МЕТАЛЛОБЕТОННЫЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И/ИЛИ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2009 года по МПК G21F5/08 

Изобретение относится к контейнерам для длительного сухого хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), в частности, к металлобетонным контейнерам для транспортировки и/или хранения ОЯТ ядерных реакторов типа РБМК-1000.

Известен железобетонный (металлобетонный) контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 2157010 C1 (G21F 5/008, 2000 г.). Известный контейнер содержит металлические внутреннюю, промежуточную и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полости между которыми заполнены особо прочным и тяжелым бетоном, обладающим повышенными радиационно-защитными свойствами, и герметичное перекрытие упомянутых полостей, содержащее металлическое основание, на котором одна над другой установлены две крышки, образующие с упомянутым основанием два герметизирующих контура. В полости между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками размещена арматура. Арматура бетонного заполнения включает продольные и окружные элементы, образующие двойную кольцевую арматуру в виде решеток. Арматура размещена внутри бетонного заполнения с зазором относительно наружной цилиндрической оболочки и связана с металлическим основанием герметичного перекрытия. Контейнер снабжен демпфирующим кольцевым элементом, выполненным на наружной цилиндрической оболочке в верхней части контейнера.

Однако жестко связанный с корпусом контейнера демпфирующий кольцевой элемент увеличивает наружный диаметр контейнера в целом, что соответственно увеличивает диаметр защитно-демпфирующего кожуха (в другом варианте - торцевых демпфирующих устройств в виде колпаков), в который помещают контейнер на период его транспортировки с ОЯТ (т.е. увеличиваются габариты транспортно-упаковочного комплекта). Поскольку габариты транспортно-упаковочного комплекта, в частности, при железнодорожных перевозках ограничены габаритом погрузки, то увеличение диаметра защитно-демпфирующего кожуха нежелательно. Уменьшение же наружного диаметра контейнера влечет за собой уменьшение диаметра внутренней полости последнего. В результате уменьшается количество размещаемых в МБК отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) и увеличивается потребное количество контейнеров. К недостаткам известного контейнера также можно отнести то, что в нем не предусмотрено предохранение конструкции контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода, образующегося внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.

Также известен металлобетонный контейнер (МБК) для хранения и транспортирования ОЯТ реакторов РБМК (Металлобетонный контейнер для хранения и транспортирования отработавшего ядерного топлива реакторов РБМК». Зубков А.А., Фромзель В.Н. и др. Журнал «Теплоэнергетика», №11, 1996 г., с.40-44). Известный контейнер содержит корпус, выполненный из двух цилиндрических обечаек. Эти обечайки расположены одна в другой и приварены к верхнему кованому кольцу. Внутренняя и наружная обечайки имеют приваренные днища. На верхнем кольце выполнены проточки под установку и приварку двух крышек контейнера и резьбовые отверстия, используемые для ввинчивания верхних грузовых цапф. В нижней части корпуса расположены две привариваемые опорные цапфы, предназначенные для установки контейнера в горизонтальное положение в опорах транспортного средства при транспортировке.

Кольцевое пространство между обечайками корпуса, а также пространство между днищами заполнены тяжелым жаростойким бетоном, армированным гнутыми наклонными прутками, изготовленными из углеродистой стали. Между арматурой и наружной обечайкой имеется зазор. Для связи наружной обечайки и бетонного массива к внутренней поверхности наружной обечайки приварены кольца из арматурной стали. Для бетонирования кольцевого пространства между обечайками с сетью армирующих стержней, являющихся одновременно тепловодами, используется литой бетон, обладающий высокой пластичностью к расслоению при гравитационной укладке. Необходимые характеристики бетона достигаются путем применения крупного, мелкого и микронаполнителя, суперпластификатора и портладцемента.

Для отвода из бетона газов и паров воды при сушке предусмотрена система газоотводящих труб, расположенных около внутренней обечайки. В верхней части газоотводящие трубы соединяются в коллектор, который во время сушки бетона через канал в верхнем кованом кольце корпуса контейнера соединен при помощи технологического клапана с атмосферой. После завершения сушки канал закрывается мембраной, которая в случае повышения давления в бетоне при попадании контейнера в очаг пожара и других аварийных ситуациях разрывается. Таким образом, в нормальных условиях эксплуатации контейнер имеет два барьера герметизации.

На днище корпуса расположена опора-демпфер, выполненная в виде верхнего и нижнего опорных колец, соединенных стальными ребрами, деформируемых в случае удара. При транспортировании контейнера в горизонтальном положении на его корпус надеваются торцевые демпфирующие устройства, с помощью которых обеспечивается сохранность контейнера при ударных нагрузках в случае аварийных ситуаций.

К недостаткам известного контейнера можно отнести то, что для бетонирования кольцевого пространства между обечайками корпуса, а также пространства между днищами применяется литой высокопластичный бетон. Подобные бетоны имеют сравнительно невысокие прочность и трещиностойкость.

Известен металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 2089948 C1 (G21F 5/008, 1996 г.), содержащий металлические наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена тяжелым бетоном. Сверху полость между оболочками и внутренняя полость контейнера перекрыты герметичным перекрытием, содержащим металлическое основание и две крышки, расположенные одна над другой и размещенные на упомянутом основании. Внутри бетонного заполнения по всей высоте контейнера размещено силовое армирование в виде решетки, состоящей из кольцевых и продольных металлических стержней, связанных с упомянутым металлическим основанием и с днищем наружной цилиндрической оболочки. В полости между оболочками внутри бетона также размещены газопроводы, соединенные кольцевым коллектором. Газопроводы и коллектор выполнены в виде металлических тросов. В перекрытии выполнен канал, сообщенный с коллектором и выведенный наружу контейнера. Снаружи канал перекрыт водородопроницаемой мембраной. Благодаря конструктивным особенностям выполнения известного металлобетонного контейнера обеспечивается предохранение контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.

Однако в конструкции МБК не предусмотрена защита наружной оболочки корпуса контейнера от непосредственного механического нагружения в аварийной ситуации, например в случае соударения МБК с жестким основанием при опрокидывании контейнера на его боковую цилиндрическую поверхность при обращении с контейнером, загруженным ОЯТ, на территории АЭС. В результате перегрузки, действующие в этом случае на контейнер с ОЯТ, могут существенно превышать допустимые, что не обеспечивает безопасности обслуживающего персонала.

Известен железобетонный (металлобетонный) контейнер для транспортировки и/или хранения ядерного топлива, содержащий металлические внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена армированным особо прочным и тяжелым бетоном с повышенной термостойкостью, герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде по меньшей мере одной крышки, установленной на металлическом основании (RU 2153715 C1, G21F 5/008, 2000 г.). Контейнер снабжен дополнительной металлической цилиндрической оболочкой, включающей обечайку, выступающую за днище наружной цилиндрической оболочки и охватывающую последнюю с образованием полости, которая заполнена армированным бетоном меньшей прочности, чем прочность основного бетона. Арматура бетонного заполнения этой полости содержит размещенные равномерно по окружности продольные элементы, связанные с обечайкой. На обечайке выполнены два демпфирующих кольцевых элемента. При этом один из упомянутых демпфирующих кольцевых элементов расположен в районе центра тяжести загруженного контейнера. С этим демпфирующим кольцевым элементом конструктивно совмещена кольцевая опорная площадка, предназначенная для установки контейнера на опоре транспортного средства. Арматура бетонного заполнения полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками содержит двойную кольцевую арматуру в виде решеток, содержащих продольные и окружные элементы. Окружные элементы одной решетки соответственно соединены с окружными элементами другой решетки. Решетки смонтированы на упомянутом металлическом основании посредством центрирующих элементов, выполненных на последнем. Каждая из решеток установлена с зазором относительно смежной цилиндрической оболочки. Внутри бетонного заполнения полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками размещены закрепленные на металлическом основании анкеры, расположенные вдоль упомянутых продольных элементов. Упомянутая дополнительная оболочка контейнера обеспечивает защиту наружной силовой оболочки контейнера от непосредственного воздействия внешних нагрузок, предохраняя ее от разрушения и исключая тем самым возможность разгерметизации полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками и дополнительно повышая радиационно-защитные свойства контейнера.

К недостаткам известного контейнера можно отнести то, что в нем не предусмотрено предохранение конструкции контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода, образующегося внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 2221291 C1 (G21F 5/008, 2004 г.). Известный контейнер содержит корпус, который выполнен с внутренней и наружной цилиндрическими обечайками с днищами. Полость между обечайками заполнена армированным бетоном. Сверху полость между обечайками и внутренняя полость контейнера перекрыты герметичным перекрытием, содержащим металлическое основание и две крышки, расположенные одна над другой и размещенные на упомянутом основании. В варианте выполнения для повышения герметичности контейнера и его радиационно-защитных свойств между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками контейнера установлен дополнительный силовой стакан (герметичная цилиндрическая оболочка с днищем). Во внутреннюю полость контейнера вставлена выемная дистанционирующая решетка, содержащая ряд диафрагм с отверстиями, внутри которых установлены трубы. Внутри труб размещены отработавшие сборки ТВЭЛов. В другом варианте непосредственно в отверстиях диафрагм расположены ампулы (пеналы) с размещенными в них сборками ТВЭЛов. В зазоре между дистанционирующей решеткой и внутренней оболочкой контейнера установлен вертикальный трубный канал. Он прикреплен к внутренней оболочке, его верхний срез соединен с проходным радиальным каналом, выполненным в стенке контейнера, а нижний срез расположен с удалением от днища не более чем на один его диаметр. В радиальном канале установлен клапан с винтовым приводом для его закрывания и открывания и герметизирующей крышкой, перекрывающей клапан снаружи и выполняющей его стопорение (предохранение от возможного самоотвинчивания при эксплуатации - транспортировке). В варианте выполнения радиальный проходной канал дополнительно снабжен наружной герметизирующей крышкой, предохраняющей упомянутый клапан от внешнего воздействия на него в аварийных ситуациях. Конструкция контейнера позволяет производить откачку воды из внутренней полости контейнера, осушку его внутренней полости и заполнение ее инертным газом при установленных крышках герметичного перекрытия контейнера.

К недостаткам известного МБК можно отнести то, что в конструкции контейнера не предусмотрена защита наружной оболочки корпуса контейнера от непосредственного механического нагружения в аварийной ситуации, что снижает безопасность обращения с МБК, загруженным ОЯТ. Кроме того, в известном МБК не предусмотрено предохранение конструкции контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода, образующегося внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла в период длительного хранения МБК с ОЯТ.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании металлобетонного контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива ядерных реакторов типа РБМК-1000, обеспечивающего повышение безопасности обращения с МБК, загруженным ОЯТ.

Указанная задача решается тем, что в металлобетонном контейнере для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащем металлические внутреннюю, промежуточную и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полости между которыми заполнены армированным бетоном, герметичное перекрытие упомянутых полостей и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на общем металлическом основании и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура, причем в полости между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками размещена арматура, согласно изобретению в качестве бетона контейнер содержит особо прочный сверхтяжелый бетон, причем полость между внутренней и промежуточной цилиндрическими оболочками заполнена бетоном меньшей плотности, чем плотность бетона, которым заполнена полость между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками. При этом в каждой из полостей между цилиндрическими оболочками внутри бетонного заполнения установлены газопроводы с коллекторами. Каждый коллектор выполнен с возможностью сообщения через соответствующий герметический клапан, снабженный запорным устройством, с атмосферой в период сушки бетона при изготовлении контейнера и с внешней системой анализа газовой среды внутри бетонного заполнения в период хранения контейнера, загруженного отработавшим ядерным топливом. При этом один из герметических клапанов смонтирован в гнезде, выполненном с внешней стороны в стенке упомянутого герметичного перекрытия, а другой размещен внутри бетонного заполнения полости, образованной промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками, и установлен с внутренней стороны наружной цилиндрической оболочки. Контейнер снабжен съемным демпфирующим кольцевым элементом, выполненным с возможностью плотного охвата наружной цилиндрической оболочки, устанавливаемым на верхней части контейнера.

Вместе с этим газопроводы с коллекторами выполнены в виде металлических тросов.

Кроме того, съемный демпфирующий кольцевой элемент выполнен по меньшей мере из трех кольцевых сегментов, скрепляемых между собой с помощью резьбовых соединений.

В варианте выполнения на наружной цилиндрической оболочке выполнены опорные элементы для установки упомянутого съемного демпфирующего кольцевого элемента в штатное положение относительно центра масс загруженного отработавшим ядерным топливом контейнера.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить безопасность обращения с МБК, загруженным отработавшим ядерным топливом.

На фиг.1 схематично показан металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, общий вид, продольный разрез (дистанционирующая решетка с ОТВС не показана); на фиг.2 - съемный кольцевой демпфирующий элемент, решетки двойной кольцевой арматуры и установленные внутри бетонного заполнения МБК газопроводы с коллекторами, поперечный разрез по А-А на фиг.1 (бетон условно не показан); на фиг.3 - арматура бетонного заполнения и газопроводы, установленные между днищами наружной и промежуточной цилиндрических оболочек МБК, разрез по Б-Б на фиг.1 (бетон условно не показан); на фиг.4 - металлобетонный контейнер с газопроводами, установленными внутри бетонного заполнения, общий вид продольный разрез (арматура, размещенная между наружной и промежуточной оболочками МБК, условно не показана); на фиг.5 - герметический клапан, установленный с внутренней стороны наружной цилиндрической оболочки МБК, элемент В на фиг.4, продольный разрез; на фиг.6 - герметический клапан, установленный в гнезде металлического основания герметичного перекрытия, элемент Г на фиг.4, продольный разрез.

Металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива содержит металлические внутреннюю 1, промежуточную 2 и наружную 3 цилиндрические оболочки с днищами, полости «a» и «b» между которыми заполнены особо прочным сверхтяжелым бетоном (ОПБСТ) соответственно 4 и 5. В полости «b» между промежуточной 2 и наружной 3 цилиндрическими оболочками контейнера размещена арматура 6. Силовое армирование полости «b» включает размещенную между обечайками цилиндрических оболочек 2 и 3 двойную кольцевую арматуру в виде двух соединенных между собой решеток, содержащих продольные и окружные элементы (на чертеже не показано). Арматура бетонного заполнения, размещенная между днищем промежуточной цилиндрической оболочки 2 и днищем наружной цилиндрической оболочки 3, содержит две вертикально разнесенные решетки, образованные каждая соответствующими окружными элементами, расположенными концентрично, и радиальными элементами, причем окружные элементы одной из этих решеток соответственно соединены с окружными элементами другой решетки (на чертеже не показано). Арматура 6 обеспечивает трехосное (в трех взаимно перпендикулярных направлениях) армирование уложенного в полость «b» ОПБСТ. Трехосное армирование обеспечивает повышение трещиностойкости и повышает несущую способность бетона за счет эффекта косвенного армирования (т.е. армирования в направлении, перпендикулярном действующим силам). В варианте осуществления изобретения полости «a» и «b» заполнены особо прочным сверхтяжелым бетоном, обладающим повышенными радиационно-защитными свойствами. В качестве подобного бетона может быть использован, например, ОПБСТ по ТУ 5870-003-07805066-98 (Бетон особо прочный сверхтяжелый. Технические условия. ТУ 5870-003-07805066-98. М.: ФГУП «26 ЦНИИ МО», 2-е изд. 2003). Полость «а» между внутренней 1 и промежуточной 2 цилиндрическими оболочками заполнена бетоном 4 меньшей плотности, чем плотность бетона 5, которым заполнена полость «b» между промежуточной 2 и наружной 3 цилиндрическими оболочками. Для заполнения полости «a» может быть использован, например, литой ОПБСТ, имеющий прочность на сжатие не менее 80 МПа и плотность не менее 3400 кг/м³ (класс прочности В80, марка по средней плотности D3400). Для заполнения полости «b» может быть использован, например, ОПБСТ, имеющий прочность на сжатие не менее 101 МПа и плотность не менее 4100 кг/м³ (класс прочности В90, марка по средней плотности D4100).

В сравнении с внутренней 1 и наружной 3 металлическими цилиндрическими оболочками с днищами промежуточная металлическая цилиндрическая оболочка 2 с днищем имеет большую толщину и, по существу, представляет собой силовой несущий элемент корпуса контейнера. При этом благодаря тому, что промежуточная оболочка находится внутри бетонного массива, она практически не подвержена коррозии и непосредственному внешнему воздействию в аварийных ситуациях. Наличие металлической промежуточной цилиндрической оболочки 2 с днищем позволяет надежно обеспечить герметичность металлической внутренней оболочки 1. При аварийном нагружении МБК, например при падении на штырь, промежуточная оболочка 2 в случае распространения трещины на всю глубину бетонного заполнения полости «b» воспринимает растягивающие усилия на вершине трещины и сдерживает ее развитие в полость «a».

Чем более плотный и прочный бетон используется для МБК, тем выше прочностные характеристики контейнера и, соответственно, может быть меньше расход металла на металлоконструкцию последнего. В сравнении с ближайшим аналогом по патенту RU 2221291 использование в МБК бетонов различной плотности (по существу, литого высокопластичного бетона для полости «a» и бетона из жесткой бетонной смеси для полости «b») при том же диаметре внутренней полости «c» контейнера и том же наружном диаметре контейнера обеспечивает возможность минимизации зазора между внутренней и промежуточной оболочками контейнера, что позволяет увеличить зазор между промежуточной и наружной оболочками контейнера и разместить между последними необходимое армирование с обеспечением достаточного пространства для глубинного вибратора, обеспечивающего достижение необходимой плотности ОПБСТ 5 и, соответственно, прочности последнего. Таким образом, при тех же размерах корпуса МБК, благодаря обеспечению возможности увеличения объема, занимаемого ОПБСТ 5, обеспечивается повышение прочностных и радиационно-защитных характеристик металлобетонного контейнера при минимизации массы металлических оболочек 1-3, что в конечном счете обеспечивает снижение затрат на изготовление МБК.

Сверху полости «a», «b» и внутренняя полость «с» контейнера герметично перекрыты. Герметичное перекрытие включает защитные крышки 7, 8, которые расположены одна над другой и установлены на металлическом основании 9. Крышки 7, 8 образуют с основанием 9 два герметизирующих контура.

В полостях «a» и «b» внутри бетонного заполнения установлены газопроводы 10 и 11 с коллекторами 12 и 13. В варианте выполнения изобретения газопроводы с коллекторами выполнены, например, в виде металлических тросов. Коллекторы 12 и 13 выполнены с возможностью сообщения через герметические клапаны соответственно 14 и 15 с атмосферой в период сушки бетона при изготовлении контейнера и с внешней системой анализа газовой среды внутри бетонного заполнения (бетонного массива) в период хранения контейнера, загруженного ОЯТ. Клапаны 14 и 15 снабжены запорными устройствами 16. Клапан 14 смонтирован в гнезде, выполненном с внешней стороны в стенке упомянутого герметичного перекрытия полостей «a», «b» и «c» (по существу, в стенке металлического основания 9). Клапан 15 размещен внутри бетонного заполнения полости «b», образованной промежуточной 2 и наружной 3 цилиндрическими оболочками, и установлен с внутренней стороны наружной цилиндрической оболочки. Доступ к клапанам 14 и 15 с наружной стороны контейнера обеспечивается при снятых герметических крышках 17 и 18, 19. Расположенные в бетонном массиве газопроводы с коллекторами, выполненные в виде металлических тросов, одновременно выполняют функцию дополнительного армирования, повышающего трещиностойкость бетона в условиях аварийного нагружения МБК, что, в конечном счете, обеспечивает повышение прочностных и радиационно-защитных характеристик МБК. В сравнении с известным МБК по вышеупомянутому патенту RU 2089948, в котором газопроводы и коллектор также выполнены в виде металлических тросов, в заявленном изобретении система газопроводов и коллекторов, помимо обеспечения предохранения контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла при длительном хранении ОЯТ, обеспечивает удаление паров свободной воды в период сушки бетона при изготовлении контейнера, а также возможность контроля герметичности загруженного отработавшим ядерным топливом контейнера при установленных защитных крышках герметичного перекрытия контейнера.

Металлобетонный контейнер снабжен съемным демпфирующим кольцевым элементом 20, выполненным с возможностью плотного охвата наружной цилиндрической оболочки 3 (по существу, с возможностью плотного охвата обечайки наружной цилиндрической оболочки), устанавливаемым на верхней части МБК перед загрузкой его отработавшим ядерным топливом и снимаемым с МБК на период, когда МБК помещают в разъемный демпфирующий кожух (на чертеже не показано).

В варианте выполнения съемный демпфирующий кольцевой элемент 20 выполнен, например, из трех кольцевых сегментов 21, скрепляемых между собой с помощью резьбовых соединений 22. На наружной цилиндрической оболочке 3 выполнены опорные элементы 23 для установки съемного демпфирующего кольцевого элемента 20 в штатное положение относительно центра масс загруженного отработавшим ядерным топливом контейнера. Благодаря такому исполнению облегчается монтаж (демонтаж) демпфирующего кольцевого элемента на контейнере и обеспечиваются возможность плотного охвата наружной цилиндрической оболочки корпуса контейнера съемным демпфирующим элементом и поджатие последнего к корпусу контейнера. Кроме того, выполнение элемента 20 составным из кольцевых сегментов 21 облегчает обращение со съемным демпфирующим кольцевым элементом при его хранении и транспортировке.

Вместе с этим в корпусе МБК выполнен канал для сообщения внутренней полости «c» контейнера с внешней средой через клапанное устройство, смонтированное в выполненном с внешней стороны корпуса гнезде с герметичным перекрытием, выполненным, например, в виде съемных наружной и внутренней крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры (на чертеже не показано). Через упомянутое клапанное устройство посредством специального присоединительного устройства внутренняя полость «с» контейнера может быть соединена с системой осушки после загрузки в контейнер ОЯТ (на чертеже не показано). Кроме того, упомянутое клапанное устройство может быть использовано для подачи во внутреннюю полость «с» через присоединительное устройство пробного газа, например гелия, при контроле герметичности контейнера.

Использование металлобетонного контейнера в промышленности осуществляется следующим образом.

В варианте осуществления изобретения металлобетонный контейнер предназначен для сухого хранения преимущественно отработавших тепловыделяющих сборок атомных электростанций с реактором РБМК-1000 в течение, например, 50 лет в хранилище АЭС с последующей транспортировкой ОЯТ в региональное хранилище либо на радиохимический комбинат с целью дальнейшей переработки ядерного топлива.

Перед загрузкой МБК отработавшим ядерным топливом на верхней части контейнера на период внутристанционного перемещения МБК устанавливают съемный демпфирующий кольцевой элемент 20. Металлобетонный контейнер устанавливают в загрузочной камере либо непосредственно в бассейне выдержки приреакторного хранилища, где в него загружаются отработавшие тепловыделяющие сборки с ОЯТ по технологии, определяемой конструктивной схемой хранилища, типом ОЯТ и технологией его обращения на АЭС (на чертеже не показано). Закрывают крышки 7, 8 контейнера. Защитные герметизирующие крышки 7, 8 образуют два контура (барьера) защиты. Конструкция контейнера допускает возможность установки дополнительной наружной защитной герметизирующей крышки. В варианте осуществления изобретения дополнительная крышка выполнена в виде листа (на чертеже не показано), который по периметру приваривают к основанию 9. Установка дополнительной защитной герметизирующей крышки обусловлена возможностью снижения герметичности крышек 7 и 8 в условиях длительного радиационного и термоциклического воздействия в процессе хранения ОЯТ и требованием обеспечения надежности и экологической безопасности сухого контейнерного хранения. После при необходимости производится осушение внутренней полости «c» МБК и заполнение ее инертным газом с помощью предусмотренных на контейнере клапанных устройств (на чертеже не показано). После этого металлобетонный контейнер с ОЯТ транспортируют к месту предварительного хранения (на территории АЭС или в прилегающем к ней хранилище). Транспортировку осуществляют в вертикальном положении. В случае аварийного опрокидывания МБК на его боковую поверхность снижение перегрузок, действующих на МБК с ОЯТ, до допустимого уровня обеспечивает съемный демпфирующий кольцевой элемент 20. При этом кинетическая энергия падающего МБК поглощается деформацией кольцевого элемента 20 практически на пути, равном высоте элемента 20 над наружной цилиндрической оболочкой 3 (по существу, на пути, равном ширине кольцевого элемента 20 в плане, т.е. на виде сверху), что является достаточным для снижения действующих на МБК перегрузок до допустимого уровня. В месте промежуточного хранения загруженный МБК может находиться длительное время. Затем контейнер в горизонтальном положении транспортируют к месту окончательного хранения в региональное хранилище или на переработку. В варианте осуществления изобретения на период транспортировки к месту окончательно хранения (захоронения) ОЯТ, с целью предохранения металлобетонного контейнера с ОЯТ от разрушения при возможных аварийных ситуациях и повышения радиационной защиты персонала при транспортировке, МБК помещают в разъемный демпфирующий кожух (на чертеже не показано). На период, когда МБК помещают в разъемный демпфирующий кожух, съемный демпфирующий кольцевой элемент 20 демонтируют (т.е. снимают с МБК). Таким образом, выполнение демпфирующего кольцевого элемента 20 съемным позволяет уменьшить габариты (по существу, диаметр) транспортно-упаковочного комплекта (ТУК) для транспортировки и хранения ОЯТ, включающего металлобетонный контейнер и разъемный демпфирующий кожух, и обеспечивает возможность размещения ТУК в заданном габарите перевозки. Кроме того, выполнение демпфирующего кольцевого элемента съемным позволяет в условиях существующей инфраструктуры (например, при использовании специальных транспортных средств) использовать металлобетонные контейнеры с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками с точки зрения количества размещаемых (загружаемых) ОТВС, что позволяет сократить потребное количество контейнеров и тем самым дает возможность снизить стоимость реализации концепции сухого хранения ОЯТ при использовании МБК.

В месте длительного хранения ТУК перегружают с транспортного средства. МБК освобождают от разъемного демпфирующего кожуха. На верхней части МБК вновь монтируют съемный кольцевой демпфирующий элемент 20, после чего МБК в вертикальном положении устанавливается на место хранения.

Установленные внутри бетонного заполнения газопроводы с коллекторами, герметические клапаны 14, 15 и запорные устройства 16 работают следующим образом.

В период сушки бетона газопроводы 10 и 11 с коллекторами 12 и 13 через открытые герметические клапаны 14 и 15 сообщают с атмосферой. После завершения сушки закрывают запорные устройства 16 клапанов 14 и 15. В нормальных условиях эксплуатации, т.е. в определенных проектом обычных (безаварийных) условиях эксплуатации, при достаточно медленном процессе накопления в бетонном массиве продуктов газовыделения клапаны 14 и 15 герметически закрыты и только после накопления продуктов газовыделения и некоторого повышения давления газа внутри бетонного массива клапаны 14, 15 открывают и осуществляют сброс газов из замкнутых полостей «a» и «b», после чего упомянутые клапаны вновь закрывают. Таким образом, при транспортировке и длительном хранении МБК с ОЯТ обеспечивается герметичность полостей «a» и «b» и, следовательно, три контура герметизации внутренней полости «c» контейнера, что повышает экологическую безопасность хранения и транспортировки ОЯТ с учетом возможных аварийных ситуаций в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ.

При эксплуатации МБК водород, который образуется в бетонном массиве в результате реакций радиолиза воды и коррозии металла, за счет диффузии по бетону достигает газопроводящих металлических тросов (газопроводов) 10, 11 и далее через коллекторы соответственно 12 и 13, периодически открываемые клапаны 14, 15 выходит из контейнера во внешнюю среду (т.е. в окружающее контейнер пространство). Таким образом, обеспечивается предохранение контейнера от разрушения вследствие повышения давления водорода внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.

В условиях эксплуатации МБК, особенно при его многократном использовании для транспортировки ОЯТ в течение длительного срока, когда контейнер подвергается циклическому транспортному, вибрационному нагружению и нагружению от действия инерционных нагрузок при разгонах и торможениях транспортных средств, а также после возможных аварийных ситуаций и в период хранения МБК, загруженного ОЯТ, возникает необходимость проверки герметичности оболочек 1-3 контейнера. Эта задача решается путем отбора проб газовой среды из полостей «a» и «b» после подачи пробного газа, например гелия, во внутреннюю полость «c». Отбор проб осуществляют через клапан соответственно 14 или 15 и специальное присоединительное устройство (на чертеже не показано), соединяющее при открытом соответствующем запорном устройстве 16 полость соответственно «a» или «b» с внешней системой анализа газовой среды внутри бетонного заполнения. Таким образом, обеспечивается возможность контроля герметичности загруженного ОЯТ контейнера при установленных защитных крышках 7, 8 герметичного перекрытия контейнера, что повышает радиационную безопасность.

Таким образом, благодаря особенности исполнения металлобетонного контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива изобретение позволяет создать МБК, обеспечивающий повышение безопасности обращения с контейнером, загруженным отработавшим ядерным топливом. Вместе с этим в сравнении с ближайшим аналогом при тех же размерах корпуса МБК обеспечивается повышение прочностных и радиационно-защитных характеристик МБК при минимизации массы металлических оболочек корпуса, что, в конечном счете, обеспечивает снижение затрат на изготовление МБК. Кроме того, особенности исполнения контейнера позволяют в условиях существующей инфраструктуры (например, при использовании специальных транспортных средств) использовать металлобетонные контейнеры с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками с точки зрения количества размещаемых (загружаемых) ОТВС, что позволяет сократить потребное количество контейнеров и тем самым дает возможность снизить стоимость реализации концепции сухого хранения ОЯТ при использовании МБК.

Изобретение относится к контейнерам для длительного сухого хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Металлобетонный контейнер содержит металлические внутреннюю, промежуточную и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полости между которыми заполнены армированным бетоном. Герметичное перекрытие упомянутых полостей и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на общем металлическом основании и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура. В полости между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками размещена арматура. В качестве бетона контейнер содержит особо прочный сверхтяжелый бетон. Полость между внутренней и промежуточной цилиндрическими оболочками заполнена бетоном меньшей плотности, чем плотность бетона, которым заполнена полость между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками. В каждой из полостей между цилиндрическими оболочками внутри бетонного заполнения установлены газопроводы с коллекторами. Каждый коллектор выполнен с возможностью сообщения через соответствующий герметический клапан, снабженный запорным устройством, с атмосферой в период сушки бетона при изготовлении контейнера и с внешней системой анализа газовой среды внутри бетонного заполнения в период хранения контейнера, загруженного ОЯТ. Один из герметических клапанов смонтирован в гнезде, выполненном с внешней стороны в стенке упомянутого герметичного перекрытия, а другой размещен внутри бетонного заполнения полости, образованной промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками, и установлен с внутренней стороны наружной цилиндрической оболочки. Контейнер снабжен съемным демпфирующим кольцевым элементом, выполненным с возможностью плотного охвата наружной цилиндрической оболочки, устанавливаемым на верхней части контейнера перед загрузкой его ОЯТ и снимаемым с контейнера на период, когда контейнер помещают в разъемный демпфирующий кожух для транспортировки к месту окончательного хранения (захоронения) ОЯТ. Изобретение обеспечивает повышение безопасности обращения с металлобетонным контейнером, загруженным отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий металлические внутреннюю, промежуточную и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полости между которыми заполнены армированным бетоном, герметичное перекрытие упомянутых полостей и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на общем металлическом основании и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура, причем в полости между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками размещена арматура, отличающийся тем, что в качестве бетона он содержит особо прочный сверхтяжелый бетон, причем полость между внутренней и промежуточной цилиндрическими оболочками заполнена бетоном меньшей плотности, чем плотность бетона, которым заполнена полость между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками, при этом в каждой из полостей между цилиндрическими оболочками внутри бетонного заполнения установлены газопроводы с коллекторами, причем каждый коллектор выполнен с возможностью сообщения через соответствующий герметический клапан, снабженный запорным устройством, с атмосферой в период сушки бетона при изготовлении контейнера и с внешней системой анализа газовой среды внутри бетонного заполнения в период хранения контейнера, загруженного отработавшим ядерным топливом, при этом один из герметических клапанов смонтирован в гнезде, выполненном с внешней стороны в стенке упомянутого герметичного перекрытия, а другой размещен внутри бетонного заполнения полости, образованной промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками, и установлен с внутренней стороны наружной цилиндрической оболочки, причем контейнер снабжен съемным демпфирующим кольцевым элементом, выполненным с возможностью плотного охвата наружной цилиндрической оболочки, устанавливаемым на верхней части контейнера.

2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что газопроводы с коллекторами выполнены в виде металлических тросов.

3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что съемный демпфирующий кольцевой элемент выполнен по меньшей мере из трех кольцевых сегментов, скрепляемых между собой с помощью резьбовых соединений.

4. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что на наружной цилиндрической оболочке выполнены опорные элементы для установки упомянутого съемного демпфирующего кольцевого элемента в штатное положение относительно центра масс загруженного отработавшим ядерным топливом контейнера.