Устройство для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива

Устройство может использоваться в ядерной энергетике для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива и других радиоактивных материалов.

Устройство для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива включает полый внутренний стакан для размещения отработавшего ядерного топлива, нейтронную защиту и внешнюю обечайку. Новизна устройства заключается в том, что для снижения трудовых и финансовых затрат на его изготовление за счет упрощения конструкции и технологии изготовления между полым внутренним стаканом и наружной обечайкой смонтирована дополнительная обечайка цилиндрической формы. Внутренняя поверхность дополнительной обечайки выполнена по форме внешней поверхности внутреннего стакана. Внешняя поверхность дополнительной обечайки выполнена по форме внутренней поверхности внешней обечайки. Материал для поглощения нейтронов в предлагаемой конструкции устройства размещен в продольных несквозных каналах, выполненных на внешней и внутренней поверхностях дополнительной обечайки.

Изобретение может использоваться в ядерной энергетике для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива и других радиоактивных материалов.

Контейнеры для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива, изготавливаемые из высокопрочного чугуна, имеют, как правило, цилиндрическую форму и значительные размеры. Внешний диаметр и высота могут доходить до нескольких метров, толщина стенок контейнера, может достигать нескольких десятков сантиметров, и обладают значительной массой, достигающей 120 и более тонн. Эти особенности конструкции требуют повышения технологичности контейнеров для снижения трудоемкости работ при их изготовлении и сборке. Как правило, контейнер состоит из внутренней и внешней оболочек, между которыми размещен нейтронно-защитный материал, для защиты окружающей среды и обслуживающего персонала от радиоактивного излучения, а также теплоотводящие элементы для предотвращения перегрева содержимого контейнера.

Известен контейнер для транспортирования и хранения радиоактивных отходов АЭС, содержащий двухслойную оболочку, выполненную из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, между которыми дополнительно введен секционированный промежуточный слой, в секциях которого выполнены сквозные отверстия, заполненные материалом нейтронной защиты [1].

Недостатком известного контейнера, является сложность изготовления и монтажа дополнительного промежуточного слоя, состоящего из секций, имеющих сквозные отверстия, заполняемые материалом нейтронной защиты.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий металлический корпус, включающий днище, наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, полость между которыми заполнена материалом для поглощения нейтронов. Через материал для поглощения нейтронов пропущены элементы с высокой теплопроводностью, выполненные в виде радиальных продольных листовых элементов, которые прикреплены к наружной и внутренней цилиндрическим оболочкам корпуса с поджатием с помощью резьбовых элементов. Радиальные продольные листовые элементы имеют сквозные отверстия и/или прерывистые кромки с образованием выемок [2].

Недостатком известного контейнера является сложность монтажа элементов с высокой теплопроводностью, проходящих через материал для поглощения нейтронов при сборке контейнера.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий металлические внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена тяжелым бетоном [3].

Недостатком известного контейнера является высокая трудоемкость заполнения полости между обечайками арматурой и тяжелым бетоном, а также недостаточная для высокоактивного топлива теплопроводность.

Известна конструкция контейнера для хранения радиоактивных материалов (Radioactive material storage container) состоящего из двух соосных внутреннего и внешнего цилиндров, которые соединены между собой перемычками, выполняющими роль теплоотводящих элементов, образуемые при этом пространства заполнены нейтронно-поглощающим материалом. Перемычки к цилиндрам крепятся посредством сварного соединения [4].

Недостатком известной конструкции контейнера является необходимость применения сварочной операции для соединения перемычек. Кроме того, возможно попадание быстрых нейтронов в окружающую среду через теплоотводящие элементы, соединяющие внешнюю и внутреннюю оболочки и проходящие сквозь нейтронно-поглощающий материал.

Технический результат предлагаемого устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива заключается в том, что обеспечиваются хорошие радиационно-защитные свойства, хороший отвод тепла от внутренней к внешней оболочке, упрощается конструкция, облегчается процесс сборки, повышается технологичность изготовления.

Достигается технический результат тем, что между внутренним стаканом и наружной обечайкой смонтирована дополнительная обечайка цилиндрической формы, внутренняя поверхность которой выполнена по форме внешней поверхности внутреннего стакана, а внешняя ее поверхность выполнена по форме внутренней поверхности внешней обечайки, при этом материал для поглощения нейтронов размещен в продольных несквозных каналах, выполненных на внешней и внутренней поверхностях дополнительной обечайки.

На фиг.1 схематично показано устройство для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива в продольном сечении по диаметральной плоскости. На фиг.2 показано сечение А-А устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. На фиг.3 показана дополнительная обечайка.

Устройство для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива включает полый внутренний стакан 1 цилиндрической формы, герметично закрытый крышкой 2, служащий для размещения отработавшего ядерного топлива, и внешнюю обечайку 3, имеющую днище 4 и верхнюю герметично примыкающую крышку 5. Между дном полого внутреннего стакана 1 и дном 4 внешней обечайки 3, а также между крышками 2 и 5 расположена нейтронная защита 6. Между полым внутренним стаканом 1 и внешней обечайкой 3 установлена дополнительная обечайка 7 на внешней и внутренней поверхностях которой выполнены продольные несквозные каналы 8, 9 цилиндрической формы, в которых размещен материал для поглощения нейтронов.

Дополнительная обечайка 7 позволяет обеспечить хороший отвод тепла от полого внутреннего стакана 1 к наружной обечайке 3 через ее корпус за счет использования материала с хорошей теплопроводностью и увеличенной площади соприкосновения дополнительной обечайки 7 с полым внутренним стаканом 1 и внешней обечайкой 3.

Материал для поглощения нейтронов, размещенный в продольных каналах 8, 9 дополнительной обечайки 7, предотвращает проникновение быстрых нейтронов, излучаемых радиоактивными материалами, находящимися внутри полого внутреннего стакана 1, за пределы внешней обечайки 3 устройства для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива.

Продольные несквозные каналы 8, 9, выполненные на дополнительной обечайке 7, расположены на ее внутренней и внешней поверхностях в шахматном порядке. При этом для обеспечения хороших нейтронно-защитных свойств, предотвращения выхода быстрых нейтронов за пределы внешней обечайки 3 установки для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива, размеры каналов 8, располагаемых на внутренней поверхности дополнительной обечайки 7, в поперечном сечении должны быть больше расстояний между соседними каналами 9 на ее внешней поверхности и, наоборот, размеры каналов 9 в поперечном сечении, выполненных на внешней поверхности дополнительной обечайки 7 должны быть больше расстояния между соседними каналами 8 на ее внутренней поверхности.

Благодаря новизне предлагаемой конструкции устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива упрощается его сборка, т.к. не требуется сложных операций при изготовлении нейтронно-защитного барьера, например, таких как сверление большого количества отверстий значительных размеров, выполнения сварочных работ по соединению теплоотводящих элементов с корпусом, изготавливаемых, в том числе, и из цветных сплавов, повышается технологичность, т.к. дополнительная обечайка, находящаяся между полым внутренним стаканом и внешней обечайкой и имеющая каналы для размещения материала для поглощения нейтронов, изготавливается цельной из металла, а не из бетона, обладающего недостаточной теплопроводностью и высокой трудоемкостью процесса заполнения полости между полым внутренним стаканом и наружной обечайкой, и не из большого количества составных элементов, которые имеют значительные размеры и требуют точного позиционирования при сборке. Все это ведет к снижению трудовых и финансовых затрат на его изготовление при обеспечении высоких радиационно-защитных свойств и хорошего отвода тепла, излучаемого радиоактивными материалами, находящимися в полом внутреннем стакане.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Описание изобретения к патенту RU 2054205.

2. Описание изобретения к патенту RU 2348085.

3. Описание изобретения к патенту RU 2084975.

4. Описание изобретения к патенту JP 2008082906

Устройство для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива, включающее полый внутренний стакан для размещения отработавшего ядерного топлива и внешнюю обечайку, между которыми размещен материал для поглощения нейтронов, отличающееся тем, что между внутренним стаканом и наружной обечайкой смонтирована дополнительная обечайка цилиндрической формы, внутренняя поверхность которой выполнена по форме внешней поверхности внутреннего стакана, а внешняя ее поверхность выполнена по форме внутренней поверхности внешней обечайки, при этом материал для поглощения нейтронов размещен в продольных каналах, выполненных на внешней и внутренней поверхностях дополнительной обечайки.