本发明涉及核反应堆领域，特别是涉及降低来自这样一种核反应堆的辐射泄漏的一种改进设备。 来自核反应堆的辐射释放以及最大的辐射剂量（即对一种介质的辐射照射量的度量）由核反应堆控制室（NRC）进行严格的调节。在一座典型的核反应堆内，在该系统的堆芯的周围设置一个安全壳结构，该结构通常包括几个主要设备来限制这种辐射剂量的释放。但是当需要或期望进一步降低辐射剂量水平时，要在主要安全壳周围再增加一个第二安全壳结构，并且要在两个安全壳层之间加设过滤器和风机。
另一方面，为了消除核反应堆堆芯产生的热量，某些核反应堆系统采用了无源冷却。在这样一些无源冷却系统中，第二安全壳是不实用的，这是因为这个第二安全壳可能会阻止空气流流到主安全壳并且因而阻碍冷却的缘故，
因此就需要有一种方法或设备，它能降低这样一些采用无源冷却的核反应堆里的辐射剂量水平，但又不会阻碍需要这种无源冷却的空气流。
本发明涉及的就是利用现行的无源安全壳冷却系统的特点、能显著降低特别是事故条件下的辐射释放和最终地降低场外剂量的一种方法和设备。从这样一种核反应堆系统的一个贯穿室抽出的空气穿过炭过滤器，除去含辐射的物质。然后，将过滤出来的排放物同反应堆上方较高位置上排出的安全壳无源冷却空气流汇合在一起。在安全壳无源冷却空气流中造成的低压区的作用就是产生必需的驱动力以便从贯穿室抽取空气、使空气通过炭过滤器并进入冷却空气流。有飘浮作用的热空气的排放点较高，通过扩散作用就进一步降低了反应堆附近的辐射照射量。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于降低无源核反应堆冷却系统的辐射释放的方法和设备。本发明的另一个目的是提供一种在反应堆温度增加的任何时期消除进入反应堆贯穿室的大部分辐射泄漏的方法和设备。结合下面对本发明的详细描述，本发明的这些目的和其它一些目的以及本发明的优点对本领域的技术人员而言将会是很明显的，并且在所附的权利要求书中对这些还要作详尽地论述。
图1是一个现有技术中公知的采用无源冷却的典型核反应堆的剖面图;
图2是本发明设备的一个实施例的剖面示意图;
图3是本发明设备的第二实施例的剖面示意图;
图4是通过图3的A-A平面取的图3实施例的剖面图。
现在详细参看这些附图，其中相同的标号指的是相同的部件。图1表示一个目前在核系统中可能使用的典型冷却系统，核反应堆的主要部件都包括在安全壳结构10中，结构10的外面是一个全屏蔽结构12。在无源冷却系统中，挡板14包围着安全壳结构10的上部，挡板14定位在安全壳结构10和屏蔽结构12之间。屏蔽结构12上有一个或多个空气入口16。安全壳结构10还包括一个热空气排放口18，口18向上穿出屏蔽结构10并且一般而言通向大气。
这样一来，就在安全壳结构10和屏蔽结构12之间产生一个通路20，使冷却气体或空气可通过空气入口16进入屏蔽结构12、在挡板14和屏蔽结构12之间向下流经挡板14的外部、在挡板14底部的下方绕过、然后在安全壳结构10和挡板14之间向上流动，并且最后经热空气排放口18排向大气。由于热空气是向上流动的，所以由安全壳结构10消散的热量加热了位于安全壳结构10和挡板14之间的气体，使它们升高并通过热空气排放口18排出。随着热空气的升高，所产生的部分真空进一步把冷却气体经入口16抽入通路20。在反应堆中产生的必须从安全壳10中消散的热量越多，在安全壳10和挡板14之间的气体加热得就越快，并且通过通路20冷却气体移动得就越快。在美国专利No.4，753，771（Conway等人）的图4中就公开了这种类型无源冷却系统的一个实例。
这种无源冷却系统的一个结果是，在运行期间从安全壳结构10泄漏入通道20的任何放射性物质或气体一般都通过热空气排放口18流出并且通过屏蔽结构12的顶部排走。
再有，据估计安全壳结构的绝大多数辐射泄洩实际上都发生在贯穿室中并且是通过贯穿室而发生的，这是因为其中存在着电气线路、导管、管道等。这些贯穿室与无源冷却系统是分隔开的，并且因此进入这些贯穿室内的辐射泄漏不能通过无源冷却系统排出该结构的顶部。此外，因为事故趋向于要产生更多的热量，因此事故也有在安全壳结构10中积累起压力的趋势。压力和热量的这种增大导致辐射泄漏的增多。
将用带点的线表示的图1的右下方区域示意放大在图2中，并且用来表示本发明的一个实施例。如图1所示，用挡板14在安全壳结构10和屏蔽结构12之间产生一个通道20。为了改善通道20中的驱动流的压力，如在无源冷却系统中使用的挡板14通常在它们的下部边缘有一个气箔15。
在一个典型的核设备中，底板22的作用是将这样一种通道20与一个或多个贯穿室分开。某个机械管道26和电气线路28要从安全壳结构10进入并穿过贯穿室24、而后离开屏蔽结构12。就是安全壳10的这些分支管路被认为是辐射泄漏的主要来源。
此外，这样一种贯穿室24一般具有入口30和出口32，用于常规的HVAC（加热、通风及空调）系统的操作。最后，标准的核反应堆要求是，在安全壳结构10的内部，在底板22上需有一个间隙。这个间隙依据安全壳内存在的条件允许安全壳移动，膨胀和收缩。因此必须设置一个附加的凸缘34来完成通路20并将通路20与贯穿室24密封起来。
现在转入实现本发明的变型、改进和设备。附加的引射体/气箔40最好和挡板14的下部作成一体，是挡板14的一部分，并且和任何现行的气箔15结合在一起。该引射体/气箔40的形状相对于通道内气体流动的常规方向要能强化在安全壳结构10和挡板14之间靠近引射体/气箔40的尾端的通道20内的低压区的产生。可以根据本领域技术人员公知的要求修改引射体/气箔40的精确形状。
确定管道42的形状，使其一端延伸到贯穿室24中，有开口，其另一端在通道20的低压区或其附近，也有开口。在如图2所示的一个优选实施例中，管道42的上端在穿过挡板14后在引射体/气箔40的尾端或其附近同引射体/气箔40整体式构成在一起。由通过安全壳结构的热消散的气体加热作用与引射体/气箔40的气箔作用结合起来产生的低压区能从管道42抽吸出附加的气体物质，因而起到了从贯穿室24抽吸气体进入管道42的作用。为了协助这一有益气流的产生与维持，附加管44把通道20中的气流在它向下运动处打开连到贯穿室24。这样，冷却气体将从通道20的外部被抽入贯穿室，然后通过管道42抽入通道20的对流空气流中，最后通过屏蔽结构12顶部的热空气排放口18被带到大气中去。
过滤器46与管道42整体式构成，它的作用是在气体进入通道20之前对通过管道42的任何物质进行过滤。该过滤器可以是极其精细的机械式的过滤器，炭过滤器，或者是它们的组合，这些过滤器应该有效地去除可能从安全壳结构10泄漏的大多数放射性物质。
此外，因为大的湿度可能降低典型炭过滤器的效率，所以在一个优选实施例中可设计散热片48，使其从安全壳结构10伸展至贯穿室24的管道42中。这种散热片48的作用是进入管道42的气体物质在进入过滤器46之前就把热量从安全壳结构10的内部传输到该气体物质，从而将该气体物质加热并使其相对湿度降低。
另一方面，为了降低从安全壳结构10输至贯穿室24的总热量，从而维持贯穿室24的相对冷却并且间接地有助于维持附加管44中气体的抽吸作用，在贯穿室24和安全壳结构10之间可加入隔热层50。
通过过滤器46的连续空气流降低了大多数过滤器的效率。因此，可分别在管道42和44中设置一对故障启动阀52和54（fail-open valve）。这种故障启动阀52和54可分别设置于管道42和44上的任意位置上，它们的作用是当关闭时能阻止气体流过管道42和管44。因此在一个优选实施例中，如果在安全壳结构10中不发生事故，或者不出现其它的异常的升温，就不使用本发明的设备。在有这种故障时，自动或手动打开故障启动阀52和54，利用来自安全壳结构10的多余热量来加速通道20中的气流并且借助于散热片48加热进入管道42的气体物质。同时在此故障或异常升温期间，一般可将常规HVAC系统的出口32和入口30关闭一段时间。
作为降低安全壳结构10的泄漏的另一个可选择的措施，可使用空气瓶（未示出）来加大双重密封之间的空间的压力，这种双重密封一般用在电气线路过墙处以及设备和人员的舱口中以便消除这些辐射源的泄漏。
虽然我们相信，通过带过滤的管道的作用抽吸气体物质进入无源冷却系统通道20的发明原理即使在没有附加的引射体/气箔40的情况下也将适用，但还宁愿使用这样一种引导体/气箔40来增加通道内用作系统驱动力的压力差。为了操作按本发明的设备，必须产生足以克服通过过滤器46的流动阻力的压差。在一个典型的过滤器中，该压差可以是2时水位差的数量级。
可以按各种各样的方式中的任何一种方式在安全壳结构10和挡板14之间安排本发明的引射体/气箔40。例如在图2中，引射体/气箔40是直接固定到挡板上的，使它的气箔表面从挡板表面开始向外延伸。为了使管道42的出口端与这样一种引导体/气箔40整体式构成在一起，管道42必须弯曲，围绕并穿过挡板14。
另一方面，在图3和图4的另一个实施例中，在安全壳结构10和挡板14之间安装一对引射体/气箔56和58，它们横在通道20的两个现存的表面之间并且在管道42的两侧互相相对位置上。在本实施例中，管道42的出口和引导体/气箔56和58不是整体式构成的而是一种相互分开的开式结构，在它们之间就是由此而产生的低压区。正因为这样，管道42勿需围绕并穿过挡板14而弯曲成型。在本实施例中，可将管道42作成一个垂直的管。
因而，以上公开的方法和设备提供了一种在正常和事故条件下显著降低辐射的释放和最终降低场外剂量的途径。因此通过对本发明的描述应该认识到，本发明不局限于这里所论述的用于举例说明的实施例。本发明仅由所附的权利要求书的范围限制，其中包括每一个权利要求所针对的等价物的整个范围。