КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И/ИЛИ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 1998 года по МПК G21F5/08 

Изобретение относится к защитным контейнерам для транспортировки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС) в виде тепловыделяющих сборок (ТВС) и предназначено для повышения радиационно- защитных свойств контейнера и снижения нагрузок при возможных аварийных ситуациях в процессе транспортировки, которые необходимо учитывать в соответствии с требованиями МАГАТЭ.

Известен контейнер для транспортировки радиоактивного материала [1], который снабжен по крайней мере одним съемным противоударным демпфером, установленным на одном из торцов контейнера и выполненным из двух выпуклых наружу чашек, являющихся стенками герметически закрытой полости. В полости демпфера помещена в качестве поглощающего энергию материала бальзовая древесина, а боковая поверхность демпфера имеет тороидальную форму. В случае падения контейнера в осевом направлении кинетическую энергию в момент удара поглощает наружная чашка демпфера и набивка из бальзовой древесины. В случае удара боковой стенки контейнера кинетическую энергию поглощает выполненная в виде тора боковая поверхность наружной чашки демпфера и массивные концевые ребра.

Недостатком известного контейнера является то, что недостаточно надежно защищена при падении его боковая поверхность, тем более при падении на штырь (аварийная ситуация, предусматриваемая нормативными документами МАГАТЭ).

Известен контейнер для транспортирования и хранения ОЯТ [2], выполненный в виде металлического цилиндра с демпфирующими горизонтальными ребрами T-образного профиля. Между ребрами расположены полые цилиндры, заполненные нейтронозащитным материалом, при этом полые цилиндры установлены на корпусе контейнера с натягом, обеспечивая необходимую теплопроводность и выполнены из металла с коэффициентом теплового расширения большим, чем у корпуса контейнера. При попадании контейнера в очаг пожара стенки полых цилиндров перемещаются от корпуса, упираются в Т-образные ребра и образуют равномерный тепловой зазор по всей окружности, что обеспечивает контейнеру наименьшую теплопередачу.

Недостатком известного контейнера является то, что демпфирующая защита в виде горизонтальных ребер T-образного профиля выполнена несъемной. Это излишне усложняет и удорожает контейнер, так как подобная защита не является необходимой при хранении контейнера.

Известен контейнер для транспортировки и хранения облученных тепловыделяющих элементов [3]. Контейнер имеет съемную экранирующую оболочку с днищем, выполненную из бетона. Обечайка установлена на контейнере вверх днищем и охватывает контейнер с внутренним зазором, обеспечивающим естественную конвекцию.

Однако известная конструкция имеет недостатки, заключающиеся в том, что обечайка устанавливается на период хранения ОЯТ и не применима для защиты контейнера при возможных аварийных ситуациях при транспортировке, так как не обладает демпфирующими свойствами. Кроме того, не обеспечивается экранирование со стороны основания контейнера.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является контейнер для транспортировки, промежуточного и окончательного хранения выгоревших тепловыделяющих элементов [4].

Известный контейнер выполнен в виде системы из двух резервуаров, вставленных один в другой. Наружный резервуар экранирует радиоактивное излучение во время транспортирования и промежуточного хранения и хорошо отводит тепло, выделяемое тепловыделяющими элементами. Тепловыделяющие элементы вставляют во внутренний резервуар и транспортируют в системе резервуаров к месту промежуточного хранения. Там тепловыделяющие элементы хранятся до достаточно полного затухания радиоактивного излучения и тепловыделения. После этого внутренний резервуар извлекают из наружного резервуара и доставляют к месту окончательного хранения, где он хранится далее.

Недостатком известного устройства является то, что наружный резервуар не обеспечивает демпфирование основного резервуара в случае аварийного падения при транспортировке.

Предлагаемое изобретение решает задачу обеспечения демпфирования контейнера при возможных аварийных ситуациях в процессе транспортировки к месту хранения.

Эта задача решается благодаря тому, что у контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащего наружный и внутренний резервуары, согласно изобретению наружный резервуар представляет собой демпфирующий кожух из разъемных элементов, причем последний выполнен в виде барабана с торцевыми стенками и обечайкой, включающей центральный и концевые элементы. У каждой торцевой стенки кожуха внутри последнего установлены радиально расположенные трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой. Вдоль образующей каждого концевого элемента обечайки установлены другие трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой.

Вместе с этим центральный элемент обечайки снабжен выполненными по периметру кольцевыми и продольными ребрами.

Кроме того, трубчатые элементы могут быть заполнены поризованным энергопоглощающим материалом.

В качестве поризованного энергопоглощающего материала контейнер может содержать цементно-песчаный бетон с заполнителем в виде вспученного керамзита.

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.

На фиг. 1 схематично представлен общий вид контейнера с разрезом по наружному резервуару; на фиг. 2 - поперечный разрез контейнера по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез контейнера по Б-Б на фиг. 1.

Контейнер для транспортировки и/или хранения ОЯТ содержит внутренний и наружный резервуары 1, 2. Внутренний резервуар предназначен для загрузки ОЯТ и выполнен в виде металлобетонного контейнера (МБК). Наружный резервуар представляет собой демпфирующий кожух из разъемных частей. Количество разъемных составляющих частей кожуха и их конфигурация выбираются исходя из принятой технологии обращения металлобетонного контейнера в условиях АЭС, а также - при транспортировке и хранении МБК при условии выполнения требования, что высота подъема и перемещения МБК при установке последнего в кожух должна быть по возможности минимальной. В целом демпфирующий кожух выполнен в виде барабана с торцевыми стенками 3 и обечайкой, включающей центральный элемент (центральную часть) 4 и концевые элементы (участки, примыкающие к торцевым стенкам) 5. В варианте исполнения изобретения кожух выполнен из четырех разъемных частей. Разъемы кожуха, выполненные в виде фланцевых соединений, расположены на обечайке. При этом обечайка разделена на четыре части: две цилиндрические, примыкающие к соответствующим торцевым стенкам 3, и два полуцилиндра. В результате принятого деления на составные части демпфирующий кожух в варианте исполнения изобретения представляет собой разъемную конструкцию, состоящую из основания 6, верхней крышки 7 и двух торцевых крышек 8 соответственно соединенных между собой посредством фланцевых соединений. При этом упомянутые полуцилиндры обечайки образуют центрирующие кольцевые пояса 9, взаимодействующие с кольцевыми буртами соответствующих торцевых крышек 8.

Внутри каждой торцевой крышки 8 установлены трубчатые элементы 10, 11. При этом трубчатые элементы 10 расположены радиально и соединены между собой при помощи сварки посредством диафрагмы 12, ребер 13 и раскосов 14. Диафрагма 12 при помощи сварки соединена с концевым элементом 5 обечайки. Трубчатые элементы 11 расположены вдоль образующей концевого элемента (участка) обечайки и соединены при помощи сварки с упомянутой обечайкой, а также между собой посредством кольца 15.

Центральный элемент обечайки кожуха снабжен выполненными по периметру кольцевыми и продольными ребрами 16, 17. В варианте выполнения упомянутые ребра установлены на наружной поверхности обечайки кожуха. Такое исполнение, обеспечивая достаточную жесткость обечайки, одновременно позволяет улучшить охлаждение контейнера.

В основании 6 демпфирующего кожуха выполнены опоры 18, взаимодействующие с корпусом внутреннего резервуара 1. Последний внутри демпфирующего кожуха закреплен с помощью, например, резьбовых упоров 19, 20.

В другом варианте исполнения изобретения (на чертеже не показан) трубчатые элементы 10, 11 заполнены поризованным энергопоглощающим материалом. В качестве последнего используется цементно-песчаный бетон с заполнителем в виде вспученного керамзита.

Контейнер для транспортировки и/или хранения ОЯТ работает следующим образом.

Перед транспортировкой контейнера с ОЯТ с АЭС на место дальнейшего хранения или захоронения сначала на опорный фундамент или специальную раму хранилища устанавливают основание 6 демпфирующего кожуха. Затем посредством грузоподъемного средства (на чертеже не показано) на опоры 18 основания 6 устанавливают внутренний резервуар 1 с ОЯТ. При этом высота подъема резервуара над полом хранилища не превышает 300 мм, т.е. - допустимой величины по условиям возможного аварийного падения резервуара 1. После этого устанавливают верхнюю крышку 7 демпфирующего кожуха, которую соединяют с основанием 6 посредством фланцевого соединения. Затем внутренний резервуар закрепляют с помощью резьбовых упоров 19. После этого последовательно устанавливают две торцевые крышки 8 демпфирующего кожуха, которые соединяют с основанием 6 и верхней крышкой 7 посредством фланцевых соединений с центрирующим кольцевым поясом 9. После установки торцевых крышек 8 демпфирующего кожуха внутренний резервуар 1 закрепляют в осевом направлении с помощью резьбовых упоров 20. Затем осуществляют установку контейнера, содержащего внутренний и наружный резервуары 1, 2 на транспортное средство (на чертеже не показано) для транспортировки к месту дальнейшего хранения, где снятие контейнера и освобождение внутреннего резервуара производят в обратном порядке. При этом на транспортном средстве контейнер закрепляется с возможностью установки в вертикальное положение при загрузке отработавших ТВС, и в горизонтальное положение при транспортировке.

В случае падения 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. Упругопластические свойства трубчатых элементов выбраны из условия обеспечения снижения действующих на контейнер перегрузок и, соответственно, на размещенные в нем ТВС до допустимого уровня, равного в варианте исполнения изобретения 100...150.

Кроме того, оснащение внутреннего резервуара с ОЯТ 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 ОЯТ, требования к радиационно-защитным свойствам внутреннего резервуара могут быть понижены (Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87 и основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСН- 72/87. Министерство здравоохранения СССР. 3-е изд., переработанное и доп. М.: Энергоатомиздат, 1988). Это дает возможность уменьшить массу и снизить стоимость изготовления внутреннего резервуара контейнера, как основного (базового) и тиражируемого элемента в концепции сухого хранения ОЯТ и, соответственно, снизить стоимость реализации этой концепции.

Таким образом, благодаря особенностям выполнения предлагаемое устройство обеспечивает предохранение контейнера с ОЯТ от разрушения при возможных аварийных ситуациях, повышает радиационную защиту персонала при транспортировке и дает возможность снизить стоимость реализации концепции сухого хранения ОЯТ.

Использованием контейнер предназначен для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива. Сущность изобретения: контейнер содержит внутренний и наружный резервуары. Наружный резервуар представляет собой демпфирующий кожух из разъемных элементов, выполненный в виде барабана с торцевыми стенками и обечайкой, включающей центральный и концевые элементы. У каждой торцевой стенки кожуха установлены радиально расположенные трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевыми элементами обечайки и между собой. Вдоль образующей каждого концевого элемента обечайки установлены другие трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий наружный и внутренний резервуары, отличающийся тем, что наружный резервуар представляет собой демпфирующий кожух из разъемных элементов, причем последний выполнен в виде барабана с торцевыми стенками и обечайкой, включающей центральный и концевые элементы, у каждой торцевой стенки кожуха внутри последнего установлены радиально расположенные трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой, а вдоль образующей каждого концевого элемента обечайки установлены другие трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой. 2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что центральный элемент обечайки снабжен выполненными по периметру кольцевыми и продольными ребрами. 3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что трубчатые элементы заполнены поризованным энергопоглощающим материалом. 4. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что в качестве поризованного энергопоглощающего материала содержит цементно-песчаный бетон с заполнителем в виде вспученного керамзита.