一种关于核电站反应堆安全的科普教具和科普方法

摘要

本发明提供一种关于核电站反应堆安全的科普教具及方法。其中，科普教具包括：密封的安全壳、置于安全壳内的密封的一回路压力边界以及置于一回路压力边界内的密封的燃料包壳；科普教具还包括：安全壳排空阀、有色烟气发生器、设置在有色烟气发生器与一回路压力边界之间的管路上的有色烟气填充阀以及设置在一回路压力边界与安全壳之间的管路上的一回路泄漏阀；所述安全壳通过安全壳排空阀将内部气体排出；安全壳和一回路压力边界均为至少部分透明；燃料包壳内置光带。本发明通过上述科普教具，使用有色气体，来模拟核电站发生事故时放射性物质的扩散过程，将核电站三道安全屏障所发挥的作用，直观、生动地展示在大众面前。

说明书

技术领域

本发明涉及科普教具，尤其涉及一种关于核电站反应堆安全的科普教具和科普方法。

背景技术

由于对核电站安全性的不了解，社会公众对核电站普遍存在着恐惧感。向公众介绍核电基础知识，宣传核安全文化，消除民众的“恐核”心理，是我国核电业界的一项重要工作，也是每一位核电从业人员的责任与义务。

事实上，为防止放射性核裂变产物逸出，核电站设置了三道安全屏障(有时将燃料芯块和燃料包壳分开，称作四道安全屏障)：

第一道屏障为“燃料芯块和燃料包壳”。核裂变产生的放射性物质基本滞留在二氧化铀陶瓷芯块中，不会释放出来。燃料包壳是完全密闭的，即使产生气体也密闭在这里，最大数量的气体释放也不足以使它开裂；

第二道屏障为“压力容器和一回路压力边界”。由核燃料构成的堆芯封闭在钢质压力容器内，压力容器和整个一回路都是耐高压的，放射性物质不会泄漏到反应堆厂房中；

第三道屏障是“安全壳”，也就是反应堆厂房。壁厚约1米的高强度预应力混凝土安全壳，能够承受普通飞机的撞击，在安全壳内侧还安装有6毫米的碳钢内衬以确保气密性。坚固的安全壳将反应堆一回路全部容纳在其中，进出安全壳的所有管道均设置了安全壳隔离系统，即使反应堆一回路卸压甚至破口，其产生的放射性物质也被控制在安全壳内。

但基于核电站的特殊性，普通的公众并不能很直观的看到上述安全屏障，也无法清楚了解其工作的原理。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于，提供一种关于核电站反应堆安全的科普教具和科普方法，使大众获得最直接的认知，了解核电站的安全性。

为了达到上述目的，本发明提出一种关于核电站反应堆安全的科普教具，包括：密封的安全壳、置于安全壳内的密封的一回路压力边界以及置于所述一回路压力边界内的密封的燃料包壳；所述科普教具还包括：安全壳排空阀、有色烟气发生器、设置在所述有色烟气发生器与所述一回路压力边界之间的管路上的有色烟气填充阀以及设置在所述一回路压力边界与所述安全壳之间的管路上的一回路泄漏阀；所述安全壳通过所述安全壳排空阀将内部气体排出；所述安全壳和所述一回路压力边界均为至少部分透明；所述燃料包壳内置光带。

优选的，所述科普教具还包括控制器；所述控制器与所述有色烟气填充阀以及所述一回路泄漏阀电性连接，用于控制所述安全壳排空阀、所述有色烟气填充阀以及所述一回路泄漏阀的通断。

优选的，所述科普教具还包括：高压空气罐以及设置于所述高压空气罐与所述一回路压力边界之间的空气填充阀；

所述控制器与所述空气填充阀电性连接，用于控制所述空气填充阀的通断。

优选的，所述科普教具还包括：至少一个与所述控制器电性连接的安全屏障有效指示灯。

优选的，所述科普教具还包括均与所述控制器电性连接的手动/自动按钮以及事故发展按钮；

所述控制器，用于在检测到手动按钮被触发时，按照手动模式进行控制并在手动模式下检测到事故发展按钮被触发时，进行下一操作；

所述控制器，用于在检测到自动按钮被触发时，按照自动模式进行控制。

优选的，所述科普教具还包括与所述控制器电性连接的系统复位按钮；

所述控制器，用于在所述系统复位按钮被按下时，控制所述有色烟气填充阀断开，并控制所述一回路泄漏阀、空气填充阀、安全壳排空阀导通。

优选的，所述科普教具还包括与所述控制器电性连接的扬声器；

所述控制器，用于根据当前事故进展，控制所述扬声器的播放内容。

本发明另一方面还提供了一种关于核电站反应堆安全的科普方法，应用在上述的科普教具中，所述科普方法包括：

S11将所述一回路泄漏阀、有色烟气填充阀以及安全壳排空阀全部处于断开状态，所述燃料包壳内的光带发光；

S12将所述有色烟气填充阀导通，有色烟气进入所述一回路压力边界；

S13将所述一回路泄漏阀导通，有色烟气经由有色烟气填充阀、一回路压力边界、一回路泄漏阀进入安全壳；

S14将所述有色烟气填充阀断开，并将所述一回路泄漏阀、安全壳排空阀导通。

优选的，所述科普教具还包括控制器；所述控制器与所述有色烟气填充阀以及所述一回路泄漏阀电性连接，所述科普方法还包括：

所述控制器控制所述有色烟气填充阀、安全壳排空阀以及所述一回路泄漏阀的通断。

优选的，所述科普教具还包括：高压空气罐以及设置于所述高压空气罐与所述一回路压力边界之间的空气填充阀，所述控制器与所述空气填充阀电性连接；

所述步骤S11为：控制器将所述一回路泄漏阀、有色烟气填充阀、空气填充阀以及安全壳排空阀全部处于断开状态，所述燃料包壳内的光带发光；

所述步骤S14为：控制器将所述有色烟气填充阀断开，并将所述一回路泄漏阀、空气填充阀以及安全壳排空阀导通。

优选的，所述科普教具还包括与所述控制器电性连接的安全屏障有效指示灯、扬声器、手动/自动按钮、事故发展按钮以及系统复位按钮；所述科普方法还包括：所述控制器控制所述安全屏障有效指示灯在对应安全屏障有效时发光；

所述在检测到手动按钮被触发时，按照手动模式进行控制并在手动模式下检测到事故发展按钮被触发时，进行下一操作；

所述控制器在检测到自动按钮被触发时，按照自动模式进行控制；

所述控制器在所述系统复位按钮被按下时，控制所述有色烟气填充阀断开，并控制所述一回路泄漏阀、空气填充阀、安全壳排空阀导通；

所述控制器根据当前事故进展，控制所述扬声器的播放内容。

本发明通过上述科普教具，使用有色气体，来模拟一旦核电站发生事故时，放射性物质的扩散过程，将核电站三道安全屏障所发挥的作用，直观、生动地展示在大众面前，使大众获得最直接的认知，了解核电站的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明科普教具的三道安全屏障结构图；

图2为本发明科普教具各部件组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图分别对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。

请参阅图1、2，图1、2为本发明的关于核电站反应堆安全的科普教具结构图，其包括：三道安全屏障即密封的安全壳4、置于安全壳4内的密封的一回路压力边界3以及置于一回路压力边界3内的密封的燃料包壳2。科普教具还包括：安全壳排空阀8、有色烟气发生器10、设置在有色烟气发生器10与一回路压力边界3之间的管路上的有色烟气填充阀6以及设置在一回路压力边界3与安全壳4之间的管路上的一回路泄漏阀；安全壳4通过安全壳排空阀8将内部气体排出。

上述燃料包壳2，为透明管状，管中放置光带。其电源由控制器(后续介绍)进行控制。一回路压力边界3，用玻璃、塑料或有机玻璃等制作，为一密封无泄漏空间，可以全部透明或部分透明。安全壳4，用玻璃、塑料或有机玻璃等制作，为一密封无泄漏空间，可以全部透明或部分透明。且透过安全壳4，可以清晰地看到燃料包壳2和一回路压力边界3，如图1所示。

本发明中，可以手动控制阀门的通断，也可以自动实现，对此，科普教具还包括控制器1，控制器1与有色烟气填充阀6以及一回路泄漏阀5电性连接，用于控制安全壳排空阀8、有色烟气填充阀6以及一回路泄漏阀5的通断。

在科普完成后，为回收或排出安全壳4内的烟气，所述科普教具还包括：高压空气罐9以及设置于高压空气罐9与一回路压力边界3之间的空气填充阀7。

控制器1与空气填充阀7电性连接，用于控制空气填充阀7的通断。

本发明具体实施例中，为更加直观，所述科普教具还可设置与控制器电性连接的安全屏障有效指示灯12和扬声器18，其中指示灯12用于在对应屏障安全时发光进行指示，而扬声器18用于在控制器1的控制下，根据当前事故进展，进行声音提示如第一屏障(燃料包壳)安全。本发明中指示灯12可以是具有不同发光颜色的指示灯，也可以是多个指示灯。

所述科普教具还包括均与控制器1电性连接的手动/自动按钮16以及事故发展按钮15；控制器1在检测到手动按钮16被触发时，按照手动模式进行控制并在手动模式下检测到事故发展按钮15被触发时，进行下一操作，控制器1在检测到自动按钮16被触发时，按照自动模式进行控制。

优选的，科普教具还包括与控制器1电性连接的系统复位按钮17；控制器1在所述系统复位按钮17被按下时，控制有色烟气填充阀6断开，并控制一回路泄漏阀5、空气填充阀7、安全壳排空阀8导通。

为对运行状态进行指示，该科普教具还可包括与控制器1电性连接的系统运行指示灯11。

其工作原理如下：有色烟气发生器10的输出经过有色烟气填充阀6，连接到一回路压力边界3内部；高压空气罐9的输出经过空气填充阀7，连接到一回路压力边界3内部；一回路压力边界3中的烟气，经过一回路泄漏阀5，输出到安全壳4。安全壳4中的烟气，经过安全壳排空阀8，输出到空气中，如果需要回收，则输出到回收装置中。

控制器通过电路，接收“事故发展”按钮15、“手动/自动”按钮16、“系统复位”按钮17的指令，控制燃料包壳2中的光带的点亮或熄灭；控制有色烟气填充阀6、空气填充阀7、一回路泄漏阀5、安全壳排空阀8的断开与导通；控制“系统运行”指示灯11、“第一道安全屏障有效”指示灯12、“第二道安全屏障有效”指示灯13、“第三道安全屏障有效”指示灯14的点亮或熄灭；控制扬声器18发出系统中存储的解说词。

对应上述科普教具，本发明还公开了一种科普方法，如下：

S11、将所述一回路泄漏阀、有色烟气填充阀以及安全壳排空阀全部处于断开状态，所述燃料包壳内的光带发光；

S12、将所述有色烟气填充阀导通，有色烟气进入所述一回路压力边界；

S13、将所述一回路泄漏阀导通，有色烟气经由有色烟气填充阀、一回路压力边界、一回路泄漏阀进入安全壳；

S14、将所述有色烟气填充阀断开，并将所述一回路泄漏阀、安全壳排空阀导通。

上述各阀门等的控制可以通过控制器进行，对此所述科普教具还包括控制器；所述控制器与所述有色烟气填充阀以及所述一回路泄漏阀电性连接，所述科普方法还包括：

所述控制器控制所述有色烟气填充阀、安全壳排空阀以及所述一回路泄漏阀的通断。

为将安全壳内的有色烟气排出，所述科普教具还包括：高压空气罐以及设置于所述高压空气罐与所述一回路压力边界之间的空气填充阀，所述控制器与所述空气填充阀电性连接；所述步骤S11为：控制器将所述一回路泄漏阀、有色烟气填充阀、空气填充阀以及安全壳排空阀全部处于断开状态，所述燃料包壳内的光带发光；所述步骤S14为：控制器将所述有色烟气填充阀断开，并将所述一回路泄漏阀、空气填充阀以及安全壳排空阀导通。

对应科普过程的手动和自动模式，以下提供两个具体的实施例进行说明：

实施例1：

手动进行科普时：

1)系统初始化，一回路泄漏阀5、有色烟气填充阀6、空气填充阀7、安全壳排空阀8全部处于断开状态；燃料包壳2发光；“第一道安全屏障有效”指示灯12发光；扬声器18语音提示：“反应堆运行正常，第一道安全屏障有效”。

2)检查“手动/自动”按钮16，确认系统运行在手动模式。

3)按下“事故发展”按钮15，并松开，表示有事故开始发展。该按钮为自复位按钮，自动回复到弹开状态。

4)“第一道安全屏障有效”指示灯12熄灭；有色烟气填充阀6导通，有色烟气进入一回路压力边界3。随着时间的推移，一回路压力边界3中的烟气浓度越来越高；“第二道安全屏障有效”指示灯13发光；扬声器18语音提示：“发生事故，第一道安全屏障失效第二道安全屏障有效”。

5)再次按下“事故发展”按钮15，并松开，表示事故进一步发展。

6)“第二道安全屏障有效”指示灯12熄灭；一回路泄漏阀5导通，有色烟气经由有色烟气填充阀6、一回路压力边界3、一回路泄漏阀5，进入安全壳4。随着时间的推移，安全壳4中的烟气浓度越来越高。“第三道安全屏障有效”指示灯14发光；扬声器18语音提示：“发生事故，第一、第二道安全屏障失效，第三道安全屏障有效”。

7)按下“系统复位”按钮17，表示系统将回到初始状态。

8)有色烟气填充阀6断开，烟气不在向本系统模型中输出；一回路泄漏阀5、空气填充阀7、安全壳排空阀8全部处于导通状态。高压空气向本系统模型中输出，经由一回路泄漏阀5、一回路压力边界3、一回路泄漏阀5、安全壳4、安全壳排空阀8，进入大气(或回收装置)

9)目视检查本系统模型中各透明部件的烟气情况，当有色烟气全部被吹走后，松开“系统复位”按钮17。

10)回到步骤1)准备下一次演示。

实施例2：

自动进行科普时：

1)系统初始化，一回路泄漏阀5、有色烟气填充阀6、空气填充阀7、安全壳排空阀8全部处于断开状态；燃料包壳2发光；“第一道安全屏障有效”指示灯12发光；扬声器18语音提示：“反应堆运行正常，第一道安全屏障有效”。

2)检查“手动/自动”按钮16，确认系统运行在自动模式。

3)系统等待一段时间(事先设定)，事故开始发展。

4)“第一道安全屏障有效”指示灯12熄灭；有色烟气填充阀6导通，有色烟气进入一回路压力边界3。随着时间的推移，一回路压力边界3中的烟气浓度越来越高；“第二道安全屏障有效”指示灯13发光；扬声器18语音提示：“发生事故，第一道安全屏障失效第二道安全屏障有效”。

5)系统再等待一段时间(事先设定)，事故进一步发展。

6)“第二道安全屏障有效”指示灯12熄灭；一回路泄漏阀5导通，有色烟气经由有色烟气填充阀6、一回路压力边界3、一回路泄漏阀5，进入安全壳4。随着时间的推移，安全壳4中的烟气浓度越来越高。“第三道安全屏障有效”指示灯14发光；扬声器18语音提示：“发生事故，第一、第二道安全屏障失效，第三道安全屏障有效”。

7)系统再等待一段时间(事先设定)，系统将回到初始状态。

8)有色烟气填充阀6断开，烟气不在向本系统模型中输出；一回路泄漏阀5、空气填充阀7、安全壳排空阀8全部处于导通状态。高压空气向本系统模型中输出，经由一回路泄漏阀5、一回路压力边界3、一回路泄漏阀5、安全壳4、安全壳排空阀8，进入大气(或回收装置)

9)系统再等待一段时间，当有色烟气全部被吹走后，自动演示结束。

10)回到步骤1)准备下一次演示。

本发明设计的科普教具，设计了核电站三道安全屏障模型，并以有色烟气的运动，示踪核裂变产物在发生“燃料包壳”破损、“压力容器和一回路压力边界”破损后的扩散，演示过程可配以声光效果，也可配以旁白解说，既直观形象、又安全可控。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。