一种缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收装置的制作方法

本实用新型属于核电站安全防护领域，具体涉及一种缓解核电厂严重安 全事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收装置。

背景技术：

核电厂发生严重事故后，熔融的堆芯会落入压力容器下封头，如果没有其 他缓解措施，会造成压力容器熔穿，进而发生堆芯熔融物-混凝土反应，产生大 量不可凝气体，并有可能导致底板熔穿。

目前多数第三代核电机组均采用了熔融物压力容器内滞留措施，该措施在 压力容器外部注水，从外部冷却压力容器，从而保证压力容器完好。然而这种 措施仍存在失效的可能，一旦失效，熔融物会进入压力容器外部的冷却水中， 这会导致剧烈的熔融物-冷却剂反应，有可能产生强烈的蒸汽爆炸现象，即堆外 蒸汽爆炸现象。一旦发生蒸汽爆炸，产生强烈的冲击波，给反应堆压力容器周 围的安全壳结构造成巨大的冲击，有可能导致安全壳结构损坏，造成安全壳失 去密封性，进而导致大量放射性物质释放到环境中。

现有技术中没有缓解上述蒸汽爆炸后果的装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种缓解核电厂严重事故 后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收装置，该技术方案能够至少部分吸收蒸汽爆 炸时能量，缓解因蒸汽爆炸给反应堆压力容器周围的安全壳结构造成的巨大 冲击。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收装置，包括作 为内层的低密度泡沫铝层和作为外层的高密度泡沫铝层；所述外层的形状与 反应堆堆坑墙壁的几何形状相吻合。

进一步地，上述的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收 装置，所述内层内侧和外层外侧设置有外壳层。

进一步地，上述的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收 装置，所述外壳层上设置有固定结构。

进一步地，上述的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收 装置，所述外壳层的厚度为1-2mm。

进一步地，上述的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收 装置，所述低密度泡沫铝层的孔隙率为80％-95％，所述高密度泡沫铝的孔隙 率为不小于60％且小于80％。

进一步地，上述的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收 装置，所述低密度泡沫铝层的厚度为5-10cm，所述高密度泡沫铝厚度为 5-10cm。

本实用新型的有益技术效果在于：

安装在反应堆堆坑墙体上，采用板状夹层结构，泡沫铝材料设置双层密度 不同的泡沫铝结构，能够呈阶级性吸收蒸汽爆炸时产生的能量，缓解核电厂严 重事故后堆外蒸汽爆炸对安全壳结构造成的冲击，吸收装置的形状与反应堆堆 坑墙壁形状匹配，能够快速吸收蒸汽爆炸产生的能量，有效防止由于蒸汽爆炸 导致的安全壳结构损伤及进一步导致的大量放射性释放。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后 果的能量吸收装置的结构示意图。

图2是本实用新型另一种实施例的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸 后果的能量吸收装置的结构示意图。

图3是本实用新型吸收装置的剖面结构示意图。

图4是典型泡沫金属结构的压缩应力-应变曲线图。

上述附图中：1、内层；2、外层；3、外壳层；4、固定装置。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

本发明的的能量吸收装置的主要材料成分为泡沫铝。泡沫铝材料为一种新 型的功能材料，具有各向同性、不易腐蚀、成型容易及良好的缓冲吸能特性。

图4所示为典型泡沫金属结构的压缩应力-应变曲线。泡沫铝作为一种泡沫 金属，具有独特的应力-应变响应特性，其响应可以分为三个阶段，即弹性段、 塑性屈服段和致密化阶段。在线弹性变形阶段，应力与应变呈线性关系，在这 一阶段内，复合泡沫铝主要是靠基体的弹性变形来吸收能量的，所吸收的能量 仅占其总吸能的很小一部分；当应力增大到复合泡沫铝的屈服点时，复合泡沫 铝发生塑性变形，此后，在应力增加很小甚至基本不变的情况下，应变增大很 多，复合泡沫铝产生了很大的残余变形，在此阶段内，空心球被不断挤压直至 被压碎，并与周围基体发生碰撞、摩擦，在这一阶段内复合泡沫铝吸收了大量 的能量，占其所吸收总能量的大部分，是吸能的主要阶段；最后，当大部分空 心球均被压碎破坏后，复合泡沫铝进入致密化阶段，应力随应变一起增加，这 一阶段主要是空心球破坏后的碎片被进一步压缩，在压缩胞体碎片的过程中吸 收一部分能量。

本实用新型利用泡沫铝的力学特性，提供了一种缓解核电厂严重事故后堆 外蒸汽爆炸后果的能量吸收装置如图3所示，安装于反应堆堆坑墙体上，用于 吸收蒸汽爆炸时产生的冲击能量。本实用新型为板状夹层结构，包括作为内层1 的低密度泡沫铝层和作为外层2的高密度泡沫铝层；所述外层2的形状与反应 堆堆坑墙壁的几何形状相吻合(此处的吻合包括外层形状只能吻合反应堆堆坑 的一部分)。本具体实施方式提供了两种不同的形状的能量吸收装置(如图1所 示的板状能量吸收装置和图2所示的弧面能量吸收装置)，安装在反应堆堆坑墙 体的不同区域。采用夹层结构，泡沫铝材料设置双层密度不同的泡沫铝结构， 当能量较低的蒸汽爆炸现象发生后，当冲击波首先到达本装置后，会首先引起 内层1的低密度泡沫铝材料的塑性变形，使得冲击波的压力峰值被本装置吸收； 当能量较高的蒸汽爆炸现象发生后，如果低密度泡沫铝材料不足以吸收所有能 量，则会引起外层2的高密度泡沫铝材料的塑性变形，由高密度泡沫铝进一步 吸收，最终使蒸汽爆炸对安全壳结构的损伤达到最低。如此，通过高低不同密 度泡沫铝内外层配合，本能量吸收装置在能量较高的蒸汽爆炸情况下，呈阶级 性吸收蒸汽爆炸时产生的能量，缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸对安全壳 结构造成的冲击，吸收装置的形状与反应堆堆坑墙体形状匹配，能够快速吸收 蒸汽爆炸产生的能量，有效防止由于蒸汽爆炸导致的安全壳结构损伤及进一步 导致的大量放射性释放。

进一步地，由于泡沫铝表面粗糙容易污损，造成核电厂安全壳内环境的污 染，上述的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收装置，所述内 层1内侧和外层2外侧设置有外壳层3；通过外壳层3起到美观和防污的作用， 防止安全壳内的水与泡沫铝直接接触，也能防止破损的泡沫铝碎片进入安全壳。 本实施例中，外壳层3为不锈钢外壳，厚度较薄(厚度为1-2mm，优选为1mm)， 不会影响装置整体的力学性能。

进一步地，上述的缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸后果的能量吸收装 置，所述外壳层3上设置有固定结构4(本实施例中的固定结构4为设置在角落 用于与螺栓配合的固定孔)。所述低密度泡沫铝层的孔隙率为80％-95％，厚度 为5-10cm；所述高密度泡沫铝的孔隙率为不小于60％且小于80％，厚度为 5-10cm。

本实施例的能量吸收装置安装在反应堆压力容器外部，采用板状夹层结构， 泡沫铝材料设置双层密度不同的泡沫铝结构，能够呈阶级性吸收蒸汽爆炸时产 生的能量，缓解核电厂严重事故后堆外蒸汽爆炸对安全壳结构造成的冲击，吸 收装置的形状与安全容器外壳形状匹配，能够快速吸收蒸汽爆炸产生的能量， 有效防止由于蒸汽爆炸导致的安全壳结构损伤及进一步导致的大量放射性释 放。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离 本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本 实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改 动和变型在内。