ES2602071T3 - Central nuclear, sistema de seguridad con elemento fusible y ascensor gravitacional - Google Patents

Abstract

Central nuclear y sistema de seguridad con elemento fusible y ascensor gravitacional, estando los edificios de la central sujetos a contaminación enterrados por debajo del nivel del mar y bajo dársenas con agua borada, y disponiendo de un sistema de seguridad exento de componentes eléctrico y electrónicos para actuar ante posible accidentes que comprende, entre otros, medios para la inundación de los edificios de la central con fusibles térmicos y ascensores gravitacionales para el escape de los operarios en caso de emergencia.

Description

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Central nuclear, sistema de seguridad con elemento fusible y ascensor gravitacional

DESCRIPCION

Objeto de la invencion

La presente invencion se refiere a una central nuclear subterranea que comprende un sistema de seguridad, en el que destacan un elemento fusible y un ascensor gravitacional.

En particular, en la central nuclear y sistema de seguridad con elemento fusible y ascensor gravitacional, los edificios de la central sujetos a contaminacion estan enterrados por debajo del nivel del mar y bajo darsenas con agua borada, y la central dispone de un sistema de seguridad exento de componentes electricos y electronicos para actuar ante posibles accidentes que comprende, entre otros, medios para la inundacion de los edificios de la central con fusibles termicos y ascensores gravitacionales para el escape de los operarios en caso de emergencia.

Es por ello que la presente invencion sera de interes para el sector de la industria de la energfa atomica.

Descripcion del estado de la tecnica

Es bien conocido que el principal problema de seguridad en las centrales nucleares consiste en la falta de refrigeracion del reactor en un momento dado, subiendo la temperatura y entrando en reaccion incontrolada su combustible.

En caso de accidente por falta de refrigeracion, el combustible nuclear que se encuentra en el reactor puede llegar a fundirse, formando lo que se denomina corio. El corio es un magma resultante de la fusion de elementos del nucleo y esta constituido esencialmente por una mezcla de combustible nuclear, el recubrimiento de los elementos combustibles (aleacion de circonio o similares) y los diversos componentes del nucleo con los que entra en contacto (barras, tubos, soportes, abrazaderas etc.)

Este es uno de los accidentes mas graves que puede ocurrir, donde es necesario proceder a refrigerar el reactor para evitar la proliferacion de la reaccion del material fisionable y su posible escape de las barreras de contencion, normalmente la vasija del reactor y el edificio de contencion.

Ademas, en este proceso al fundirse juntas las barras de combustible, las barras de control y otros elementos de la vasija, se producen gases que pueden dar lugar a explosiones.

Para contener este tipo de situaciones es necesario refrigerar con agua borada que ademas de evacuar el calor producido diluye los gases generados en el proceso.

Uno de los problemas que hay que afrontar es que a veces el agua de refrigeracion no llega bien por un mal funcionamiento de las bombas de inyeccion de dicho fluido o por falta de suministro electrico para el accionamiento de las mismas.

Por ello, una posible solucion sena el diseno de centrales donde el fluido de refrigeracion entrara sin necesidad de bombas, por lo que los depositos de agua debenan encontrarse a una cota superior a la de los edificios a refrigerar.

La presente estructura perfeccionada de central nuclear provista de un dispositivo de elemento fusible de refrigeracion supone un avance al resolver de manera satisfactoria los aludidos problemas de seguridad en las centrales nucleares tradicionales.

Los documentos US 3 712 851 A y XP009138062 divulgan ejemplos de centrales del estado de la tecnica. Descripcion de la invencion

La central nuclear objeto de la presente invencion, que se describe a continuacion, se encuentra constituida por una original estructura de central, enterrada a cierta profundidad, de manera que esta pueda ser refrigerada en caso de accidente mediante un deposito de agua de refrigeracion para situaciones de emergencia, preferiblemente de agua de mar, que se encuentra en la superficie, por encima de la central, pudiendo por ello circular el agua de refrigeracion por gravedad sin necesidad de bombeo. Tras realizar una excavacion a cielo abierto en el terreno destinado a albergar la central, la central nuclear es construida con los correspondientes criterios constructivos y realizando un cofre de hormigon para albergarla, incluyendo criterios antisfsmicos, y posteriormente es enterrada empleando parte de la tierra que fue desalojada durante la excavacion a traves de rampas de acceso. Esta disposicion permite que una vez que la vida util de la central haya expirado, no sea necesario desmantelar la central tal y como sucede en las centrales nucleares instaladas en la superficie actualmente.

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La central nuclear con un sistema de seguridad se basa principalmente en una disposicion particular de los elementos que componen la central nuclear en combinacion con diferentes elementos de seguridad, minimizando al maximo componentes lo electronicos y electricos, siendo el elemento de seguridad mas relevante la disposicion y utilizacion de elementos fusibles termicos pasivos, que permiten dar paso a la entrada automatica de agua en el nucleo del reactor cuando la temperatura del reactor alcanza una temperatura consigna previamente determinada.

La central nuclear consiste en una disposicion concreta y particular de los diferentes componentes o elementos de una planta nuclear enterrada en un emplazamiento proximo al mar como fuente inagotable de agua, con el objetivo de mejorar su seguridad, y que incluye asimismo diferentes componentes o dispositivos para incrementar la seguridad de la central. En concreto, la central nuclear objeto de la invencion comprende tres instalaciones basicas enterradas, a saber: un edificio de contencion del reactor situado bajo tierra, un edificio de turbinas o de generacion electrica tambien situado bajo tierra y al menos un almacen de residuos y/o de combustible nuclear. Asimismo, en la superficie, esta presenta un edificio de control de la central asf como los transformadores y conexion con la lmea de alta tension.

Mediante la disposicion de los edificios segun la presente invencion, los diferentes edificios estan separados unos de los otros permitiendo el aislamiento de los mismos en caso de necesidad, inundando el edificio de contencion y los almacenes de residuos o combustible nuclear y/o enterrando dichos edificios. En concreto, los edificios bajo tierra pueden ser enterrados de forma independiente mediante el uso, preferiblemente, de anillos pirotecnicos situados en cada entrada y/o salida de cada edificio cuando se da una situacion de emergencia. Con esta disposicion, el personal puede controlar los edificios mas peligrosos de la central de una manera aislada, y en caso de un accidente que fuerce a enterrar o inundar los edificios comprometidos, el personal se mantiene alejado de la radiacion. Como se ha mencionado, la central presenta al menos un almacen de residuos nucleares y/o combustible nuclear que permanece enterrado y en comunicacion con el reactor de la instalacion de manera permanente, por lo tanto sin precisar traslados del combustible fuera de la central. Una vez que dicho almacen se ha llenado, el mismo se inunda y/o se entierra para siempre, quedando aislado del resto de componentes de la central. El numero de almacenes nucleares sera el necesario para almacenar los residuos que se puedan generar durante la vida util de la central. Asimismo, entre estos almacenes o edificios, se pueden disponer uno o algunos de ellos destinados al almacenamiento de combustible nuclear virgen.

Entre la costa y el mar, por encima de la parte de la central que esta enterrada, se dispone al menos una darsena de agua borada, en contacto con el mar, que permite la refrigeracion y/o inundacion de los distintos componentes de la central en caso de emergencia.

Adicionalmente, y como se ha mencionado, el sistema de seguridad de la central cuenta con un elemento fusible para una central nuclear, y mas en particular para el reactor de una central nuclear, que consiste en disponer fusibles termicos para inundar el reactor en caso de elevada temperatura. Se puede disponer un fusible en la vasija del reactor para inundar la misma y otro en la vasija del nucleo para inundar el mismo cuando una temperatura predeterminada o consigna para cada fusible es alcanzada e incluso un tercer fusible para inundar el edificio de contencion de hormigon. El fusible de seguridad no incorpora ningun mecanismo electrico o electronico, siendo totalmente pasivo y autonomo, de manera que una vez alcanzada la temperatura consigna, este se funde totalmente y de golpe (aleacion eutectica), dejando entrar el agua borada, almacenada en una darsena o deposito situado sobre el reactor, por gravedad (con un sistema pasivo de compensacion de presiones, para que la columna de agua borada de refrigeracion no sea rechazada a traves de las tubenas de inundacion). El sistema de inundacion se compone de unas tapas o compuertas que se funden a una temperatura concreta provocando su apertura al alcanzar una temperatura consigna o predeterminada en caso de accidente.

Asimismo, se preven otros sistemas de seguridad en la instalacion tales como un sistema de escape para los operarios que se encuentren bajo tierra en caso de emergencia conformado por al menos un ascensor gravitacional, un sistema de bombeo de secado tras la inundacion de uno de los edificios y una vez controlado el accidente; un sistema de limpieza de las tubenas que garantiza el caudal de las mismas; unas valvulas de actuacion pasiva, bien mediante flotadores o muelles tarados a una presion concreta; entre otros.

Por lo tanto, el objeto de la invencion es una central nuclear segun las reivindicaciones 1 a 14.

Hoy en dfa la tecnologfa permite la construccion de centrales nucleares con una probabilidad casi nula de accidente grave, que pudiera tener repercusion en el habitat y en la salud de aquellos que viven en su entorno. Para ello, la presente invencion tiene en cuenta los siguientes criterios:

- situar la central junto al mar, y

- situar reactores subterraneos (tratando de evitar zonas sfsmicas), si bien aun en zonas sfsmicas el diseno propuesto en la presente invencion es valido si es disenado teniendo en cuenta criterios antisfsmicos.

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La presente invencion se encuentra especialmente ideada para reactores de cuarta generacion, de no mas de 500 MW, limitando la masa de combustible en el reactor de manera que en caso de fusion del nucleo sea mas facil apagar la masa de combustible de un reactor de tal potencia.

Ademas, para reducir la probabilidad de fallos, se simplifica el diseno de los equipos de control, de manera que se limita la electronica a controles blindados de radiacion, temperatura, ondas sfsmicas etc., y se reduce el numero de dichos equipos, disminuyendo asf la probabilidad de avenas de los mismos.

Tal y como se ha mencionado, el fluido refrigerante se mantiene a un determinado nivel constante mediante sistemas de valvulas y flotadores de apertura, que toman el agua de refrigeracion de unas darsenas principales de agua borada. Estas darsenas principales se encuentran construidas a un nivel mas bajo que el del mar y por encima de los edificios enterrados, disponiendo a su vez de un sistema de alimentacion de agua por medio de flotadores que abren valvulas de compuerta para permitir la entrada de agua del mar y de una solucion concentrada de boro. Dicha solucion borada se encuentra almacenada en unas darsenas secundarias que vierten esta solucion a las darsenas principales tambien a traves de valvulas de compuerta con flotador. De esta manera se garantiza una continuidad de abastecimiento inagotable de agua borada, que es el refrigerante base de la central, para el reactor.

En estas darsenas secundarias de solucion concentrada de boro se mantiene la cantidad de boro mediante el vertido directo del mismo en las darsenas. Al encontrarse por debajo del nivel del mar, no es posible que el contenido de las darsenas se pueda verter en el mar. Asimismo, y para asegurar que no sucede lo anterior, las darsenas, tanto principal como secundaria, incorporan unas cubiertas o placas que flotan sobre el agua contenida en las mismas, estando dichas placas ancladas al fondo de las darsenas, para evitar la evaporacion del agua asf como para minimizar la mezcla de agua de mar y otros elementos. Dichas darsenas pueden comprender adicionalmente estructuras fijas que cubren toda su superficie.

Dichas darsenas son las encargadas de proporcionar el agua de refrigeracion a los distintos edificios y componentes de la central subterranea, y principalmente al reactor. Asimismo, las darsenas principales que contienen el agua borada reciben en el fondo de las mismas las tubenas de escape o evacuacion de los gases que se pudieran generar en los distintos contenedores o edificios, tal como el nucleo, vasija del nucleo, edificio de hormigon y edificios de almacenamiento de residuos y de combustible nuclear en caso de accidente. De esta manera, los gases de escape o evacuacion se condensan al alcanzar la darsena diluyendose en la misma. Dichas conducciones o tubenas parten de valvulas de seguridad de alta presion y temperatura instaladas en las paredes del edificio de hormigon de contencion del reactor, en la vasija del reactor y en la vasija del nucleo.

La central objeto de la presente invencion esta disenada para que en caso de accidente en el reactor, los dispositivos basicos de seguridad se activen sin precisar la accion humana y minimizando al maximo la participacion de componentes electronicos y electricos. Por ello, esta comprende como elemento principal de seguridad un dispositivo fusible de refrigeracion que en caso de accidente o avena de funcionamiento, por el que el reactor alcance una elevada temperatura predeterminada, se producira la fusion de unas compuertas o tapas comprendidas en el fusible de refrigeracion o fusible termico, de manera que al fundirse dichas compuertas, el reactor queda comunicado con unos conductos o tubenas de refrigeracion que posibilitan la introduccion de agua borada de refrigeracion en el reactor desde las darsenas principales.

Estas compuertas o tapas comprendidas en el interior del dispositivo fusible son de una aleacion eutectica que se funde cuando alcanzan una temperatura determinada, permitiendo el paso del agua borada contenida en los conductos o tubenas de refrigeracion al edificio de contencion del reactor, a la vasija del reactor y/o a la vasija del nucleo, permitiendo asf la refrigeracion y dilucion de los gases que se hayan podido generar con la fusion de las barras de los elementos combustibles u otros elementos en el reactor.

La aleacion con composicion eutectica es una que en estado lfquido, al ser enfriada lentamente, llega a una temperatura de solidificacion denominada temperatura eutectica, en donde ocurre la reaccion: lfquido ^ solucion solida alfa + solucion solida beta, llamada reaccion eutectica. Los dispositivos fusibles se pueden situar en la propia pared del edificio de contencion del reactor, en la pared de la vasija del reactor y/o en la pared de la vasija del nucleo, de manera que la aleacion es capaz de mantener en su estado solido las caractensticas mecanicas requeridas de las paredes en las esta situada, pero al superar una temperatura determinada se transforma en estado lfquido fundiendose y permitiendo pasar el agua borada de refrigeracion al interior de los distintos compartimentos del reactor.

Las citadas valvulas de seguridad de alta presion y temperatura, instaladas en el edificio de contencion, en la vasija del reactor y en la vasija del nucleo, tienen la funcion de evacuar los golpes de alta presion que pueden producirse al poco tiempo de empezar a entrar el agua borada en el edificio de contencion, en la vasija del reactor y en la vasija del nucleo. El numero de tubenas de evacuacion y tubenas de entrada de agua debera ser el suficiente para evacuar el gas que se genere y a la vez permitir el agua de refrigeracion suficiente, de manera que a medida que entra agua y en funcion de la temperatura, esta se evapora, saliendo por las tubenas de evacuacion, permitiendo la entrada de mas agua de refrigeracion. El numero de tubenas seran las necesarias para garantizar la entrada de

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agua de refrigeracion, buscando una redundancia de seguridad.

En caso de que la temperature del nucleo se eleve por encima de un valor de seguridad consigna o predeterminado, comenzaran a actuar los diferentes fusibles de seguridad, de manera que en primer lugar actuara el fusible situado en la vasija del nucleo posibilitando que el mismo se inunde, posteriormente el situado en la vasija del reactor y por ultimo el situado en el edificio de contencion hasta que se consiga enfriar el nucleo.

Una vez controlada la situacion de accidente nuclear o de emergencia, que haya motivado la inundacion de las distintas partes de la central, puede procederse a la recuperacion de la planta mediante la extraccion del agua de refrigeracion por medio de una estacion de bombeo, prevista al efecto y que lleva el agua borada y contaminada a la darsena de agua borada, a traves de las tubenas de escape de gases del reactor (contencion, vasija del reactor y vasija del nucleo).

La central objeto de la invencion, presenta, como ya se ha mencionado, los distintos edificios que conforman la misma enterrados y conectados por un entramado de tuneles horizontales y verticales, que funcionan como via de comunicacion para los operarios en condiciones normales de operacion de la central y como via de escape tras un posible accidente nuclear. Dichos tuneles horizontales presentan en diferentes puntos, principalmente en los accesos a los mismos, unas puertas de acero y planchas de plomo, accionadas manualmente y preferiblemente con la ayuda de contrapesos, que permiten aislar las zonas intermedias de los tuneles verticales de escape de comunicacion y de seguridad en caso de accidente.

La central comprende en dichos tuneles verticales ascensores para acceder a los edificios y tuneles subterraneos, pudiendo estos ascensores ser de dos tipos, unos accionados electricamente para que en condiciones normales de operacion los operarios puedan subir y bajar, y otros ascensores gravitacionales, sin necesidad de electricidad, que unicamente permiten ascender y de uso exclusivo en caso de emergencia para escapar del interior de la central. En particular, los ascensores gravitacionales, que equivalen a ascensores de emergencia que no requieren electricidad para su funcionamiento exclusivamente ascendente, se instalan preferiblemente en paralelo al ascensor de uso normal, en los tuneles de escape vertical y estan disenados para funcionar sin motor y sin electricidad, ya que trabajan por elevacion pasiva aprovechando la fuerza de la gravedad. Estos ascensores tambien pueden ser empleados en otras instalaciones y situaciones en las que el escape requiera una ascension.

El ascensor gravitacional, que supone un cuarto objeto de la presente invencion, dispone de todos los elementos constructivos clasicos de cualquier ascensor, incluidos todos los de seguridad, pero sin incluir motor y por tanto sin componentes electricos o electronicos, y se trata de un ascensor que unicamente puede ser utilizado una vez para realizar una sola ascension. La cabina del ascensor esta anclada al suelo desde donde se debe realizar la ascension de emergencia mediante un cable de sujecion que, para poder utilizar el ascensor en caso de emergencia, se podra cortar desde dentro de dicha cabina. Por su parte superior, la cabina del ascensor esta sujeta a un cable principal en cuyo extremo opuesto, tras pasar por una polea principal, se situa un contrapeso principal que es el que, al cortar el cable de sujecion, provocara la elevacion pasiva por gravedad de la cabina con sus ocupantes en el interior.

Para cortar dicho cable de sujecion se contempla la existencia de un elemento de corte, preferentemente de tipo explosivo, contemplandose, ademas, la existencia de una cizalla manual, convenientemente dimensionada para que la pueda utilizar una persona de complexion media para cortar el cable manualmente. Asf, si al activar el elemento cortacable explosivo, que preferentemente sera de doble carga, falla las dos veces el elemento pirotecnico, se podra cortar el cable manualmente mediante la citada cizalla. Ademas, en la cabina del ascensor existen todos los huecos y accionadores necesarios para poder accionar los cortacables desde dentro asf como para poder llevar a cabo dicho corte manual del cable.

La tension o peso que ejerce el contrapeso principal es ligeramente superior, aproximadamente un 20 % mas, al peso en vacfo de la cabina mas el peso correspondiente al cable principal, de forma que, si una o dos personas entran en la cabina y cortan el cable de sujecion de la misma, comenzaran a ascender a la superficie por la fuerza de traccion ejercida por la gravedad, gracias al exceso de peso del contrapeso principal, el cual mantiene una tension ascensional casi constante.

Adicionalmente, el ascensor de emergencia de la invencion contempla tambien la existencia de un sistema de contrapesos secundarios. Asf, si el numero de personas que entra en la cabina del ascensor para ascender y escapar a la superficie hace que la tension del contrapeso principal no sea suficiente para provocar el ascenso de la cabina, se anclaran a ella unos cables secundarios que estan unidos, cada uno de ellos, a un contrapeso secundario y a un anclaje al suelo. Una vez anclados los cables secundarios necesarios, se van cortando los anclajes a suelo de dichos cables secundarios, de forma que el peso de cada contrapeso secundario transmite la tension de ascension complementaria correspondiente. Asf hasta que se inicia la ascension.

En cualquier caso, una vez que la cabina empieza a elevarse, se debera controlar la velocidad de ascenso mediante sistemas adicionales de control de seguridad y ascenso previstos a tal efecto, los cuales, por seguridad,

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preferentemente se instalaran duplicados. Dichos sistemas pueden comprender:

- una palanca de freno, la cual esta convenientemente dimensionada para que una persona de mediana complexion la empuje con suficiente fuerza aplicada a unas zapatas de friccion, las cuales, a su vez, tocan una gma de friccion instalada a lo largo del recorrido de ascension, para asf poder controlar la velocidad de ascenso.

- Un velodmetro para controlar la velocidad de ascenso.

- Un sistema de ruedas dentadas que engranan desde dentro, con una cremallera instalada a lo largo del recorrido, dimensionado todo para que una persona de mediana complexion pueda hacer ascender el ascensor, imprimiendole una fuerza manual. La cabina del ascensor estara siempre desequilibrada para su ascension, por descompensacion de pesos.

- Un sistema de amortiguadores inerciales instalado al final del recorrido (arriba y abajo), para decelerar el ascensor, de forma que las fuerzas inerciales soportadas por los pasajeros no les provoquen danos vasculares o de otro tipo.

- Los sistemas de anclaje a los cables de tiro secundario utilizan sistemas pirotecnicos dobles, o un sistema de palanca dimensionado para una persona de complexion media, que cierran unas abrazaderas al cable, contando con un sistema antideslizamiento, recubiertas en la parte interior con polvo de corindon, por ejemplo.

- Mascaras y mini botellas de oxfgeno.

Finalmente, cabe mencionar que todos los cables de acero van engrasados, pero ademas, los cables de sujecion de los contrapesos secundarios van enfundados en tubos de acero, para evitar latigazos y enganches peligrosos que se producinan al ascender sin tension y una vez que han sido cortados.

Por otro lado, en la presente invencion hay que tener en cuenta que los tuneles de seguridad para servicios y conexiones al exterior son preferentemente verticales, asf como la implantacion de los distintos conjuntos de tubenas, que se realizan siempre verticalmente.

Asimismo, todas las entradas y salidas se encuentran protegidas por anillos pirotecnicos para poder sellar la central en caso de avena irrecuperable de la misma.

Finalmente, la central cuenta con una lmea de evacuacion de la energfa electrica generada que sale de los alternadores en alta-baja tension situados en un edificio subterraneo y que la lleva hasta los transformadores de alta tension situados en el exterior, para evacuacion de la energfa a la red electrica de transporte y distribucion. Esta conduccion presenta principalmente un cable superconductor para reducir perdidas en la conexion entre alternador y transformadores de alta tension que se encuentran en la superficie.

Descripcion de los dibujos

Se adjunta a la presente memoria descriptiva un conjunto de figuras que representan a tttulo de ejemplo, no limitativo, una forma preferente de realizacion susceptible de todas aquellas variaciones de detalle que no supongan una alteracion fundamental de las caractensticas esenciales de la invencion.

La figura 1 representa una vista en planta esquematizada de los edificios principales enterrados en una central nuclear segun la presente invencion.

La figura 2 representa una vista lateral esquematizada de los componentes principales de la central nuclear.

La figura 3 representa una vista lateral esquematizada de la vasija del reactor y del nucleo del reactor asf como un detalle de los fusibles termicos y componentes relacionados.

La figura 4 muestra una vista lateral esquematizada del edificio de contencion del reactor y un detalle de los fusibles y componentes relacionados.

La figura 5 representa una vista esquematica en alzado de un ejemplo de realizacion del ascensor de emergencia, apreciandose en ella las principales partes y elementos que comprende, asf como la configuracion y disposicion de las mismas.

La figura 6 representa una vista esquematica en alzado de la cabina con alguno de los sistemas de control de velocidad de ascenso adicionales.

Realizacion preferente de la invencion

A continuacion, se hara una descripcion detallada de una realizacion preferente de una central nuclear y de un sistema de seguridad con elemento fusible, objetos de la presente invencion.

En la figura 1 se observan los edificios principales y estancias, que permaneceran enterrados, de la central por ejemplo en una vista en planta durante la construccion de la central, en la que se ha realizado la excavacion a cielo abierto utilizando rampas de acceso 40 hasta los niveles de soterramiento y posteriormente se han construido los edificios principales, a saber, el edificio de contencion 6, el edificio de generacion 7, los diferentes edificios o almacenes de residuos y combustible nuclear 9, asf como los tuneles 11 que conectan horizontalmente los

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diferentes edificios entre s^ como los tuneles verticales 10 que conectan dichos tuneles horizontales 11 con la superficie.

Como se puede observar en la figura 2, que representa una central ya construida, todos los componentes de la central, excepto el edificio de control de la central y de transformadores 5, se encuentran enterrados, en particular el edificio de contencion 6, con el reactor y el nucleo, el edificio de generacion 7 y los edificios o almacenes para elementos de combustible y residuos 9. El edificio de control y de transformadores electricos 5, situado en la superficie, se encuentra conectado electricamente con los componentes del edificio de generacion electrica (7) para el transporte de la energfa electrica generada.

Los componentes enterrados se situan por debajo del nivel de un deposito o darsena principal 8 de agua de refrigeracion, que esta conectado con una fuente de agua inagotable como es el mar 16, y situados a una profundidad de diseno suficiente, segun las caractensticas del reactor 1 y de dimensionamiento de la potencia de diseno del mismo, estando la parte nuclear activa bajo tierra, y quedando en superficie unicamente la infraestructura de conexion y evacuacion 5 de la energfa producida a la red electrica asf como componentes auxiliares.

Para conseguir que la central se situe por debajo del nivel del mar 16, se procede a la excavacion del terreno donde se va a ubicar la central subterranea, y tras la construccion de la misma sobre dicho terreno segun los criterios constructivos adecuados, tales como construccion de un cofre de hormigon, y teniendo en consideracion criterios antisfsmicos, se emplea parte de la tierra excavada para enterrar la central, de manera que la misma quede enterrada y por debajo del nivel del deposito principal de agua de refrigeracion, es decir, del mar 16, asf como de la darsena principal 8.

El edificio de contencion 6 comprende en su interior la vasija del reactor 2 en cuyo interior se situa la vasija del nucleo con el nucleo del reactor 1. El nucleo 1 es el reactor en sf mismo, y esta constituido por el combustible fisionable y donde se puede producir el accidente nuclear al descontrolarse la temperatura del mismo, pudiendo llegar a fundirse y formandose lo que se denomina corio o magma resultante de la fusion de los elementos del nucleo 1, constituido por el combustible nuclear, el recubrimiento de los elementos combustibles y los demas componentes del nucleo con los que entra en contacto. La vasija del nucleo 1 es una vasija a presion construida de acero al carbono con un espesor de entre 20 y 25 cm y con otros recubrimientos interiores de acero y constituye la primera barrera contra la salida del corio. La vasija del reactor 2 es el segundo contenedor de seguridad del nucleo 1 del reactor y esta construida de un acero especial con un espesor no menor a 20 cm. El edificio de contencion 6 es la ultima barrera para contener el corio en caso de accidente y esta construido en hormigon de alta resistencia con un espesor de al menos 150 cm con un recubrimiento interior de plomo. Este edificio se encuentra conectado con el edificio de produccion de energfa 7 y con los almacenes de combustible nuclear y de residuos 9.

Las diferentes estancias o edificios subterraneos se encuentran comunicados entre sf por medio de tuneles horizontales 11 y mediante tuneles verticales 10 con el exterior, permitiendo el transito de los operarios entre los diferentes edificios y con el exterior. Los tuneles horizontales 11 comprenden ademas compuertas de seguridad 12, preferiblemente de accionamiento manual, que permiten aislar las diferentes estancias entre sf en caso de emergencia, con el objetivo principal de permitir inundar las diferentes estancias con el agua de refrigeracion proveniente del deposito de agua o darsena principal 8. Los tuneles verticales 11 se disponen en diferentes lugares de la central para facilitar la salida en caso de emergencia a los operarios. Dichos tuneles verticales 11 comprenden preferiblemente ascensores electricos para su uso durante el funcionamiento ordinario de la central, y ascensores gravitacionales 100 que no requieren energfa electrica y permiten unicamente ascender para la evacuacion de los operarios en caso de emergencia.

En relacion con los ascensores gravitacionales 100, que unicamente pueden ser utilizados para realizar una unica ascension, y preferiblemente dispuestos en paralelo a los ascensores de funcionamiento ordinarios, las figuras 4 y 5 muestran un esquema de uno de dichos ascensores. El ascensor 100 en cuestion comprende de forma convencional una cabina 120 sujeta superiormente por un cable principal 130 que pasa por una polea principal 140 y en su extremo opuesto incorpora un contrapeso principal 150, con la particularidad de que dicha cabina 120 esta anclada al suelo mediante un cable de sujecion 160, siendo el peso de dicho contrapeso principal 150 ligeramente superior, aproximadamente un 20 % mas, al peso en vacfo de la cabina 120 mas el peso del cable principal 130, de forma que, si una o dos personas entran en la cabina y cortan el cable de sujecion la cabina asciende al bajar el contrapeso por gravedad.

Para cortar dicho cable de sujecion 160 el ascensor dispone de un elemento de corte explosivo, consistente en un dispositivo de doble carga detonadora, asf como un elemento de corte manual, consistente, preferentemente, en una cizalla (no se representa). Ademas, la cabina 120 dispone de accionadores (no representados) para accionar dichos elementos de corte del cable de sujecion 160 desde su interior, asf como de huecos para acceder a ellos y a otros sistemas de control de ascenso adicionales que pueda incorporar, tal como se explicara mas adelante.

Adicionalmente, el ascensor 100 cuenta con un sistema de contrapesos secundarios 170 para permitir aumentar la capacidad de la cabina. Cada uno de dichos contrapesos secundarios 170 esta sujeto a un cable secundario 180

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que, pasando por una polea secundaria 190, esta fijado por uno de sus extremos a un anclaje a suelo 110, mientras que por el otro extremo dispone de medios para fijarse a una sujecion 111 prevista a tal efecto en la cabina 120.

El ascensor 100 puede disponer de un numero mas o menos elevado de dichos contrapesos y cables secundarios y sus correspondientes anclajes a suelo y sujeciones en la cabina, segun las necesidades de cada caso. En la figura 4, si bien se han representado varios contrapesos secundarios 170, solo uno de ellos se ha representado completo con su anclaje a suelo 110.

Ademas, como sistemas de seguridad y como sistemas para controlar la velocidad de ascenso el ascensor puede disponer de:

- una palanca de freno 112 que actua sobre zapatas de friccion 113, las cuales, a su vez, se desplazan por una gma 114 instalada a lo largo del recorrido de ascension.

- Un velodmetro.

- Ruedas dentadas 115 que engranan con una cremallera 116 instalada a lo largo del recorrido.

- Amortiguadores inerciales 117 instalados al final del recorrido.

Ademas, este cuenta tambien con elementos de corte explosivos dobles, o un sistema de palanca manual (no representados) para cortar los anclajes de los cables secundarios 180.

Es importante destacar que dichos cables secundarios 180, en el extremo que los sujeta al anclaje a suelo 110, estan enfundados en tubos 118 de acero, como sistema de proteccion para evitar latigazos al ascender sin tension. La cabina 120 dispone asimismo de mascaras y mini botellas de oxfgeno (no representadas).

Continuando con la descripcion de la central, el deposito de agua de refrigeracion 8 es una darsena principal que contiene agua borada y que se encuentra conectada con el mar 16 como fuente inagotable de agua y refrigeracion, y a su vez esta conectada con al menos una darsena secundaria 82 en la que se almacena una solucion borada. Dichas darsenas se situan por debajo del nivel del mar 16, y por encima de los edificios enterrados, estando conectadas con el mar y entre ellas mediante flotadores que abren valvulas de compuertas que permiten la alimentacion de agua y el mantenimiento del nivel de las mismas. La darsena principal 8 o un apendice subterraneo 81 de la misma se encuentra conectada con los diferentes edificios mediante tubenas de refrigeracion 13 que transportan por gravedad, sin necesidad de bombas, el agua borada desde dicha darsena 8. Asimismo en el fondo de dicha darsena 8 finalizan las salidas de las tubenas empleadas para el escape de vapor de agua 14, 15 en caso de accidente que provienen de los distintos edificios, principalmente del edificio de contencion 1, de manera que el vapor de agua contaminado se condensa al entrar en contacto con el agua de la darsena 8.

La darsena principal 8 y secundaria 82 comprenden unas cubiertas o placas 83 que flotan sobre el agua contenida en las mismas, estando dichas placas 83 ancladas al fondo de las darsenas 8, 82. Dichas placas 83 estaran preferiblemente construidas mediante una rejilla de acero inoxidable recubierta de una espuma de un polfmero con espesor suficiente para que las placas floten sobre el agua, y que sea resistente a la radiacion solar para evitar la evaporacion del agua asf como resistente a los ataques qmmicos del agua del mar. Las citadas placas o cubiertas 83 estan ancladas al fondo de las darsenas 8, 82 mediante cables 84 de alta resistencia a la traccion y resistentes al agua de mar y de longitud igual a la altura maxima de las paredes de cada darsena 8, 82. Dichos material puede ser un acero o un polfmero. Estas placas flotantes 83 minimizan la mezcla de agua de mar y de otros elementos con el agua borada de las darsenas 8, 82. Las darsenas podnan tambien incorporar estructuras fijas que cubren su superficie (no mostradas).

Las tubenas de refrigeracion 13 se conectan con el edificio de contencion 6 a traves de elementos fusibles 3 que se encuentran incorporados en las paredes del edificio de contencion 6, de la vasija del reactor 2 y de la vasija del nucleo 1. Evidentemente, estas pueden estar unicamente en una de las paredes de uno de los elementos. Cada elemento fusible 3 comprende una compuerta 32 de apertura automatica ante sobrecalentamiento del reactor nuclear, que esta constituida por un material de aleacion eutectica 32, de similares caractensticas a la paredes que separan los diferentes elementos del reactor entre sf, la vasija del nucleo 1, la vasija del reactor 2 y el edificio de contencion 6, pero susceptibles de fundirse en condiciones de sobrecalentamiento y que comunican cada uno de los elementos 1, 2, 6 con al menos una tubena de refrigeracion 13, preferiblemente mas de una tubena con el fin de buscar una redundancia de seguridad, que a su vez se conecta con la darsena principal 8.

El reactor presenta una doble vasija de acero y esta provisto de al menos dos fusibles 3.1, 3.2, uno en cada una de las vasijas interior o del nucleo 1 y exterior o del reactor 2 respectivamente, conectados con conducciones independientes de agua borica 13.1, 13.2, cada uno de ellos pudiendo hacer circular el agua borada entre cada vasija interior y exterior. Como se ha descrito anteriormente, el reactor se encuentra encerrado en un edificio de contencion 6 provisto tambien preferiblemente de un tercer fusible 3.3 conectado a una tercera tubena 13.3 para permitir la entrada de agua borada de refrigeracion.

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Tal y como se ha mencionado, el fusible 3 es un cierre hermetico metalico o ceramico calculado para fundirse cuando se alcanza una determinada temperatura y que esta integrado en las paredes bien de las vasijas 1, 2 bien del edificio de contencion 6. En particular, este se integra en dichas paredes mediante un solido anclaje, bien por soldadura bien por tornillos llegando a formar parte de la pared al presentar las mismas caractensticas que la misma, a saber, misma resistencia mecanica que cualquier otra parte de la pared, bien de las vasijas del nucleo 1 o del reactor 2, bien del edificio de contencion 6.

Los fusibles 3 se funden de golpe a una temperatura predeterminada para dar paso al agua borada que inunda y refrigera el interior de cualquiera de las vasijas 1, 2 o del edificio de contencion 6. Los fusibles 3 comprenden una tapa de un material eutectico 32 y disenada para fundirse cuando se alcance una temperatura predeterminada o de consigna, seguida de un material aislante 33 y de una tapa aislante 34. El punto de fusion del material eutectico variara entre los 2000 y 2500 °C y una vez alcanzada la temperatura de fusion, se fundira de golpe.

A continuacion de dicha tapa de material eutectico 32 se dispone un tapon de material aislante 33 a continuacion del cual se situa una tapa aislante 34. Estos dos elementos sirven para evitar que el calor de la tapa de material eutectico 32 durante el funcionamiento ordinario de la central se transmita al agua borada contenida en la tubena 13 que se encuentra conectada con el fusible termico 3, pudiendo este calentamiento provocar un aumento de presion peligroso en la tubena 13.

En caso de sobrecalentamiento del nucleo 1, y una vez alcanzada la temperatura de fusion del material eutectico, que sera menor que la temperatura de fusion del nucleo 1, la tapa de material eutectico 32 se funde de golpe, lo que provoca que la presion hidrostatica de la columna de agua de la tubena de refrigeracion 13 conectada a la darsena 8 de agua borada empuje la tapa aislante 34 sobre el tapon aislante termico 33, haciendo que entren en el nucleo 1 y abriendo la via de acceso del agua borada al interior del edificio 6 o de la vasija 1, 2 para enfriar el reactor.

El fusible 3 presenta, preferiblemente en su parte superior, un alojamiento espedfico para alojar una valvula de baja presion 31, conectada con tubenas de baja presion 15, que se abren en cuanto se producen los primeros gases de evaporacion, al entrar en contacto el agua borada con los elementos calientes del interior de las vasijas 1, 2 o del edificio 6. Al fundirse de golpe la aleacion eutectica de la tapa 32, por efecto de la presion hidrostatica de la columna de agua, en el primer momento, el agua entra en las vasijas 1, 2 o el edificio 6, ya que las citadas valvulas de alivio de baja presion 31 impiden instantaneamente que la columna de agua sea empujada hacia arriba o hacia la darsena 8.

Asimismo, el reactor se encuentra provisto de valvulas de seguridad de alta presion y temperatura 4, conectadas con tubenas de alta presion 14, para la evacuacion de los golpes de alta presion que pudieran producirse con la entrada del agua borada en el nucleo 1 y en la vasija del nucleo 2.

Por otra parte, la central dispone de una estacion de bombeo de recuperacion de la planta mediante la extraccion del agua de refrigeracion a la darsena de agua borada, a traves de las tubenas de salida o escape de gases del reactor (nucleo y vasija del nucleo).

El sistema de refrigeracion con agua borada se extiende no solo al reactor 1, 2 y su edificio de contencion 6 sino a otros edificios como el edificio de generacion electrica 7 que contiene las turbinas y alternadores o el edificio de almacenamiento 9 de combustible o cualquier otra estancia con material radiactivo que sea necesario inundar y refrigerar en caso de accidente.

Por otra parte, la central y todas sus entradas y salidas se encuentran rodeadas de anillos pirotecnicos para la voladura de la misma en caso de emergencia y el sellado definitivo de la misma.

Finalmente, la forma, materiales y dimensiones podran ser variables y en general, todo cuanto sea accesorio y secundario, siempre que no se altere, cambie o modifique la esencialidad de los perfeccionamientos que se han descrito.

Claims (14)

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   REIVINDICACIONES

   1. Una central nuclear caracterizada por que comprende al menos

   - un edificio de contencion (6) en cuyo interior se situa un reactor nuclear (1, 2),

   - un edificio de generacion electrica (7) en cuyo interior se situan las turbinas y demas componentes para la generacion de electricidad, y

   - un edificio o almacen de material nuclear 9 para el almacenamiento de residuos nucleares o de combustible nuclear,

   estando los mismos enterrados y, excepto el edificio de generacion electrica, conectados mediante tubenas de refrigeracion (13) con al menos un deposito de refrigeracion de agua (8) situado por encima de los mismos y comunicado con el mar (16) y por debajo del nivel del mar (16), de manera que el agua cae por gravedad en caso de necesitar enfriar o inundar dichos edificios (6, 7, 9) y comprendiendo ademas

   - tubenas usadas para el escape de vapor (14) que llegan desde al menos el edificio de contencion (6) y terminan en el fondo del deposito de agua (8), y

   - medios de sistemas de valvula y flotador para mantener el deposito (8) en un nivel de agua constante.
2. 2. La central segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el edificio de contencion (6) del reactor dispone en su interior de una vasija del reactor (2) en cuyo interior se dispone una vasija del nucleo (1) que aloja el nucleo (1), comprendiendo al menos una de las paredes de al menos el edificio de contencion (6) o de las vasijas (1, 2) un elemento fusible (3) conectado con una tubena de refrigeracion (13).
3. 3. La central segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada porque comprende tubenas (15) para la salida de vapor que conectan el interior de las vasijas (1, 2) mediante un elemento fusible (3) con el deposito de agua de refrigeracion (8) y tubenas (14) para la salida de vapor que conectan, mediante valvulas de seguridad (4), el interior de las vasijas (1,2) con el deposito de refrigeracion (8).
4. 4. La central segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el deposito (8) contiene agua borada.
5. 5. La central segun la reivindicacion 1, caracterizada porque comprende un edificio de control y de transformadores electricos (5) situado en la superficie y conectado electricamente con los componentes del edificio de generacion electrica (7) para el transporte de dicha energfa electrica generada.
6. 6. La central segun la reivindicacion 1, caracterizada porque los edificios enterrados estan comunicados entre sf mediante tuneles subterraneos horizontales (11) que presentan compuertas (12) de accionamiento manual para aislar los diferentes edificios entre sf
7. 7. La central segun la reivindicacion 6, caracterizada porque comprende tuneles verticales (10) para la comunicacion de la superficie con los edificios enterrados o con los tuneles horizontales (11).
8. 8. La central segun la reivindicacion 7, caracterizada porque dichos tuneles verticales (11) comprenden ascensores gravitacionales (100) y ascensores electricos.
9. 9. La central segun la reivindicacion 1, caracterizada porque el edificio de contencion (6) tiene en su interior una vasija del reactor (2) en cuyo interior se dispone a su vez una vasija del nucleo (1) que aloja el nucleo (1), comprendiendo al menos una de las paredes de al menos el edificio de contencion (6) o de las vasijas (1, 2) un elemento fusible (3) incorporado en la pared y conectado a un extremo de una tubena de refrigeracion (13) conectada por su extremo opuesto a un deposito de agua de refrigeracion (8), y comprende tubenas para la salida de vapor (15) que conectan el interior del edificio de contencion (6) y/o el interior de las vasijas (1, 2) mediante el fusible (3) con el deposito de agua de refrigeracion (8).
10. 10. La central segun la reivindicacion 9, caracterizada por que el deposito de agua (8) se encuentra sobre el edificio de contencion.
11. 11. La central segun la reivindicacion 9, caracterizada porque el deposito de agua (8) es al menos una darsena principal (8) de agua borada conectada con el mar (16) y con al menos una darsena secundaria (82) para el almacenamiento de una solucion borada, estando ambas darsenas (8, 82) por debajo del nivel del mar.
12. 12. La central segun la reivindicacion 9, caracterizada porque el elemento fusible (3) comprende una tapa o compuerta (32) situada en su interior y de un material de aleacion eutectica, estando dicha tapa (32) en contacto con el interior del edificio (6) o vasija (1, 2), y a continuacion se dispone un material aislante (33, 34) en contacto con el agua de la tubena de refrigeracion (13), de manera que dicho material aislante (33, 34) evita el calentamiento del agua en la tubena cuando la aleacion eutectica aun no se ha fundido por el sobrecalentamiento existente en el

    interior del edificio (6) o vasija (1, 2).
13. 13. La central segun la reivindicacion 9, caracterizada porque comprende un fusible (3) en una pared del edificio de contencion (6), en una pared de la vasija del reactor (2) y en una pared de la vasija del nucleo (1).

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14. 14. La central segun las reivindicaciones 1 y 9, caracterizada porque comprende un fusible (3) que se coloca en al menos una de las paredes de al menos el edificio de contencion (6) o de las vasijas (1, 2), comprendiendo el fusible

    (3):

    10 - un cierre hermetico con una tapa de aleacion eutectica (32) con un extremo que se corresponde con el interior

    de las paredes, seguido en el extremo opuesto de un tapon aislante (33) seguido de una tapa aislante (34), a conectarse por este extremo a una tubena (13) que contiene agua de refrigeracion, y

    - un alojamiento espedfico para alojar una valvula de baja presion (31) a conectarse con una tubena para la salida de vapor (15), que se abre cuando se generan los primeros gases de evaporacion al entrar en contacto el 15 agua con los elementos calientes del interior de las vasijas (1, 2) o del edificio (6).