些实施例中也容纳在封闭建筑物内）操作地连接。在说明性实例中，核反应堆12、14是“一体式”核反应堆，其中蒸汽发生器位于反应堆容器内。该后一构造的某些实例在Thome等人的2010年12月16日公开的美国公开第2010/0316181Al号“IntegralHelicalCoilPressurizedWaterNuclearReactor”中有所阐述，该公开全文以参见的方式纳入本文，且在http://www.babcock.com/products/modular_nuclear/（2011年1月29日最后访问）（描述开发中的B&WmPowerTM一体式小型模块化反应堆设计）中有所阐述。美国专利申请公开第2010/0316181Al号公开了一种一体式PWR，其采用具有螺旋盘管的蒸汽发生器；但更通常地，一体式蒸汽发生器可采用直管，例如垂直管贯流式蒸汽发生器（OTSG）或其它管构造，且二级冷却剂可在管内（管侧）流动，主冷却剂围绕管流动，或者二级冷却剂可在围绕管的壳内（壳侧）流动，主冷却剂流过管。无论是采用一体式蒸汽发生器还是独立的蒸汽发生器，蒸汽发生器的目的是使在反应堆内流动的主冷却剂（通常是轻水，但也考虑诸如重水的其它类型的主冷却剂）与二级冷却剂水（即“给水”）热连通，二级冷却剂水由此被加热并转化成蒸汽。尽管在蒸汽发生器内主冷却剂和二级冷却剂之间热连通，但主冷却剂和二级冷却剂仍然流体分离，即主冷却剂和二级冷却剂之间不存在混合。二级冷却剂蒸汽经由蒸汽管线从核岛流到涡轮机岛以驱动涡轮机（或者，涡轮机/发电机组件）以产生通过开关站分配给消费者或其它终端用户的电。在某些实施例中，二级冷却剂水在闭环路径内流动，其中蒸汽在涡轮机岛或冷凝器21冷凝回液态水（即，液态二级冷却剂水）并经由给水管线流回核岛。蒸汽管线和选配的给水管线经由设施坑道22在核岛与涡轮机岛之间穿过。应理解，尽管示意性图1示出两个核反应堆（即“2-组”），但更通常地，核岛可包括一个核反应堆、两个核反应堆、三个核反应堆、四个核反应堆、五个核反应堆、六个核反应堆等。包括多个反应堆时，考虑核岛分成两个或多个不相邻的保护区域，或替代地多个反应堆设置在单个连续保护区域内（如说明性图1）。此外，应理解，示意性图1仅示出选择的显著特征，同时省略本领域已知的多个特征。继续参照图1，保护区域30具有由至少一个围栏32保护的边界。隔离区34围绕保护区域30并包括构造成探测未经授权接近保护区域30的侵入探测装置36（在图1中由围绕保护区域30的虚线指示，还适当地称为“PIDAS”边界，其中缩写“PIDAS”表示“边界侵入探测和评估系统（PerimeterIntrusionDetectionandAssessmentSystem）”），诸如热成像摄像头、振动传感器、微波探测器、运动探测摄像头及其各种组合等。在拟用于美国的实施例中，传感器的类型和密度、隔离区中采用的物理屏障的类型和数量、保护区域内的警报灯适当符合隔离区和保护区域的NRC法规，例如10C.F.R.§73.55中所阐述的。如图1可以看出的，核岛设置在保护区域30内。（如果多个反应堆设置在多个连续和/或不连续核岛，保护区域包含所有这些连续和/或不连续核岛-在说明性实例中两个核反应堆12、14设置在单个连续保护区域30内）。但是，涡轮机岛设置在保护区域30外并与保护区域30间隔开。该布置利用这里作出的这样的识别：（1）涡轮机和相关部件不是必须在保护区域内的重要设备，以及（2）涡轮机和相关部件可相对远离核岛定位。关于第（1）项，涡轮机岛不是关键区域，因为在任何认识到的紧急事件期间，涡轮机岛的故障、破坏或其它损坏不会直接或间接导致辐射释放，并且涡轮机岛不需要用于保护公共健康和安全。参见10C.F.R.§73.2。涡轮机由核岛产生的蒸汽驱动；但驱动涡轮机的蒸汽是未被任何放射性物质污染的二级冷却剂。从核岛延伸到涡轮机岛的蒸汽管线的断裂（或其它故障或停机）或从涡轮机岛延伸到核岛的给水管线的断裂（或其它故障或停机）不会造成（直接或间接）放射性材料的释放。最多，这种断裂或故障或停机会构成散热器受损事件，其中核反应堆的散热器由于蒸汽发生器内二级冷却剂的流动可能受损。在封闭建筑物内为反应堆设置的紧急堆芯冷却系统（ECCS）通过立即关闭反应堆、对由散热器损坏造成的任何损失压力上升减压、以及开始反应堆堆芯的冷却而适应任何散热器损坏事件。ECCS使用停机控制杆、可溶毒物注入、位于封闭建筑物内的蒸汽冷凝器、存储在位于封闭建筑物内换料用水贮存箱内存储的冷却水或者其它适当设备来进行该停机，而不会像封闭建筑物环境释放任何主冷却剂（比外部环境少得多）。关于第（2）项，本文认识到涡轮机和相关部件可相对远离核岛定位。该布置利用能够在批准前阶段在核电厂配套设施上开始构建（即，核岛外部的结构）并此后用核电厂配套设施支承核岛的并列结构，由此能够实现其它方式不能实现的结构优点。通常，涡轮机紧靠核岛定位从而使从核岛延伸到涡轮机建筑物的蒸汽管线的长度最短。这样做的原因是蒸汽管线经由蒸汽发生器运载由核反应堆加热的蒸汽，且因此较长的蒸汽管线会导致较多的热量损失且降低效率。但是，与诸如化石燃料设施的其它类型设施的比较表明这种担忧是不必要的且100英尺量级或更长的蒸汽管线是可行的，热量损失不会有问题。在某些实施例中，蒸汽管线和给水管线在地平面或以下，例如在图1中的说明性设施坑道22中。在能够进行更大量的热隔离方面这会是有利的，从而进一步减少蒸汽管道内的任何热损失。埋放这些管线还提供防止目标为这些管线的外部攻击的改进安全性。附加地或替代地，在某些实施例中，核岛至少部分在地下。在某些实施例中，核岛在地面以下，且保护区域30具有小于20英尺的最大高度。在某些实施例中，核岛在地面以下，且保护区域30具有小于36英尺的最大高度。尽管在较低高度设施（例如部分或完全在地下）通常认为容易受到来自较高高度的攻击，但本文认为部分或完全在地下的设施从安全角度看具有某些优点。通过部分或完全埋放核岛并将涡轮机放置在安全区域外，可使保护区域的最大高度变低，例如在某些实施例中小于20英尺，而在某些实施例中小于10英尺。这降低在保护区域内具有任何阻碍观察的可能性。实际上，在某些实施例中，考虑没有守护塔，因为它们不需要提供整个保护区域上的无阻碍观察。地下布置还可提供抵抗空中或射弹攻击的增强保护。在某些实施例中，超级散热器（UHS）既位于地下也位于核岛内或紧靠核岛的保护区域内。例如，在说明性图1中，多个UHS池38位于保护区域30内。该布置还能降低外部攻击切断将ECCS与超级散热器连接的管道从而损坏ECCS运行的可能性。实际上，如本文所揭示的，用于图1的核电力设施的安全计划与核电力设施常规采用的显著不同。目标是：(1)使保护区域的大小最小（甚至以较大总体核电力设施的代价）；(2)使保护区域内的高度最小；(3)使延迟元素最大；以及(4)使运行效率最高。通过形成围绕保护区域30并具有至少30英尺宽物理屏障场的截获空间（接合空间）40，并部署围绕截获空间40且构造成探测未经授权靠近截获空间40的传感器阵列36来实现图1的说明性实例中的第（3）项。物理屏障场适当地包括刺丝、倒钩条或铁丝网并具有足够的宽度（在图1中标为Wpb）以显著延迟经由周围的传感器阵列探测到侵入与这种侵入穿过保护区域30的边界（例如围栏32）之间的时间。为此，尽管物理屏障场为至少30英尺宽，更佳地至少80英尺宽，且再佳地至少100英尺宽。与此结合，涡轮机岛与保护区域30（图1中标示为“d涡轮机”）之间的间距较佳地为至少50英尺，更佳地为至少100英尺，且再佳地为至少130英尺。低高度保护区域与宽物理屏障场的组合确保在任何攻击者能够在该攻击者进入保护区域之前在被探测之后暴露更长的时间。该延迟范式也包含在到保护区域30的设计进入通道内。例如，参照图1，通往保护区域30的路50（附加于还执行适当车辆搜索协议的安全部队监视）被安装在滑移件等上的可动物理屏障场部分52阻挡，从而从路上移开而允许授权车辆在已被检查并允许进入之后通过。类似地，从安全建筑物56延伸到保护区域30的安保人员进入路径54包括装备有可展开延迟屏障的延长的折弯件（狗腿形状），使得经由安保人员进入路径54接近安全建筑物56并试图进入保护区域30的任何入侵者会在截获空间40延迟相当长一段时间。为此，安保人员进入路径54较佳地在地面上方且在保护区域30中一览无遗。在该安全范式中，在保护区域30布置安保人员作为流动巡逻和/或藏身在反应堆建筑物内到多重防弹保护防御位置较短距离处。在某些实施例中，没有守护塔或其它固定守护驻地。通过采用流动巡逻以及多重防御位置，安保人员在他们频繁移动期间往往能够保持警惕。保护区域30的较低高度确保不受障碍地观察整个保护区域30和隔离区34，且截获空间40的宽物理屏障场确保将任何试图侵入延迟相当长一段时间。继续参照图1，在某些实施例中，在隔离区/保护区域外限定另一安全边界60。该另一安全区在本文是指安全控制区域62，且其围绕隔离区/保护区域和核电力设施的诸如涡轮机岛和冷凝器21的其它部分。在图1的实施例中，安全控制区域62不包括电开关站64；但在某些实施例中，安全控制区域围绕开关站。安全控制区域62围绕核岛和涡轮机岛，并具有比保护区域30低的安全性。在说明性图1中，安全控制区域62包括警报边界围栏60和围绕安全控制区域62的外边界60的车辆屏障系统、以及每个进入安全控制区域62的道路入口处的车辆检查站64。在某些实施例中，从安全控制区域62的外边界60到保护区域30的最短距离大于由爆炸分析确定的爆炸半径。在该情况下，即使不能消除也使会造成保护区域30内损坏的装载有爆炸物的车辆的引爆的可能性最小。于是，在某些实施例中，考虑将用于核反应堆设施的停车场66定位在安全控制区域62外，而在到停车场66的入口处没有任何检查站。而是，仅检查进入安全控制区域62的车辆（在说明性图1中的车辆检查站64处）。所揭示的核电力设施布局有利地为给定的操作人手提供增加的安全性。例如，由于进入停车场66的车辆不需要检查（因为这些车辆保持在由爆炸分析确定的爆炸半径外），原本被分派检查进入停车场车辆的人员可代而分配到与安全、维护、设备检查等的其它任务。涡轮机岛放置在保护区域30外类似地更有效地分配涡轮机附近的人力资源和/或允许将某些这种人员重新分配到核岛。所揭示方法的另一优点在于其便于核电力设施的模块化建造。通常，直到整个核电力设施已经被NRC或其它管理实体最终批准才能开始建造。由于本文揭示的改进布局，可能能够在对核岛授予最终批准之前开始建造涡轮机岛和位于保护区域30外的其它设施。图1的说明性核电力设施是说明性“两组”设计，其中封闭建筑物10构建为说明性单个连续保护区域30内的两个相邻的封闭建筑物。每个封闭建筑物容纳两个小型模块化反应堆（SMR）单元12、14中的一个，每个SMR单元输出不超过300兆瓦（电力）。在某些实施例中，两个SMR单元12、14是两个小型模块化压水反应堆（PWR）。该实施例中的核岛几乎完全在地下，仅有地平面上方的略微突起。这与涡轮机岛在保护区域30外的放置一起允许保护区域30具有低高度轮廓，给予安保人员对整个保护区域和相邻围绕的隔离区的无障碍观察。参照图2，示出另一说明性核电力设施的平面图。图2所示的核电力设施布局是包括四个模块化PWR反应堆的“4-组”布局。图2的平面图示出两个反应堆服务建筑物100，包括或（设置在地下部分之上）：辐射废物处理设施、燃料处理功能/设备、访问控制、控制室、反应堆封闭建筑物以及超级散热器。适当地为SMR的四个反应堆的位置大约对应于四个示出的反应堆建筑物设备舱口102，该舱口提供通过反应堆服务建筑物100到SMR的通路。其它说明性特征包括：两个涡轮机建筑物104；开关站106；空气冷却冷凝器108；以及隧道110（例如用于穿过核岛与涡轮机岛之间的给水和蒸汽管线）。保护区域112与图1的两组设计的保护区域30构造类似。围绕保护区域112的截获空间114等同于图1实施例的截获空间40，并包括刺丝、倒钩条或铁丝网的物理屏障。侵入探测装置或PIDAS116的阵列围绕截获空间114并等同于图1实施例的PIDAS36。安全控制区域118等同于图1实施例的安全控制区域62。进入保护区域的道路120在截获空间114内由电动铁丝网滑移件122控制，提供等同于可动物理屏障场部分52所提供的进入控制。停车场124同样位于安全控制区域118外。所揭示的改进核电力设施对基本上任何类型的核电力设施适用。降低与所揭示改进相关的操作和管理成本对于产生不超过300兆瓦（电）的小型模块化反应堆设施的情况尤其有用。参照图3，示出一实施例，其同样包括保护区150，保护区150包含由截获空间152围绕的核岛151，截获空间152由围绕的PIDAS154监测，最外部是安全控制区域156。如先前实施例中那样，涡轮机岛158位于保护区150外，但在安全控制区域156内。但在图3的替代实施例中，冷凝器160位于边界围栏外（即安全控制区域156外）。开关站162在边界围栏内（即在安全控制区域156内），边界围栏内的其它建筑物布置在替代位置。本申请已经描述了一个或多个较佳实施例。在阅读和理解前述详细说明书后可有各种改型和改变。意味着本申请诠释为包括迄今为止的所有修改和变型，只要这些修改和变型在所附权利要求及其等同物的范围内。