ЧЕХОЛ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ОТ РЕАКТОРОВ ТИПА ВВЭР-1000 Российский патент 2008 года по МПК G21C19/06 G21F5/00 

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для хранения отработавших ядерных топливных элементов реактора ВВЭР 1000 и предназначено для использования в хранилищах отработанного ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.

Хранение отработавшего ядерного топлива является существенной частью любого ядерного топливного цикла. Это может быть временное хранение до переработки отработавшего ядерного топлива, либо достаточно длительное хранение до захоронения топлива в могильниках. Суммарные объемы отработавшего топлива, подлежащего хранению, непрерывно возрастают из-за значительно меньших производственных возможностей перерабатывающих заводов. Растет не только объем хранящегося топлива, но и увеличиваются предполагаемые сроки хранения, поскольку задача захоронения отработавшего ядерного топлива не решена ни в одной стране.

Основу ядерно-энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и РБМК. Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерно-топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо АЭС с реакторами ВВЭР-440 перерабатывается на заводе РТ-1, а топливо реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на заводе РТ-2 после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание завода РТ-2 запланировано на 2020-2025 гг. На площадке РТ-2 действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ хранится в водонаполненном бассейне, так называемое «мокрое» хранение. Переработка отработавшего топлива реакторов на этих заводах пока не планируется, и его хранение в безопасных условиях в течение длительного времени становится актуальной проблемой, учитывая отсутствие свободных объемов в приреакторных бассейнах. Таким образом, основной практикой обращения с отработавшим ядерным топливом в России на сегодняшний день является хранение.

Первоначальная проектная емкость «мокрого» хранилища 3000 тонн была увеличена до 6000 тонн за счет разработки и внедрения двенадцатиместного чехла-хранилища вместо первоначального

шестиместного чехла (при этом в чехол помещается не шесть отработавших тепловыделяющих сборок, а двенадцать).

Из уровня техники известно устройство, именуемое «Контейнер для транспортировки отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000» (см. авторское свидетельство СССР №1653456, кл. G21F 5/00, 1989), которое заявитель выявил, как наиболее близкое устройство того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков, и выбрал за прототип. Известный контейнер для транспортировки отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 выполнен из нержавеющей стали, содержит центральную трубу, дистанционирующие решетки, а также трубы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного чехла контейнера, относится то, что чехол имеет круглое сечение и при размещении круглых чехлов в хранилище будет невозможно обеспечить полное и равномерное заполнение хранилища отработавшими тепловыделяющими сборками. Кроме того, чехол содержит только двенадцать труб, что также не обеспечивает полной загрузки хранилища. Применение в конструкции чехла шестигранных труб усложняет конструкцию чехла и технологию его изготовления из-за необходимости выполнения шестигранных отверстий в дистанционирующих решетках, что приводит к увеличению стоимости его изготовления.

Целью изобретения является снижение себестоимости изготовления и упрощение обслуживания чехла.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в увеличении коэффициента полезной загрузки хранилища для отработавших тепловыделяющих сборок.

Для достижения указанного технического результата в чехле для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000, выполненном из нержавеющей стали, содержащем центральную трубу, дистанционирующие решетки и трубы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, особенностью является то, что дистанционирующие решетки выполнены квадратными и имеют двадцать отверстий для установки труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, а оси труб расположены симметрично относительно центральной оси чехла в точках с определенными значениями полярных координат R_i и α_i.

Учитывая особые условия эксплуатации, чехол отличается тем, что отверстия в дистанционирующих решетках и трубы, устанавливаемые в них, выполнены круглыми, в верхней части круглых труб установлены три ребра, образующие незамкнутый шестигранник и чехол по периферии квадратного сечения обрамлен ребрами жесткости, расположенными симметрично относительно центральной оси чехла.

Отличительными признаками предлагаемого чехла от указанного выше известного контейнера, наиболее близкого к нему, являются увеличение вместимости чехла с двенадцати до двадцати отработавших тепловыделяющих сборок, а также то, что дистанционирующие решетки выполнены квадратными и оси труб для размещения отработавших тепловыделяющих сборок расположены симметрично относительно центральной оси чехла в точках с определенными значениями полярных координат радиусов R_i и углов α_i. Это техническое решение позволило увеличить вместимость чехла, а, следовательно, и всего хранилища.

Благодаря наличию этих признаков при работе заявленного чехла в условиях, когда его загрузка и транспортировка осуществляются дистанционно под водой, расположение труб и обрамляющих чехол по периферии квадратного сечения ребер жесткости симметрично относительно центральной оси чехла обеспечивает равномерное распределение гидродинамического воздействия воды на чехол при его транспортировке под водой и исключает его разворачивание в транспортном коридоре, что, в свою очередь, позволяет применять чехлы с дистанционирующими решетками квадратного сечения со стороной несколько меньше ширины транспортного коридора, но с диагональю, превышающей его ширину. Ребра жесткости, расположенные симметрично центральной оси чехла, позволили сохранить его прочность, несмотря на увеличение коэффициента загрузки чехла.

При исследовании заявителем отличительных признаков описываемого чехла для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 не было выявлено из имеющихся патентных и научно-технических источников информации каких-либо аналогичных известных решений, характеризующихся признаками, идентичными всем существенным признакам данного изобретения. Равно как заявителем не было обнаружено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Предлагаемый чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2, 3 и 4.

На фиг.1 показан вид спереди чехла; на фиг.2 показан вид чехла сверху; фиг.3 и 4 иллюстрируют схему размещения чехлов в хранилище.

Предлагаемый чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 содержит центральную трубу 1, присоединенные к центральной трубе 1 дистанционирующие решетки 2 и установленные в них трубы 3 (20 штук). К центральной трубе 1 также присоединены плита 4 и основание 5, соединенные между собой ребрами 6. По внешнему контуру чехол обрамлен уголками 7 и ребрами жесткости 8, расположенными симметрично центральной оси. Дистанционирующие решетки 2 и плита 4 выполнены квадратными, со стороной квадрата меньшей, чем ширина транспортного коридора хранилища. Дистанционирующие решетки 2 имеют двадцать круглых отверстий 9, в которых установлены круглые трубы 3, оси которых симметричны центральной оси чехла. В верхней части круглых труб 3 установлены три ребра 10, образующие незамкнутый шестигранник.

Оси труб 3 располагаются в точках с номинальными значениями полярных координат, где

R_i - номинальное значение полярного радиуса для i-й трубы в единицах стороны А квадратного сечения чехла;

α_i - номинальное значение полярного угла для i-ой трубы.:

 R_iαIR_iαiR₁=0,1758,α₁=0°R₁₁=0,1758,α₁₁=180°R₂=0,4069,α₂=15°R₁₂=0,4069,α₁₂=195°R₃=0,2952,α₃=45°R₁₃=0,2952,α₁₃=225°R₄=0,5138,α₄=45°R₁₄=0,5138,α₁₄=225°R₅=0,4069,α₅=75°R₁₅=0,4069,α₁₅=255°R₆=0,1758,α₆=90°R₁₆=0,1758,α₁₆=270°R₇=0,4069,α₇=105°R₁₇=0,4069,α₁₇=285°R₈=0,2952,α₈=135°R₁₈=0,2952,α₁₈=315°R₉=0,5138,α₉=135°R₁₉=0,5138,α₁₉=315°R₁₀=0,4069,α₁₀=165°R₂₀=0,4069,α₂₀=345°

Относительные значения полярного радиуса R_i связаны с абсолютным Р_д соотношением Р_д=R_i×А.

Область допустимых значений полярных координат обуславливается расстояниями между осями труб, наименьшее из которых превышает минимально допустимое условиями ядерной безопасности расстояние.

Чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 эксплуатируется следующим образом.

Отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) в транспортном контейнере поступают в приемный отсек хранилища, где осуществляется их подводная перегрузка из транспортного контейнера в трубы 3 чехла. Затем загруженные чехлы с ОТВС передаются в бассейн 11 и далее по транспортному коридору 12 и щелевому перекрытию 13 подаются до места хранения.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что при использовании заявленного чехла выполнена следующая совокупность условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение, - чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в атомной, в хранилищах отработанного ядерного топлива на заводах по регенерации отработавшего топлива или на АЭС.

- для заявленного чехла в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;

- устройство - чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000, воплощающее изобретение, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для хранения отработавших ядерных топливных элементов реактора ВВЭР 1000 и предназначено для использования в хранилищах отработанного ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС. Чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000, выполненный из нержавеющей стали и содержащий центральную трубу, дистанционирующие решетки и трубы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, отличающийся тем, что его дистанционирующие решетки выполнены квадратными и снабжены двадцатью отверстиями для установки труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, а оси труб расположены симметрично относительно центральной оси чехла в точках с определенными значениями полярных координат R_i и α_i. Использование изобретения позволит увеличить коэффициент полезной загрузки хранилища для отработавших тепловыделяющих сборок. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000, выполненный из нержавеющей стали и содержащий центральную трубу, дистанционирующие решетки и трубы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, отличающийся тем, что его дистанционирующие решетки выполнены квадратными и снабжены двадцатью отверстиями для установки труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, а оси труб расположены симметрично относительно центральной оси чехла в точках с номинальными значениями полярных координат:

R_iα_iR_iα_iR₁=0,1758,α₁=0°R₁₁=0,1758,α₁₁=180°R₂=0,4069,α₂=15°R₁₂=0,4069,α₁₂=195°R₃=0,2952,α₃=45°R₁₃=0,2952,α₁₃=225°R₄=0,5138,α₄=45°R₁₄=0,5138,α₁₄=225°R₅=0,4069,α₅=75°R₁₅=0,4069,α₁₅=255°R₆=0,1758,α₆=90°R₁₆=0,1758,α₁₆=270°R₇=0,4069,α₇=105°R₁₇=0,4069,α₁₇=285°R₈=0,2952,α₈=135°R₁₈=0,2952,α₁₈=315°R₉=0,5138,α₉=135°R₁₉=0,5138,α₁₉=315°R₁₀=0,4069,α₁₀=165°R₂₀=0,4069,α₂₀=345°,

где R_i - номинальное значение полярного радиуса для i-й трубы в единицах стороны А квадратного сечения чехла, а α_i - номинальное значение полярного угла для i-й трубы.