СПОСОБ СУХОГО ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК Российский патент 1997 года по МПК G21F5/08 

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к хранению отработавшего топлива, а более конкретно к контейнерному сухому хранению отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) атомных электростанций (АЭС), и может быть использовано для повышения надежности при обращения с ОТВС.

Известно сухое хранение отработавшего ядерного топлива (Справочник по ядерной энерготехнологии. Пер. с англ. Ф. Ран, А. Адамантиадес, Дж. Кентон, Ч. Браун / Под ред. В. А. Легасова. М. Энергоатомиздат, 1989, с.494 496). Известный способ сухого хранения предлагает определенный первоначальный срок выдержки в бассейне с водой. После этого отработавшее топливо загружают в контейнер, который сохраняют в месте хранения. Это может быть шахта на поверхности, сухая скважина или камера с воздушным охлаждением.

В сравнении с другими подходами к хранению отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) сухое хранение обладает потенциальными экономическими преимуществами. При таком хранении, основанном на пассивном охлаждении, используются очень простые системы, не требующие значительного технического обслуживания. Мощности установок по сухому хранению могут наращиваться постепенно, малыми порциями с минимальными первоначальными капитальными затратами.

Недостатком известного способа является то, что при сооружении внереакторного хранилища ОЯТ требуется обеспечение большей безопасности при транспортировке, т. е. требуется повышение радиационно-защитных свойств контейнера и снижение нагрузок при возможных аварийных ситуациях в процессе транспортировки, которые необходимо учитывать в соответствии с требованиями МАГАТЭ. Это в свою очередь обуславливает удорожанию способа. Больших капитальных вложений требует и строительство специальных сооружений для хранения контейнеров, например шахт на поверхности, скважин или подземных камер.

Известен способ промежуточного и окончательного хранения тепловыделяющих элементов ядерного реактора (патент ФРГ, N 3500999, кл. G 21 C 19/32, 19/06, 1986), заключающийся в том, что отработавшие тепловыделяющие элементы вставляют в металлические втулки и сохраняют в экранированной охлаждаемой камере. При этом отработавшие тепловыделяющие элементы вставляют во втулки на реакторе и вместе с ними транспортируют к входной технологической позиции указанной камеры в транспортном резервуаре, установленном на тележке, допускающей поворот резервуара в вертикальное положение, в котором верхняя торцевая сторона резервуара находится на верхней площадке тележки. Тепловыделяющие элементы увозят с втулками и переводят в магазин, доступный для загрузочной машины, обслуживающей упомянутую камеру.

Недостатком известного способа хранения ОЯТ является то, что он предполагает сооружение приреакторного хранилища. Сосредоточение ядерного топлива в одном месте, а место нахождения АЭС это, как правило, промышленные центры с концентрацией населения и потребителей электроэнергии, снижает безопасность эксплуатации АЭС. При этом емкости приреакторных хранилищ ограничены. Кроме того, строительство специального сооружения требует больших затрат и обуславливает относительно большие сроки создания хранилища.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ сухого хранения высокоактивных радиоактивных отходов (патент ФРГ N 3708234, кл. G 21 F 9/34, 1988).

Известный способ предусматривает сухое хранение радиоактивных отходов, загруженных в кокили, путем сохранения кокилей в скважинах, рассчитанных для отдельных кокилей и выполненных в месте окончательного захоронения отходов, и включает транспортировку кокилей к месту хранения. Способ заключается в том, что радиоактивные отходы загружают в кокили, последние в несколько ярусов устанавливают в металлическом транспортировочном контейнере, после чего посредством средств наземного транспортирования упомянутые контейнеры доставляют в область окончательного захоронения, где кокили порциями перегружаются в металлические эксплуатационные контейнеры и транспортируются с ними к местам окончательного захоронения, рассчитанным для отдельных кокилей. После выгрузки кокилей в места окончательного захоронения эксплуатационные контейнеры возвращают для загрузки следующей порции кокилей из транспортировочного контейнера.

Недостатком известного способа сухого хранения является относительно большая металлоемкость и необходимость в строительстве специальных скважин под кокиль, что требует больших капиталовложений. Кроме того, в известном способе хранения, включающем операцию транспортировки кокилей с радиоактивными отходами к месту хранения, последняя является относительно трудоемкой. Упомянутая операция предполагает использование двух типов контейнеров - транспортировочного и эксплуатационного и перегрузку топлива из одного контейнера в другой в области окончательного захоронения топлива, что уже само по себе усложняет способ. При этом применительно к длинномерным отработавшим тепловыделяющим сборкам использование многоярусной транспортировки представляется нецелесообразным по конструктивным соображениям.

Задача изобретения снижение затрат при реализации концепции сухого хранения отработавшего ядерного топлива.

Задача решается благодаря тому, что в способе сухого хранения отработавших тепловыделяющих сборок, при котором отработавшие тепловыделяющие сборки вставляют в контейнер и сохраняют в месте хранения, включающем транспортировку контейнера к месту хранения, согласно изобретению перед загрузкой отработавших тепловыделяющих сборок в контейнер, последний помещают в снабженный торцевой крышкой демпфирующий кожух, в котором загруженный контейнер транспортируют к месту хранения. В месте хранения контейнер освобождают от демпфирующего кожуха и устанавливают на место хранения. В демпфирующий кожух помещают незагруженный контейнер и возвращают кожух для последующей загрузки контейнера.

Кроме того, перед загрузкой в контейнер каждую отработавшую тепловыделяющую сборку помещают в пенал и последний герметизируют.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет при использовании металлобетонных контейнеров для транспортировки и/или хранения ОЯТ обеспечить предохранение контейнера с ОТВС от разрушения при возможных аварийных ситуациях при транспортировке к месту хранения, которые необходимо учитывать в соответствии с требованиями МАГАТЭ, и повышает радиационную защиту персонала при транспортировке.

На фиг.1 схематично показана загрузка ОТВС в металлобетонный контейнер, помещенный в демпфирующий разъемный кожух; на фиг.2 демпфирующий разъемный кожух с помещенным в него металлобетонным контейнером, продольный разрез; на фиг.3 демпфирующий разъемный кожух, общий вид.

Предлагаемый способ сухого хранения отработавших тепловыделяющих сборок реализуется следующим образом.

Отработавшие тепловыделяющие сборки 1 выдерживают определенный срок в бассейне с водой 2. Затем ОТВС поштучно подают в защитную камеру 3, где каждая ОТВС разделяется на два пучка твэлов. Пучки твэлов устанавливают в накопитель 4, из которого их группами по 4 штуки перегружают в подготовленный под загрузку транспортировочный контейнер 5.

В другом варианте исполнения изобретения перед загрузкой в контейнер каждую отработавшую тепловыделяющую сборку помещают в пенал (на чертеже не показан) и последний герметизируют. Такое решение повышает радиационную защиту.

Транспортировочный контейнер 5 содержит внутренний и наружный резервуар. Внутренний резервуар собственно контейнер 6 предназначен для загрузки ОТВС и выполнен в виде металлобетонной конструкции с двумя крышками: внешней 7 и внутренней 8, расположенными одна над другой и установленными на едином основании. Наружный резервуар представляет собой демпфирующий кожух 9 из разъемных элементов. В целом кожух выполнен в виде обечайки 10 с диафрагмами 11 и 12 на торцах. Под каждой диафрагмой установлены радиально расположенные трубчатые элементы 13, скрепленные соответственно с диафрагмой, обечайкой между собой. Внутренняя поверхность обечайки снабжена ребрами 14. При этом вдоль образующей обечайки по окружности установлены другие трубчатые элементы 15, скрепленные соответственно с обечайкой упомянутыми ребрами и между собой. Трубчатые элементы заполнены поризованным энергопоглощающим материалом, например, цементно-песчаным бетоном с заполнителем в виде вспученного керамзита. Обечайка и торцы кожуха с внутренней стороны облицованы армобетоном. В варианте исполнения изобретения кожух выполнен из трех разъемных элементов 16, 17 и 18, один из которых выполнен в виде торцевой крышки кожуха. С металлобетонным контейнером 6 кожух 9 скрепляется посредством штыревых устройств (на чертеже не показаны).

Такое решение обеспечивает надежную защиту контейнера при любом виде аварийного падения, повышает радиационную защиту благодаря дополнительному экранированию и позволяет снизить конструктивные запасы по прочности контейнера, что, в свою очередь, позволяет снизить стоимость контейнера. При этом выполнение кожуха разъемным позволяет минимизировать необходимую высоту подъема контейнера при помещении последнего в кожух и освобождении от кожуха, что повышает безопасность обращения с ОТВС.

Предварительно, перед загрузкой ОТВС, металлобетонный контейнер 6 помещают в демпфирующий кожух 9, который закрепляют на транспортном средстве 19. При этом на транспортном средстве кожух 9 посредством кантователя 20 закрепляется с возможностью установки в вертикальное положение при загрузке ОТВС в транспортном коридоре 21 хранилища на АЗС и в горизонтальное положение при транспортировке.

Транспортный контейнер 5 в горизонтальном положении доставляют в транспортный коридор АЭС и устанавливают под загрузочным окном 22. Посредством устройства съема крышки 23, установленного с возможностью продольного перемещения на платформе транспортного средства, снимают торцевую крышку 18 демпфирующего кожуха, после чего кожух с контейнером посредством кантователя 20 переводят в вертикальное положение.

Через загрузочное окно с помощью грузоподъемного средства 24 снимают внешнюю и внутреннюю крышки контейнера. После чего загрузочное окно 22 перекрывают направляюще-ориентирующим устройством 25, которое соединяют с верхним торцом контейнера.

После загрузки контейнера последний в обратном порядке закрывают крышками, после чего демпфирующий кожух с контейнером переводят в транспортное положение и на демпфирующий кожух устанавливают торцевую крышку 18. Кожух с загруженным ОТВС контейнером транспортируют к месту хранения, где контейнер 6 освобождают от демпфирующего кожуха 9 и устанавливают на место хранения.

В демпфирующий кожух 9 помещают находящийся в месте хранения незагруженный контейнер, и возвращают кожух с контейнером на АЭС для последующей загрузки отработавшими тепловыделяющими сборками.

В случае падения транспортировочного контейнера с транспортного средства, при любом возможном угле падения, в том числе и при падении на штырь, кожух контейнера с его трубчатыми элементами и связывающим их силовым набором деформируется, поглощает кинетическую энергию падения и демпфирует удар.

Кроме того оснащение металлобетонного контейнера с ОТВС объемным полностью закрывающим его кожухом обеспечивает дополнительную радиационную защиту при транспортировке в соответствии с требованиями, предъявляемыми нормативными документами (Основные правила безопасности и физической защиты при перевозке ядерных материалов. ОПБЗ 83. Москва. 1984).

При обеспечении "Норм радиационной безопасности НРБ 76/87 и основных санитарных правил. ОСП 72/87", с учетом дополнительных экранирующих конструкций в хранилище контейнеров с отработавшим ядерным топливом, требования к радиационнозащитным свойствам металлобетонного контейнера могут быть понижены (Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87 и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП 72/87. Министерство здравоохранения СССР. 3-е изд. перераб. и доп. М. Энергоатомиздат, 1988). Это дает возможность уменьшить массу и снизить стоимость изготовления металлобетонного контейнера, как основного (базового) и тиражируемого элемента в концепции сухого хранения отработавшего ядерного топлива и, соответственно, снизить стоимость реализации этой концепции.

Таким образом, благодаря особенностям исполнения, предлагаемый способ обеспечивает предохранение металлобетонного контейнера с ОТВС от разрушения при возможных аварийных ситуациях при транспортировке к месту хранения, повышает радиационную защиту персонала при транспортировке и дает возможность снизить стоимость реализации концепции сухого хранения отработавшего ядерного топлива при использовании металлобетонных контейнеров для транспортировки и/или хранения ОЯТ.

Использование: способ предназначен для хранения отработавших тепловыделяющих сборок. Сущность изобретения: способ включает помещение железобетонного контейнера в снабженный крышкой демпфирующий кожух с последующей загрузкой тепловыделяющих сборок в контейнер. Кожух выполнен разъемным таким образом, чтобы минимизировать высоту подъема контейнера при помещении его в демпфирующий кожух. После загрузки контейнера, последний в демпфирующем кожухе транспортируется к месту хранения, где контейнер освобождается от демпфирующего кожуха. После этого кожух с нагруженным контейнером возвращается для последующей его загрузки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ сухого хранения отработавших тепловыделяющих сборок, при котором отработавшие тепловыделяющие сборки вставляют в контейнер и сохраняют в месте хранения, включающий транспортировку контейнера к месту хранения, отличающийся тем, что отработавшие тепловыделяющие сборки загружают в металлобетонный контейнер, при этом перед загрузкой тепловыделяющих сборок в контейнер последний помещают в снабженный торцевой крышкой демпфирующий кожух, для чего кожух выполняют разъемным таким образом, чтобы минимизировать высоту подъема контейнера при помещении его в демпфирующий кожух, а после загрузки контейнера последний в демпфирующем кожухе транспортируют к месту хранения, где контейнер освобождают от демпфирующего кожуха, после чего кожух с незагруженным контейнером возвращают для последующей загрузки последнего. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед загрузкой в металлобетонный контейнер каждую тепловыделяющую сборку помещают в пенал и последний герметизируют.