КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И/ИЛИ ХРАНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2000 года по МПК G21F5/05 G21F5/08 

Изобретение относится к контейнерам для длительного сухого хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) или аналогичных радиоактивных материалов, в частности к контейнерам с устройствами для контроля герметичности.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения выгоревших топливных элементов ядерного реактора или аналогичных радиоактивных материалов (патент Франции N 2478861, МПК³ G 21 F 5/00, 1981 г.; патент США N 4528454, МПК³ G 21 F 5/00, 1985 г.). Известный контейнер включает герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде по меньшей мере двух съемных крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры. Во внутренней съемной экранирующей крышке выполнены отверстия для контроля и пробоотбора, в которых размещены клапаны устройства для контроля герметичности. Крепление съемных крышек выполнено посредством болтовых соединений. Контроль герметичности перекрытия внутренней полости контейнера осуществляется последовательно, начиная с контроля уплотнения наружной съемной крышки.

Недостатком известного контейнера является сравнительно большая трудоемкость процедуры контроля герметичности, обусловленная тем, что контроль герметичности внутренней съемной крышки возможен только при снятой наружной съемной крышке. Кроме того, осуществление контроля герметичности при снятой наружной съемной крышке снижает радиационную безопасность.

Известен контейнер для транспортировки и хранения радиоактивных веществ (патент Франции N 2486701, МПК G 21 F 5/00, G 21 C 19/32, 1932 г.; патент ФРГ N 3025795, МПК G 21 F 5/00, 1982 г.). Известный контейнер включает герметичное перекрытие внутреннего объема (внутренней полости) контейнера, выполненное в виде съемных крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры (барьеры). Контейнер имеет защитный корпус из чугуна или литой стали с внутренним объемом (полостью). Корпус снабжен выемками для размещения защитной съемной крышки со средствами для формирования внутреннего герметизирующего барьера. Над защитной крышкой установлена предохранительная крышка с внешним герметизирующим барьером. Промежуточное пространство, заключенное между внутренним и внешним герметизирующими барьерами содержит газ под давлением, которое значительно выше атмосферного давления и давления во внутреннем объеме контейнера. С промежуточным пространством связано контрольное устройство, которое срабатывает при падении давления в промежуточном пространстве ниже порогового значения. Благодаря этому возможное повреждение внутреннего герметизирующего барьера может быть обнаружено до того, как радиоактивные газы и/или вещества проникнут в пространство между герметизирующими барьерами.

Известный контейнер обеспечивает возможность контроля внутреннего герметизирующего барьера без съема наружной защитной крышки. Однако, известный контейнер не предполагает возможности использования масс-спектрометрического метода контроля герметичности.

Известен контейнер для радиоактивных отходов, предназначенный для длительного подземного захоронения (акцептованная заявка Японии N 60-32158, МПК G 21 F 9/02, 1985 г.). Контейнер содержит корпус с герметичным перекрытием, включающих крышку, с внутренней стороны которой выполнена герметичная камера, наполненная газом высокого давления. Контейнер снабжен регулируемым клапаном, смонтированным во внутренней стенке камеры. Также во внутренней стенке камеры выполнено отверстие со вставкой, которая разрушается под давлением, превышающим установленное значение. Использование контейнера осуществляется следующим образом. В контейнер помещают радиоактивные отходы. Затем контейнер с крышкой помещают в камеру, откуда откачивают воздух, тем самым вакуумируя и внутренний объем контейнера. В камере крышку герметично приваривают электроннолучевой сваркой к корпусу контейнера. После сварки, нагревая контейнер извне, повышают давление газа внутри камеры до разрушения вставки, выпуская газ во внутренний объем контейнера.

Также известен контейнер для захоронения радиоактивных отходов, содержащий корпус с герметичным перекрытием, включающим крышку, с внутренней стороны которой или с внутренней стороны корпуса контейнера выполнена герметичная камера, наполняемая газом высокого давления (акцептованная заявка Японии N 60-32159, МПК G 21 F 9/02, 1985 г.). Контейнер снабжен регулируемым клапаном, смонтированным во внутренней стенке камеры. Часть стенки, ограничивающей камеру, приваривается к внутренней поверхности крышки металлом с более низкой температурой плавления, чем металл, из которого изготовлены крышка и корпус контейнера. При использовании контейнера загруженный радиоактивными отходами и закрытый крышкой контейнер помещают в камеру, из которой откачивают воздух, тем самым вакуумируя и внутренний объем контейнера. После приварки крышки к корпусу контейнера, нагревая контейнер извне, расплавляют упомянутый металл, имеющий более низкую температуру плавления, выпуская газ из подкрышечной камеры во внутренний объем контейнера.

Недостатком последних двух контейнеров для радиоактивных отходов является то, что в них предусмотрен только один контур герметизации внутреннего объема контейнера. Кроме того, конструкция каждого контейнера предполагает только одноразовую установку крышки и предусматривает нарушение целостности герметичной камеры при выпускании газа во внутренний объем контейнера, что обусловлено целевым назначением контейнера.

Известно устройство для закрывания контейнера для хранения отработавшего ядерного топлива по патенту Франции N 2573238, МПК⁴ G 21 F 5/00, 9/36, 1986 г. Устройство содержит контейнер с внутренней полостью, предназначенной для размещения ОЯТ, герметичное перекрытие упомянутой полости, включающее защитную крышку, установленную посредством болтового соединения. Между защитной крышкой и корпусом контейнера установлено газонепроницаемое уплотнение для предотвращения утечек газа из контейнера. Защитная крышка снабжена первым каналом для газа, расположенным внутри по отношению к упомянутому уплотнению защитной крышки с целью инжектирования газа для контроля уплотнения, и вторым каналом, расположенным снаружи по отношению к упомянутому уплотнению и предназначенным для приема любой утечки газа через уплотнение в процессе контроля.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает возможности одновременного контроля герметичности всех разъемных соединений герметичного перекрытия внутренней полости контейнера. Кроме того, известное устройство предполагает сравнительно большую трудоемкость процедуры контроля герметичности.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявленным изобретением является контейнер для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов по патенту США N 4495139, МПК G 21 C 17/00, 1985 г., который и выбран в качестве ближайшего аналога-прототипа. Известный контейнер включает герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде двух съемных крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры с образованием трех последовательно расположенных полостей (контрольных камер). Герметичность съемных крышек обеспечивается кольцевыми уплотнительными прокладками, которые располагаются в соответствующих пазах съемных крышек. Каждая из трех контрольных камер посредством отходящего от нее канала, выполненного во внутренней съемной крышке, соответственно сообщена с клапаном устройства для контроля герметичности. Последний может быть подсоединен, например, к анализатору для контроля состава газовой смеси в соответствующей контрольной камере, или - к средству для контроля параметров газовой среды в соответствующей контрольной камере (полости). Каждый клапан установлен в гнезде, которое герметично перекрыто соответствующей съемной дополнительной крышкой, которая, в свою очередь, герметично перекрыта последующей съемной крышкой. Контроль герметичности контейнера осуществляют последовательно, начиная с контрольной камеры, наиболее удаленной от внутренней полости контейнера. Это обеспечивает безопасность процедуры контроля герметичности.

Однако известное устройство предполагает сравнительно большую трудоемкость процедуры контроля герметичности внутренней полости контейнера, что обусловлено необходимостью предварительного съема наружной крышки герметичного перекрытия, а затем для обеспечения последовательного доступа к контрольным камерам съема дополнительных крышек соответственно перекрывающих клапаны устройства для контроля герметичности. Кроме того, осуществление контроля герметичности при снятой наружной съемной крышке снижает радиационную безопасность.

Задача, решаемая изобретением, заключается в обеспечении возможности контроля герметичности защитных крышек с помощью масс-спектрометрического метода посредством гелиевого течеискателя.

Эта задача решается благодаря тому, что в известном контейнере для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, включающем герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде по меньшей мере двух съемных крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры с образованием полостей, каждая из которых выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности, согласно изобретению в корпусе контейнера с внешней стороны выполнено глухое отверстие, которое герметично перекрыто дополнительной съемной крышкой с образованием под ней дополнительной полости, с которой сообщены упомянутые каналы. При этом дополнительная съемная крышка образует с корпусом контейнера герметизирующие контуры с образованием полости, которая выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности. В дополнительной съемной крышке выполнен дополнительный канал для сообщения дополнительной полости с устройством для контроля герметичности. Контейнер снабжен двумя герметическими регулируемыми клапанами, смонтированными в дополнительной съемной крышке. При этом первый герметический регулируемый клапан установлен на концевом участке дополнительного канала, обращенном к упомянутой дополнительной полости. В дополнительной съемной крышке выполнена первая камера для пробного газа, которая через второй герметический регулируемый клапан сообщена с другим участком дополнительного канала.

Вместе с этим в корпусе контейнера выполнен канал для сообщения внутренней полости контейнера с внешней средой через клапан, смонтированный в выполненном с внешней стороны корпуса гнезде с герметичным перекрытием, выполненным в виде съемных наружной и внутренней крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры с образованием полостей, каждая из которых выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности. Полость между наружной и внутренней крышками сообщена с упомянутой дополнительной полостью. Контейнер снабжен третьим герметическим регулируемым клапаном, который смонтирован во внутренней крышке. Во внутренней крышке выполнена вторая камера для пробного газа, которая через третий герметический регулируемый клапан сообщена с подкрышечной полостью внутренней крышки.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность контроля герметичности загруженного ОЯТ контейнера без съема наружной защитной крышки, что повышает радиационную безопасность. Вместе с этим изобретение позволяет сократить время проведения работ и повысить достоверность контроля герметичности.

На чертеже схематично представлен продольный разрез контейнера для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов.

В варианте осуществления изобретения контейнер предназначен для сухого хранения отработавшего ядерного топлива ядерных реакторов различных типов.

Контейнер содержит корпус 1, внутренняя полость "a" которого перекрыта герметичным перекрытием, выполненным в виде двух съемных крышек 2 и 3, расположенных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры с образованием полостей (контрольных камер) "b", "c" и "d". Для сообщения упомянутых полостей с устройством для контроля герметичности предусмотрены каналы 4 - 7.

В корпусе контейнера с внешней стороны выполнено глухое отверстие, которое герметично перекрыто дополнительной съемной крышкой 8 с образованием под ней дополнительной (подкрышечной) полости "e". Последняя сообщена с каналами 5 и 7. Дополнительная съемная крышка 8 образует с корпусом 1 контейнера герметизирующие контуры с образованием полости "f", которая выполнена с каналом 9 для сообщения с устройством для контроля герметичности. При этом в дополнительной съемной крышке 8 выполнен дополнительный разветвленный канал 10 для сообщения упомянутой подкрышечной полости с устройством для контроля герметичности. Для подсоединения последнего в дополнительной съемной крышке 6 предусмотрено гнездо, которое герметично закрывается заглушкой (пробкой) 11. В дополнительной съемной крышке 8 смонтированы два герметических регулируемых извне клапана 12 и 13. В варианте исполнения изобретения каждый из последних представляет собой, например, отсечный сильфонный вентиль. Герметический регулируемый клапан 12 установлен на концевом участке канала 10, обращенном к дополнительной полости "e". В дополнительной съемной крышке 8 выполнена камера 14 для пробного газа, например, гелия, которая через герметический регулируемый клапан 13 соединена с другим концом канала 10.

В варианте выполнения в корпусе 1 контейнера выполнен канал 15 для сообщения внутренней полости "a" с внешней средой через клапан 16. Клапан 16 смонтирован в выполненном с внешней стороны корпуса гнезде с герметичным перекрытием, выполненным в виде съемных наружной и внутренней крышек 17 и 18. Устройство клапана 16 на чертеже не показано. В варианте осуществления изобретения упомянутый клапан выполнен, например, в виде двухседельного клапана, который открывается посредством соответствующего присоединительного устройства (на чертеже не показано) при снятых наружной и внутренней крышках 17 и 18. Крышки 17 и 18 установлены одна над другой и образуют с корпусом 1 контейнера герметизирующие контуры с образованием полостей "q", "h" и "c". Для сообщения этих полостей с устройством для контроля герметичности предусмотрены каналы соответственно 19 - 21. При этом полость "i" между наружной и внутренней крышками 17 и 18 через канал 21, полость "d" и канал 7 сообщается с дополнительной полостью "e". Во внутренней крышке 18 выполнена камера 22 для пробного газа, например, гелия, которая через третий герметический регулируемый клапан 23, аналогичный по конструкции клапанам 12 и 13, сообщена с подкрышечной полостью "j" внутренней крышки.

В варианте осуществления изобретения для предохранения каналов 4 - 6, 19 и 20 от загрязнения предусмотрены заглушки 24. Герметичность съемных крышек обеспечивается соответствующими кольцевыми уплотнительными прокладками (позиции прокладок на чертеже не обозначены). Крепление съемных крышек и заглушки 11 выполнено посредством болтовых соединений (на чертеже не показаны).

Использование контейнера в промышленности осуществляется следующим образом.

После загрузки в контейнер ОЯТ дистанционно устанавливается съемная крышка 2, затягивается болтовое соединение ее крепления. Устанавливается наружная съемная крышка 3, затягивается болтовое соединение ее крепления. Затем производится осушка внутренней полости "a" контейнера, для чего снимают наружную и внутреннюю крышки 17 и 18. В освободившееся гнездо устанавливают присоединительное устройство, соединяющее при открытом клапане 16 внутреннюю полость "a" контейнера с системой осушки (на чертеже не показана). Посредством присоединительного устройства открывают клапан 16 и из внутренней полости контейнера до окончания осушки откачивают парогазовую смесь. При этом контейнер разогревается за счет выделения тепла от загруженного ОЯТ. После окончания осушки производят контроль герметичности съемной крышки 2, для чего при снятой дополнительной съемной крышке 8 к гнезду канала 5, сообщенного с полостью (контрольной камерой) "b", присоединяют трубопровод, связанный с вакуумным насосом и гелиевым течеискателем (на чертеже не показаны). В контрольной камере "b" создают вакуум, а во внутреннюю полость контейнера через упомянутое присоединительное устройство подают пробный газ, например гелий. С помощью гелиевого течеискателя осуществляют измерение величины потока гелия через внутреннюю уплотнительную прокладку съемной крышки 2. При этом благодаря наличию канала 5 обеспечивается возможность контроля герметичности съемной крышки 2 без снятия съемной крышки 3, что повышает радиационную безопасность и позволяет сократить время проведения работ.

После окончания контроля герметичности съемной крышки 2 откачивают пробный газ из внутренней полости "a" контейнера. При необходимости производят заполнение внутренней полости контейнера инертным газом, который должен находится во внутренней полости контейнера при длительном хранении ОЯТ. Закрывают клапан 16. Снимают упомянутое присоединительное устройство и в освободившееся гнездо устанавливают внутреннюю крышку 18. Предварительно камеру 22, выполненную во внутренней крышке 18, заполняют пробным газом (гелием) и закрывают с помощью герметического регулируемого клапана 23. Затягивают болтовое соединение крепления внутренней крышки 18, после чего производят контроль ее герметичности. Для этого к гнезду канала 20, сообщенного с полостью (контрольной камерой) "g", присоединяют упомянутый трубопровод, связанный с вакуумным насосом и гелиевым течеискателем. В контрольной камере "g" создают требуемый вакуум. Открывают извне герметический регулируемый клапан 23 и пробный газ из камеры 22 подают в подкрышечную полость "j". С помощью гелиевого течеискателя осуществляют измерение величины потока гелия через внутреннюю уплотнительную прокладку внутренней крышки 18.

После контроля уплотнений первого контура герметизации, образуемого крышками 2 и 18, производится контроль уплотнений второго контура герметизации, образуемого крышками 3, 8 и 17. Устанавливаются наружная крышка 17 и дополнительная съемная крышка 8, затягиваются болтовые соединения их крепления. К гнездам соответственно канала 6, сообщенного с полостью (контрольной камерой) "c", канала 19, сообщенного с полостью (контрольной камерой) "g", и канала 9, сообщенного с полостью (контрольной камерой) "f", присоединяют соответствующие трубопроводы от вакуумного насоса и гелиевого течеискателя. К гнезду дополнительного канала 10 пристыковывают соответствующий трубопровод устройства для контроля герметичности, через который при открытом герметическом регулируемом клапане 12 откачивают воздух из полостей "e", "d" и "i". Затем в упомянутые полости подают пробный газ для контроля уплотнений крышек 3, 8 и 17. Благодаря тому, что полости "e", "d" и "i" сообщены каналами между собой, отпадает необходимость наличия устройств подачи пробного газа отдельно под каждую крышку, что позволяет сократить время проведения работ. Одновременно обеспечивается возможность повышения качества контроля герметичности, благодаря тому, что подача пробного газа производится независимо от каналов контроля и контрольных камер.

Для последующего контроля герметичности заглушки (пробки) 11 дополнительного канала 10 открывают извне герметический регулируемый клапан 13. Заполняют камеру 14 пробным газом, находящимся в подкрышечной полости, после чего закрывают упомянутый клапан.

После окончания контроля герметичности крышек 3, 8 и 17 откачивают пробный газ из полостей "e", "d" и "i". Упомянутые полости по аналогии с внутренней полостью "a" контейнера заполняют другим инертным газом под необходимым давлением. Закрывают извне герметический регулируемый клапан 12. Отстыковывают трубопровод от гнезда дополнительного канала 10 и устанавливают заглушку (пробку) 11. Затягивают болтовое соединение крепления заглушки. Открывают извне герметический регулируемый клапан 13 и пробный газ из камеры 14 подают в дополнительный канал 10. После этого посредством внешней вакуум-камеры производят контроль герметичности заглушки 11. Благодаря камере 14 обеспечивается подача пробного газа под заглушку 11 после затягивания болтового соединения ее крепления, что позволяет повысить качество контроля герметичности упомянутой заглушки.

Таким образом, благодаря особенностям исполнения контейнера для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, изобретение обеспечивает возможность контроля герметичности всех разъемных соединений загруженного ОЯТ контейнера с помощью масс-спектрометрического метода (методом замера потока гелия) с независимой от контрольных каналов додачей гелия под уплотнения. Кроме того, изобретение обеспечивает безопасный контроль состава газовой смеси в межкрышечном пространстве и во внутренней полости контейнера, а также, при использовании упомянутого гнезда в дополнительной крышке для установки соответствующего датчика обеспечивается возможность контроля параметров газовой среды в межкрышечном пространстве в процессе длительного хранения ОЯТ.

Контейнер, содержащий отработанное ядерное топливо (ОЯТ), включает герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде по меньшей мере двух съемных защитных крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом герметизирующие контуры с образованием полостей, каждая из которых выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности (УКГ). В корпусе с внешней стороны выполнено глухое отверстие, которое герметично перекрыто дополнительной съемной крышкой (СК) с образованием под ней дополнительной полости, с которой сообщены упомянутые каналы. Дополнительная СК образует с корпусом герметизирующие контуры с образованием другой полости, которая выполнена с каналом для сообщения с УКГ. В дополнительной СК выполнен дополнительный разветвленный канал для сообщения дополнительной полости с УКГ. В варианте выполнения корпус снабжен двумя герметическими регулируемыми извне клапанами (ГРК), смонтированными в дополнительной СК. Первый ГРК установлен на концевом участке упомянутого дополнительного канала, обращенном к дополнительной полости. В дополнительной СК выполнена первая камера для пробного газа, например гелия, которая через второй ГРК сообщена с другим участком дополнительного канала. Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность контроля герметичности загруженного ОЯТ контейнера без съема наружной защитной крышки, что повышает радиационную безопасность. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Контейнер для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, включающий герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде по меньшей мере двух съемных крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры с образованием полостей, каждая из которых выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности, отличающийся тем, что в корпусе контейнера с внешней стороны выполнено глухое отверстие, которое герметично перекрыто дополнительной съемной крышкой с образованием под ней дополнительной полости, с которой сообщены упомянутые каналы, при этом дополнительная съемная крышка образует с корпусом контейнера герметизирующие контуры с образованием полости, которая выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности, в дополнительной съемной крышке выполнен дополнительный канал для сообщения дополнительной полости с устройством для контроля герметичности, причем контейнер снабжен двумя герметическими регулируемыми клапанами, смонтированными в дополнительной съемной крышке, при этом первый герметический регулируемый клапан установлен на концевом участке дополнительного канала, обращенном к упомянутой дополнительной полости, а в дополнительной съемной крышке выполнена первая камера для пробного газа, которая через второй герметический регулируемый клапан сообщена с другим участком дополнительного канала. 2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в корпусе контейнера выполнен канал для сообщения внутренней полости контейнера с внешней средой через клапан, смонтированный в выполненном с внешней стороны корпуса гнезде с герметичным перекрытием, выполненным в виде съемных наружной и внутренней крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры с образованием полостей, каждая из которых выполнена с каналом для сообщения с устройством для контроля герметичности, при этом полость между наружной и внутренней крышками сообщена с упомянутой дополнительной полостью, контейнер снабжен третьим герметическим регулируемым клапаном, который смонтирован во внутренней крышке, при этом в последней выполнена вторая камера для пробного газа, которая через третий герметический регулируемый клапан сообщена с подкрышечной полостью внутренней крышки.