ПЕНАЛ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 1999 года по МПК G21F9/36 G21F5/08 

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в хранилищах отработанного ядерного топлива (ХОЯТ) как для хранения отработанного ядерного топлива (ОЯТ), так и для работ по радиационной технологии.

Транспортирование и хранение ОЯТ производится в пеналах. Необходимость использования пеналов продиктована условиями защиты топливных сборок от механических повреждений при их транспортировании и в процессе хранения. Пеналы являются также средством защиты днища бассейна при возможном падении топливной сборки. В настоящее время в стране нет средств для создания всей инфраструктуры по длительному хранению ОЯТ в контейнерах. Стоимость контейнеров для транспортирования и хранения, оборудования для разделки тепловыделяющих сборок (ТВС) с ОЯТ очень велика, само транспортирование к месту переработки или хранения также дорого. Конструкции контейнеров для транспортировки и хранения ОЯТ еще только разрабатываются, а ХОЯТ имеются на станциях. Таким образом, увеличение вместимости имеющихся водных ХОЯТ при АЭС является общенациональной проблемой. Однако реализация изобретений сдерживается предельно допустимыми нагрузками на балки перекрытий и дно бассейна ХОЯТ и требованиями по поддержанию водно-химического режима. Поэтому снижение веса пеналов, повышение их надежности и экологической безопасности позволит на ближайшие 15 - 20 лет решить проблему хранения ОЯТ вблизи от АЭС при минимальных затратах без разделки, транспортировки, изготовления контейнеров, с использованием уже отработанной технологии, конструкций ХОЯТ и пеналов. Известны пеналы для хранения ОЯТ [1]. Пенал представляет собой корпус с герметичными стенками и дном. Внутри пенала размещено ОЯТ.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является пенал для хранения отработанного ядерного топлива [2], содержащий корпус с дном. ОЯТ загружают в заполненный водой корпус пенала, закрывают крышкой. Затем пенал устанавливают в заполненный водой бассейн хранилища, где фиксируют его либо в подвешенном положении, либо устанавливают на днище бассейна.

Недостатком наиболее близкого аналога является высокая металлоемкость пенала, возможность выхода радионуклидов из пенала в бассейн при коррозионных повреждениях конструкционного металла пенала. При хранении ОЯТ, окруженного циркониевой оболочкой, в стальном пенале, заполненном водой, циркониевая оболочка и стальной пенал образуют гальваническую пару, являющуюся одной из основных причин возникновения электрохимической коррозии, которая усиливается в условиях радиолиза воды пенала, облучаемой от ОЯТ. Со временем наблюдается усиление электрохимической коррозии за счет накопления продуктов, образующихся в процессе электрохимической коррозии, что приводит в ряде случаев к разрушению циркониевой оболочки и более интенсивному попаданию радиоактивных продуктов в пенал. А при нарушении герметичности пенала радиоактивные продукты попадают в воду бассейна, загрязняя ее. На очистку воды бассейна приходится затрачивать большие средства. При этом стенки бассейна также начинают усиленно корродировать, что приводит к образованию свищей. Своевременно выявить негерметичные отработанные топливные сборки (ОТВС) в процессе хранения ОТВС в пеналах бассейна не всегда удается.

Задачи, решаемые изобретением: снижение вероятности выхода радионуклидов из тепловыделяющей сборки в пенал и далее в бассейн и как следствие решается задача по повышению надежности пенала в процессе эксплуатации и экологической безопасности при хранении ОЯТ в пеналах. Другой задачей, решаемой изобретением, является снижение металлоемкости пенала.

Сущность изобретения заключается в том, что в пенале для хранения отработанного ядерного топлива, содержащем корпус с дном, предложено корпус выполнить из концентрично расположенных изолирующей и несущей обечаек, причем изолирующую обечайку предложено выполнить из керамического ударопрочного материала или из стеклоткани с эпоксидным связующим. В качестве уточняющих и развивающих признаков предлагается изолирующую обечайку установить внутри несущей, изолирующую обечайку скрепить с внутренней стенкой несущей обечайки. В одном из вариантов выполнения изолирующую обечайку предлагается установить снаружи несущей обечайки. По другому варианту несущую обечайку предложено выполнить в виде каркасной конструкции.

Выполнение корпуса пенала из концентрично расположенных изолирующей и несущей обечаек надежно предохранят ОЯТ от повреждения при транспортировании и хранении. Выполнение несущей обечайки водонепроницаемой в виде каркасной конструкции, а изолирующей обечайки из керамического ударопрочного материала или из стекловолокна с эпоксидным связующим, упрочняющегося в процессе радиационного воздействия, позволит уменьшить металлоемкость пенала. Применение данных материалов для изготовления изолирующей обечайки снижает коррозионное повреждение несущей обечайки и, следовательно, повышает уровень безопасности хранения ОЯТ. Изолирующая обечайка, таким образом, препятствует образованию гальванической пары и тем самым исключает загрязнение воды пенала радионуклидами и попадание их в бассейн. Изолирующая обечайка является своеобразным барьером, препятствующим попаданию радионуклидов в бассейн, т.е. устраняется основной недостаток ближайшего аналога. Общий вес пенала при этом также снижается, т.к. снижается общая расчетная толщина стенки несущей обечайки (на величину разрушений от коррозии). Величина растягивающей нагрузки на несущую обечайку пенала из-за наличия изолирующей обечайки, выполненной, например, из стеклопластика с использованием эпоксидного связующего, незначительно. Совокупность признаков, заявленных в первом пункте формулы, кроме того, позволяет организовать периодический контроль за герметичностью циркониевых оболочек топливных сборок простым способом - путем контроля за состоянием пространства между двумя обечайками. Накопление воды в этом пространстве будет свидетельствовать о негерметичности циркониевой оболочки и/или несущей оболочки.

Данное техническое решение поясняется графическими материалами. На фиг. 1 изображен пенал с ОЯТ, состоящий из концентрично расположенных изолирующей и несущей обечаек; на фиг. 2 - пенал с несущей обечайкой выполненной водонепроницаемой в виде каркасной конструкции; на фиг. 3 - пенал с ОЯТ с изолирующей обечайкой установленной внутри несущей обечайки; на фиг. 4 - пенал с изолирующей обечайкой установленной снаружи несущей обечайки; на фиг. 5 - пенал с изолирующей обечайкой, скрепленной с внутренней стенкой несущей обечайки.

Пенал для хранения отработанного ядерного топлива (фиг. 1, 2, 3, 4, 5) состоит из корпуса 1 с дном 2 и фланца 3 в верхней части. Корпус 1 пенала состоит из концентрично расположенных изолирующей 4 и несущей 5 обечаек. В пределах сущности, заявленной в первом пункте формулы, возможны варианты относительно размещения изолирующей 4 и несущей 5 обечаек:
- изолирующая 4 обечайка установлена внутри несущей 5 обечайки (фиг. 1);
- изолирующая 4 обечайка установлена снаружи несущей 5 обечайки (фиг. 2).

Несущая 5 обечайка может быть выполнена водонепроницаемой в виде каркасной конструкции (фиг. 5). Изолирующая 4 обечайка может быть изготовлена из керамического ударопрочного материала или из стеклоткани с эпоксидным связующим, упрочняющимся в процессе радиационного воздействия, например в процессе хранения. Возможен вариант, когда изолирующая 4 обечайка скреплена с внутренней стенкой несущей 5 обечайки (фиг. 3).

Работа пенала для хранения отработанного ядерного топлива (для всех вариантов исполнения пенала) проиллюстрирована на фиг. 1 - 5. Тепловыделяющую сборку 6 в зависимости от выбранного способа хранения загружают в заполненную водой или сухую (не показано) изолирующую 4 обечайку, размещенную в несущей 5 обечайке корпуса 1. Затем заполненный водой или сухой корпус 1 пенала устанавливают в заполненный водой бассейн 7 хранилища, где фиксируют пенал в подвешенном положении на фланцах 3 либо устанавливают на днище бассейна 7.

Предложенное техническое решение позволит исключить разгерметизацию как следствие протекания коррозионных процессов конструкционных материалов пенала в течениe периода хранения ОЯТ в бассейне и, следовательно, повысить экологическую безопасность АЭС. Пеналы предлагаемой конструкции позволят не ужесточать требований по водно-химическому режиму хранения ОЯТ в пеналах. Предложенное техническое решение может быть использовано как при проектировании новых, так и для модернизации существующих пеналов путем установки внутрь корпуса существующего пенала изолирующей обечайки.

Источники информации
1. Острянин К.А. и др. "Хранение отработанного топлива на АЭС", сборник "Исследования в области переработки облученного топлива и обезвреживание отходов". Материалы Симпозиума стран - членов СЭВ. ЧССР, Марианске Лазне, апрель 1981 г., с. 1 127.

2. Патент РФ N 2034346, кл. G 21 F 9/36.

Изобретение относится к области ядерной энергетики. Сущность изобретения заключается в том, что в пенале для хранения отработанного ядерного топлива, содержащем корпус с дном, предложено корпус выполнить из концентрично расположенных изолирующей и несущей обечаек, причем изолирующую обечайку предложено выполнить из керамического ударопрочного материала или из стеклоткани с эпоксидным связующим. Технический результат данного изобретения выражается в том, что данное техническое решение позволит исключить разгерметизацию как следствие протекания коррозионных процессов конструкционных материалов пенала в течение периода хранения ОЯТ в бассейне и, следовательно, повысить экологическую безопасность АЭС. 3 з.п.ф-ы, 5 ил.

1. Пенал для хранения отработанного ядерного топлива, содержащий корпус с дном, отличающийся тем, что корпус выполнен из концентрично расположенных несущей и изолирующей обечаек, причем изолирующая обечайка выполнена из керамического ударопрочного материала или из стеклоткани с эпоксидным связующим. 2. Пенал по п.1, отличающийся тем, что изолирующая обечайка установлена внутри несущей обечайки. 3. Пенал по п.1, отличающийся тем, что изолирующая обечайка установлена снаружи несущей обечайки. 4. Пенал по п.1, отличающийся тем, что несущая обечайка выполнена водопроницаемой в виде каркасной конструкции.