СПОСОБ ОСУШКИ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК Российский патент 2008 года по МПК G21C19/00 

Изобретение относится к области обращения с отработавшим ядерным топливом, в частности к способам сухого хранения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС).

Известен способ осушки ОТВС по патенту Великобритании №2096389 А, кл. G21F 9/30, опубл. 13.10.1982 г. Отработавшие тепловыделяющие сборки помещают в пенал, через который прокачивают воздух. За счет остаточного тепловыделения сборок воздух нагревается и поглощает воду. Затем насыщенный парами воды воздух пропускают через конденсатор для регенерации и возвращают в пенал.

Способ не может быть использован в тех случаях, когда в пенале и, соответственно в контейнере не предусмотрены штуцера для входа и выхода воздуха. Если в контейнер через верхнюю горловину подавать воздух, то он будет в один штуцер входить, а в другой выходить и эффективность осушки будет ничтожной. Способ не является безопасным поскольку не предусмотрены системы очистки для регенерируемого воздуха.

Известен способ осушки ОТВС по патенту RU №2246145. Способ включает размещение отработавшей сборки в герметичном пенале и выдерживание ее в среде подогретого газа. При этом в качестве газа используют сухой подогретый инертный газ, а осушку сборки осуществляют за несколько циклов, в каждом из которых полость пенала со сборкой выдерживают под вакуумом и заполняют ее сухим подогретым инертным газом, продуваемым для сушки через адсорберы. Перед размещением в пенале сборки, содержащей пирофорные гидриды, пенал заполняют инертным газом.

Известный способ не позволяет определить наличие просыпей ОТВС атомных подводных лодок, т.е. продуктов коррозии ОТВС или фрагментов ОТВС, содержащих делящийся материал, в полости контейнеров для ОТВС, заполненных водой, что может привести при определенной массе делящегося материала в просыпях или фрагментах делящегося материала к возникновению самопроизвольной цепной реакции (СЦР). Кроме того, самопроизвольная цепная реакция может возникнуть за счет изменения формы просыпей, содержащих делящийся материал, т.е. при их компактировании, что возможно при транспортировке контейнера.

Техническим результатом предложенного изобретения является расширение технологических возможностей способа, обеспечивающих исключение самопроизвольной цепной реакции делящегося материала.

Технический результат достигается тем, что в способе осушки отработавших тепловыделяющих сборок, включающем подачу в контейнер со сборкой осушенного подогретого газа и удаление из него увлажненного газа, согласно изобретению во время осушки определяют наличие или отсутствие на дне контейнера просыпей отработавшего ядерного топлива и фрагментов делящегося материала контролем потока тепловых нейтронов с помощью датчика, установленного на дне технологической крышки контейнера и работающего во взаимосвязи с прибором контроля влагосодержания удаляемого газа, при этом, если перед окончанием процесса осушки датчик регистрирует поток тепловых нейтронов, а влагомер регистрирует снижение влагосодержания удаляемого из контейнера газа, то судят о наличии просыпей отработавшего ядерного топлива и фрагментов делящегося материала в контейнере.

В качестве контрольного параметра, предупреждающего окончание процесса осушки, принимают замеренное содержание воды, оставшееся на дне контейнера перед окончанием осушки.

Заполненные водой контейнеры могут содержать просыпи отработавших ОТВС, т.е. просыпанное на дно контейнера топливо, образующееся в процессе коррозии ОТВС и содержащее делящийся материал, или фрагменты делящегося материала, обращение с которым небезопасно и возможно только в специальных защитных боксах.

Эффект выявления просыпей, т.е. просыпанного делящегося топлива в контейнере (пенале) основан на регистрации датчиками, выпускаемыми ФГУП «ПО «Маяк» серии МВД, нейтронов делящегося топлива (урана или плутония).

Для регистрации нейтронов с энергиями выше тепловых датчик тепловых нейтронов серии МБД помещают в воду или полиэтилен, или парафин, т.е. в замедлитель быстрых нейтронов, переводящий их в тепловые.

Осушка отработавших ОТВС сухим подогретым инертным газом и удаление из контейнера увлажненного газа позволяет определить наличие или отсутствие на дне контейнера просыпей отработавшего ядерного топлива и фрагментов делящегося материала при одновременном контроле потока тепловых нейтронов датчиком.

Установка нейтронного датчика тепловых нейтронов на дне технологической крышки контейнера и взаимосвязь его с прибором контроля влагосодержания в контейнере, содержащего просыпи ОТВС, находящиеся в воде, обеспечивает возможность фиксации периода окончания процесса осушки с одновременной регистрацией в этот период датчиком тепловых нейтронов, «замедленных» атомами водорода.

Работа нейтронного датчика тепловых нейтронов и прибора контроля влагосодержания в контейнере взаимосвязана в предложенном способе следующим образом.

Исследуем контейнер, содержащий делящийся материал ОТВС, не подверженный коррозии, с помощью нейтронного датчика тепловых нейтронов и прибора контроля влагосодержания. Прибор контроля влагосодержания - влагомер регистрирует влагосодержание удаляемого из контейнера увлажненного газа вплоть до окончания процесса осушки. Датчик тепловых нейтронов регистрирует нейтроны делящегося материала ОТВС, не подверженного коррозии до тех пор, пока уровень воды в контейнере не ниже зоны делящегося материала. Если «замедленные» быстрые нейтроны датчик не регистрирует, то можно судить о том, что уровень воды в контейнере ниже уровня делящегося материала. Таким образом, при отсутствии просыпей, содержащих делящийся материал, или фрагменты делящегося материала на дне контейнера, по окончании процесса осушки, датчик автоматически с помощью влагомера покажет отсутствие тепловых нейтронов. Возможно извлечение ОТВС из контейнера обычным способом для дальнейшей переработки.

Исследуем контейнер, содержащий делящийся материал ОТВС, подверженный коррозии, с помощью нейтронного датчика тепловых нейтронов и прибора контроля влагосодержания. Прибор контроля влагосодержания - влагомер также регистрирует влагосодержание удаляемого из контейнера увлажненного газа вплоть до окончания процесса осушки. Если делящейся материал ОТВС в контейнере подвержен коррозии и на дне контейнера имеются просыпи, содержащие делящийся материал, то датчик тепловых нейтронов также регистрирует нейтроны делящегося материала ОТВС до тех пор, пока уровень воды в контейнере выше уровня делящегося материала или его просыпей, или, по крайней мере, не ниже зоны делящегося материала. Часто возникает ситуация, когда просыпи, содержащие делящийся материал, находятся на дне контейнера в небольшом количестве воды, уровень которой может быть разным для разных контейнеров.

Кроме того, опытным путем было установлено, что если образовались просыпи от коррелирующих ОТВС, то нейтронный датчик регистрирует «замедленные» атомами водорода тепловые нейтроны просыпей, содержащих делящийся материал, находящихся на дне контейнера в небольшом количестве воды перед окончанием процесса осушки, а именно, когда уровень воды в контейнере ниже верхнего уровня просыпей, содержащих делящийся материал.

Если датчик тепловых нейтронов перед окончанием процесса осушки регистрирует их поток, а влагомер регистрирует снижение влагосодержания удаляемого из контейнера газа, то судят о наличии просыпей делящегося материала или фрагментов ОТВС в контейнере, и, следовательно, об опасности возникновения цепной реакции делящегося материала ОТВС. Контрольным параметром наступления окончания процесса осушки может быть замеренное содержание воды, оставшееся на дне контейнера, которое может быть разное для разных контейнеров. Замер оставшегося на дне контейнера содержания воды ведут по первоначальному объему воды в контейнере, производительности процесса осушки и геометрии полости контейнера и ОТВС. Если перед окончанием процесса осушки, т.е. при оставшемся замеренном содержании воды, датчик тепловых нейтронов регистрирует их поток, то на дне контейнера имеются просыпи корродирующих ОТВС или фрагменты делящегося материала. Фиксируют с помощью влагомера окончание процесса осушки и судят о полном завершении этого процесса.

Если же в контейнере будет изначально отсутствовать вода, то для определения наличия просыпей или фрагментов ОТВС в него может быть залита определенная порция воды и проведен процесс осушки этой воды, позволяющий определить наличие просыпей или фрагментов делящегося материала.

Следовательно, контроль окончания процесса осушки и наличия в этот период потока тепловых замедленных нейтронов с помощью датчика позволяет определять целостность ОТВС или наличие продуктов коррозии ОТВС. Контейнер, содержащий просыпи или фрагметы делящегося материала, должен быть направлен в защитный бокс для извлечения просыпей.

Благодаря взаимосвязи работы нейтронного датчика тепловых нейтронов и прибора контроля влагосодержания возможна регистрация потока тепловых нейтронов в период окончания процесса осушки.

Предложенный способ поясняется чертежом, на котором изображен контейнер для ОТВС, демонтируемых с атомных подводных лодок.

Контейнер содержит корпус 1, в котором размещена отработавшая тепловыделяющая сборка 2. Корпус 1 закрыт технологической крышкой 3, в которую герметично встроены подводящий 4 и отводящий 5 штуцеры. На дне технологической крышки 3 установлен датчик 6 тепловых нейтронов. Позицией 7 обозначены фрагменты или просыпи делящегося материала.

Способ осушки ОТВС осуществляется следующим образом. Перед началом процесса осушки с помощью механизма, например автокрана, обеспечивающего дистанционное обслуживание контейнера, крышку контейнера заменяют на технологическую защитную крышку 3, имеющую штуцер 4 подачи осушенного нагретого газа и штуцер 5 удаления увлажненного газа. В начале процесса осушки, если влагомер покажет высокое влагосодержание, то в контейнере имеется вода, а если датчик 6 покажет наличие тепловых нейтронов, то уровень воды находится над ДМ или в зоне ДМ. Если датчик 6 покажет отсутствие тепловых нейтронов, то уровень воды ниже ДМ при отсутствии просыпей, содержащих делящийся материал, или фрагменты делящегося материала на дне контейнера.

В дальнейшем, фиксируя автоматически с помощью влагомера окончание процесса осушки и зная производительность процесса осушки, а также геометрию полости контейнера и ОТВС несложно рассчитать первоначальный уровень воды в контейнере и регистрировать снижение влагосодержания удаляемого из контейнера газа. По величине снижения влагосодержания удаляемого из контейнера газа при регистрируемом датчиком потоке тепловых нейтронов можно судить о наличии просыпей отработавшего ядерного топлива и фрагментов делящегося материала в контейнере, о целостности ОТВС, что предопределяет дальнейшее штатное обращение с ОТВС.

В качестве контрольного параметра, предупреждающего об окончании процесса осушки, принимают замеренное содержание воды, оставшееся на дне контейнера перед окончанием осушки.

Если в контейнере на дне имеются просыпи или фрагменты ДМ, то в процессе осушки, даже перед окончанием процесса датчик 6 будет фиксировать наличие тепловых нейтронов, так как вода являясь замедлителем быстрых нейтронов переводит их в тепловые. Таким образом, данный контейнер, содержащий просыпи или фрагменты ДМ, должен быть направлен в защитный бокс для извлечения просыпей. Если же в контейнере будет изначально отсутствовать вода, то для определения наличия просыпей или фрагментов ОТВС в него может быть залита определенная порция воды и проведен процесс осушки этой воды, позволившей определить наличие просыпей или фрагментов ДМ.

Если ОТВС в контейнере неразрушены, а контейнер заполнен водой, то ДМ распределен и зафиксирован, что исключает образование самопроизвольной цепной реакции.

В случае, если на дне контейнера имеются просыпи или фрагменты ДМ, то при компактной форме просыпей даже 1 кг ДМ по урану 235 90% - обогащения возможно образование самопроизвольной цепной реакции, что может привести к взрыву с выбросом радиоактивных веществ, облучению обслуживающего персонала и загрязнению значительной территории радионуклидами. Такое возможно, например в случае транспортировки контейнера, содержащего просыпи или фрагменты ДМ, при его наклоне или незначительном ударе о соседние контейнера или ударе о площадку при опускании.

Таким образом, предложенный способ осушки позволяет исключить самопроизвольную цепную реакцию при обращении с контейнерами и отсортировать контейнеры, содержащие просыпи или фрагменты ДМ.

Изобретение относится к области обращения с отработавшим ядерным топливом, в частности к способам сухого хранения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС). Способ осушки отработавших тепловыделяющих сборок включает подачу в контейнер со сборкой осушенного подогретого газа и удаление из контейнера увлажненного газа. Во время осушки определяют наличие или отсутствие на дне контейнера просыпей отработавшего ядерного топлива и фрагментов делящегося материала контролем потока тепловых нейтронов с помощью датчика, установленного на дне технологической крышки контейнера и работающего во взаимосвязи с прибором контроля влагосодержания удаляемого газа. При этом, если перед окончанием процесса осушки датчик регистрирует поток тепловых нейтронов, а влагомер регистрирует снижение влагосодержания удаляемого из контейнера газа, то судят о наличии просыпей отработавшего ядерного топлива и фрагментов делящегося материала в контейнере. В качестве контрольного параметра, предупреждающего окончание процесса осушки, принимают замеренное содержание воды, оставшееся на дне контейнера перед окончанием осушки. Применение предложенного способа обеспечит исключение самопроизвольной цепной реакции делящегося материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ осушки отработавших тепловыделяющих сборок, включающий подачу в контейнер со сборкой осушенного подогретого газа и удаление из него увлажненного газа, отличающийся тем, что во время осушки определяют наличие или отсутствие на дне контейнера просыпей отработавшего ядерного топлива и фрагментов делящегося материала контролем потока тепловых нейтронов с помощью датчика, установленного на дне технологической крышки контейнера и работающего во взаимосвязи с прибором контроля влагосодержания удаляемого газа, при этом если перед окончанием процесса осушки датчик регистрирует поток тепловых нейтронов, а влагомер регистрирует снижение влагосодержания удаляемого из контейнера газа, то судят о наличии просыпей отработавшего ядерного топлива и фрагментов делящегося материала в контейнере.2. Способ осушки отработавших тепловыделяющих сборок по п.1, отличающийся тем, что в качестве контрольного параметра, предупреждающего окончание процесса осушки, принимают замеренное содержание воды, оставшееся на дне контейнера перед окончанием осушки.