СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА В ВИДЕ ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G21C19/44 G21F9/28 

Изобретение относится к атомной промышленности, а именно к способам и устройствам для растворения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) предварительно измельченных тепловыделяющих сборок (ТВС) атомных реакторов, и может быть использовано на радиохимических заводах по регенерации ядерного топлива отработавших (ТВС) различных атомных реакторов.

Известны способы растворения и регенерации отработавшего ядерного топлива (см. кн. В.И.Землянухин, Е.И.Ильенко, А.Н.Кондратьев и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС, М.: Энергоатомиздат, 1983 г. /1/). Однако известные способы недостаточно технологичны и сложны в реализации. Кроме того, они характеризуются как недостаточно надежные и безопасные и имеют малую производительность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ растворения ядерного топлива отработавших и измельченных ТВС атомных реакторов, сущность которого раскрыта в процессе описания работы растворителя по патенту РФ №2105361 (кл. G21С 19/38) /2/.

Известный способ включает загрузку измельченных ТВС, подачу реагентов, растворение топлива с помощью реагента, удаление раствора с топливом по окончании процесса растворения, дорастворение топлива в нерастворимых кусках (контрольное растворение), промывку нерастворившихся кусков от реагента (кислотная и водная промывки), подачу сжатого газа для последующей выгрузки нерастворимых кусков ТВС.

Однако известный способ характеризуется недостаточной производительностью и надежностью.

Известны устройства для растворения ядерного топлива измельченных ТВС реакторов, например растворители для регенерации ОЯТ двух основных типов: с движущимися элементами и без них (см. кн. Землянухин В.И. и др. Радиохимическая переработка ядерного топлива АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1983 /1/). За рубежом используются растворители первого типа. Сюда относятся аппараты роторного, шнекового, корзиночного и т.п. типа. Их основные недостатки: неполная герметизация, наличие подвижных элементов, которые требуют в радиохимии дистанционного обслуживания и ремонта. В России приняты растворители второго типа - это герметичные аппараты без подвижных частей с пневматическим посекционным удалением нерастворимых кусков, которые получаются из конструкционных металлических элементов ТВС (оболочки ТВС, решетки, кожух и т.п.) при резке.

Однако для этих устройств существует предельная максимальная загрузка, превышение которой ведет к «закупориванию» как отдельной секции, так и всего аппарата.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является устройство для растворения ядерного топлива измельченных ТВС по патенту РФ №2105361 /2/. Известное устройство содержит наружный и внутренний корпуса, образующие кольцевую реакционную полость, (верхний) узел загрузки, крышку, соединенную с наружным корпусом, и узел выгрузки, включающий канал выгрузки. Причем кольцевая реакционная полость разделена вертикальными парными перегородками по меньшей мере на две отдельные секции, при этом меньшие части реакционной полости, заключенные между перегородками, образуют каналы выгрузки, размещенные внутри кольцевой полости, а сами перегородки не доходят до дна реакционной полости, в котором под каждым каналом выгрузки имеется по меньшей мере одно сопло.

Кроме того, устройство может иметь дополнительные сопла, расположенные в дне реакционной полости между каналами выгрузки и направленные в сторону этих каналов, а дно реакционной полости выполнено наклонным в сторону каналов выгрузки.

К недостаткам известного устройства относятся недостаточная производительность и надежность.

Таким образом, недостатками известных способа и устройства являются недостаточная производительность и надежность.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении производительности и надежности.

Для решения поставленной задачи сущность изобретения состоит в том, что в отличие от известного способа растворения ядерного топлива измельченных ТВС атомных реакторов, включающего загрузку измельченных ТВС, подачу реагентов, растворение топлива с помощью реагентов, промывку нерастворившихся кусков от реагентов (от раствора и кислоты) и последующую выгрузку, согласно изобретению после проведения растворения и выдачи раствора снова производят загрузку очередной порции измельченных ТВС (не производя выгрузки предыдущей отработанной порции кусков), равномерно распределяя их на оставшиеся от предыдущей операции куски (оболочки), затем снова подают реагент, производят растворение и так проводят несколько циклов загрузки и растворения, после чего проводят дорастворение топлива в осадке, оставшемся после растворения ОЯТ всех этих порций, затем проводят промывку нерастворившихся кусков от раствора, после чего производят выгрузку оставшихся нерастворившихся кусков для захоронения, воздействуя сжатым газом.

Также для решения поставленной задачи заявляемый способ осуществляется в устройстве для растворения ядерного топлива измельченных ТВС атомных реакторов, которое в отличие от известного устройства, содержащего наружный и внутренний корпуса, образующие кольцевую реакционную полость, (верхний) узел загрузки, содержащий патрубок загрузки, крышку, соединенную с наружным корпусом, распределительный конус, средства (устройства) для выгрузки, а также сопла поддува, согласно изобретению в днище кольцевой реакционной полости имеется по крайней мере два отверстия для выгрузки оболочек, а само устройство имеет по крайней мере два трубопровода выгрузки для удаления нерастворимых кусков из аппарата с образованием приемной камеры под отверстием днища кольцевой реакционной камеры, расположенные вне его (аппарата) наружного корпуса и поднимающиеся до самого его верха, где они соединены между собой, например, с помощью тройника и объединены в один трубопровод импульсного пневмотранспорта (ИПТ), через который уже производится транспортировка оболочек оставшихся кусков в хранилище на длительное хранение, а сами трубопроводы (выгрузки) имеют сопла, расположенные перед упомянутыми отверстиями. Устройство также имеет дополнительные сопла, расположенные в реакционной полости.

Сопло подачи газа для удаления нерастворимых кусков может быть вынесено вперед не менее чем на половину длины приемной камеры, образованной в трубопроводах под отверстиями в днище.

Кроме того, устройство имеет дополнительные перегородки, расположенные в нижней части реакционной полости над отверстиями в днище.

Именно заявляемые конструктивные отличия, признаки устройства для растворения ядерного топлива измельченных ТВС атомных реакторов, позволяют реализовать заявляемый способ, тем самым обеспечивая достижение поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемые способ и устройство связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении производительности и надежности.

Кроме того, заявляемое изобретение позволит при одинаковых габаритах с прототипом, кроме увеличения надежности и безопасности, что весьма важно для радиохимической промышленности, улучшить также и технологию, т.к. позволит сократить расход газа и уменьшить время процесса, а значит, увеличить производительность.

При этом увеличивается ресурс работы аппарата за счет уменьшения коррозионного воздействия среды. Ранее после каждой операции растворения необходимо было проводить операцию дорастворения труднорастворимого осадка с целью извлечения из него делящихся продуктов. Предлагается увеличить ресурс работы аппарата за счет уменьшения коррозионного воздействия среды путем проведения одной операции дорастворения с использованием ионов фтора на четыре-пять операций растворения.

Кроме того, уменьшается аварийность производства и улучшаются условия труда и техника безопасности, увеличивается надежность аппарата при любой загрузке. Выгрузка из аппарата не зависит от загрузки (выгружаем одинаковыми, равномерными порциями). Появляется возможность управления (регулирования) процессом выгрузки. Раньше была возможность контролировать только само растворение, а теперь можно контролировать все операции, так как выгрузка твердых отходов осуществляется контролируемыми порциями. Снимаются ограничения по концентрации делящегося продукта и равномерному распределению топлива по кольцу в номинальном объеме аппарата (кольцевая часть аппарата).

Аппарат можно эксплуатировать в пределах установленного ресурса, т.е. до полной выработки ресурса аппарата, без проведения промежуточных ремонтов, что, кроме прочего, еще и исключает дополнительное облучение персонала и значительно улучшает экологические показатели.

Изобретение поясняется чертежами:

на фиг.1 представлен вертикальный разрез аппарата.

На фиг.2 - горизонтальное сечение аппарата по А-А.

На фиг.3 - развертка кольцевой реакционной зоны на уровне днища аппарата.

На фиг.4 - схема трубопроводов ИПТ.

Заявляемое устройство содержит наружный корпус 1, внутренний корпус 2, кольцевую реакционную полость 3, днище 4, отверстие в днище 5, распределительный конус 6, крышку 7, патрубок загрузки измельченного ОЯТ 8, патрубок выхода газа 9, охлаждающие и нагревающие рубашки 10, рубашки на трубах (ИПТ) 11, трубы ИПТ 12, тройник 13, объединенную трубу ИПТ 14, патрубки 15 подачи газа в сопла выгрузки 16, патрубок подачи реагента 17, патрубки 18 подачи газа в сопла поддува 19, перегородки-ловушки над отверстиями в днище 20.

Устройство работает следующим образом.

Измельченное ОЯТ через патрубок 8 загружают в устройство, где оно попадает на распределительный конус 6 и равномерно распределяется по кольцевой реакционной зоне (полости) 3.

Через патрубок 17 подают порцию реагента для растворения ОЯТ. С помощью рубашек 10 и 11 в аппарате поддерживают необходимую температуру. Выделяющийся при растворении газ через патрубок 9 отводят в систему газоочистки. Образовавшийся раствор после растворения ОЯТ отводят на переработку.

Затем в аппарат на слой нерастворившихся оболочек загружают следующую порцию измельченного ОЯТ, производят растворение и отводят раствор на переработку. Так делают несколько раз (например, четыре раза) до заполнения кольцевой реакционной полости нерастворившимися оболочками.

После этого через патрубок 17 подают реагент для дорастворения ОЯТ в нерастворимом осадке. Затем раствор, образовавшийся после дорастворения ОЯТ, отводят на переработку. После этого через патрубок 17 подают реагент для промывки нерастворимых оболочек от раствора и реагента.

Затем через патрубки 18 подают сжатый газ, который проходит через сопла поддува 19, перемещает нерастворимые оболочки и загружает их через отверстие 5 в трубопроводы ИПТ 12. После этого через патрубки подачи газа 15 подают сжатый газ, который проходит через сопла 16 и перемещает их по трубопроводам 12 в тройник 13 и трубопровод 14 в хранилище для длительного хранения оболочек.

Применение заявляемых способа и устройства позволит повысить производительность и надежность процесса и аппарата. Применение изобретения позволит улучшить технологию и технико-экономические показатели, повысит ресурс работы за счет уменьшения коррозионного воздействия среды, увеличит надежность аппарата при любой загрузке, улучшит условия труда и техники безопасности за счет исключения необходимости промежуточного ремонта, а также значительно улучшит экологические показатели за счет выработки ресурса аппарата без его ремонта.

Изобретение относится к атомной промышленности и может быть использовано на радиохимических заводах по регенерации ядерного топлива отработавших ТВС. Способ растворения ядерного топлива включает загрузку измельченных ТВС, подачу реагентов, растворение топлива с помощью реагентов, промывку нерастворившихся кусков и выгрузку. После проведения растворения и выдачи раствора снова производят загрузку очередной порции измельченных ТВС без выгрузки предыдущей отработанной порции, подают реагент, производят растворение и так проводят несколько циклов. Затем проводят дорастворение топлива в осадке, промывку нерастворившихся кусков и их выгрузку для захоронения, воздействуя сжатым газом. Устройство для осуществления способа содержит наружный и внутренний корпуса, кольцевую реакционную полость между ними, узел загрузки, крышку, распределительный конус, устройства для выгрузки и сопла поддува. В днище кольцевой реакционной полости имеется по крайней мере два отверстия для выгрузки оболочек. Устройство имеет по крайней мере два трубопровода выгрузки для удаления нерастворимых кусков из аппарата. Они образуют приемную камеру под отверстием днища, объединены вверху корпуса в один трубопровод импульсного пневмотранспорта и имеют сопла. Изобретение позволяет повысить производительность и надежность. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ растворения ядерного топлива в виде измельченных тепловыделяющих сборок (ТВС) атомных реакторов, включающий загрузку измельченных ТВС, подачу реагентов, растворение топлива с помощью реагентов, промывку нерастворившихся кусков от реагентов (от раствора и кислоты) и последующую выгрузку, отличающийся тем, что после проведения растворения и выдачи раствора снова производят загрузку очередной порции измельченных ТВС, не производя выгрузки предыдущей отработанной порции кусков, равномерно распределяя их на оставшиеся от предыдущей операции куски, затем снова подают реагент, производят растворение и так проводят несколько циклов загрузки и растворения, после чего проводят дорастворение топлива в осадке, оставшемся после растворения отработавшего ядерного топлива всех этих порций, затем проводят промывку нерастворившихся кусков от раствора, после чего производят выгрузку оставшихся нерастворившихся кусков для захоронения, воздействуя сжатым газом.

2. Устройство для осуществления способа растворения ядерного топлива измельченных (ТВС) атомных реакторов, содержащее наружный и внутренний корпуса, образующие кольцевую реакционную полость, узел загрузки, содержащий патрубок загрузки, крышку, распределительный конус, средства (устройства) для выгрузки, а также сопла поддува, отличающееся тем, что в днище кольцевой реакционной полости имеется по крайней мере два отверстия для выгрузки оболочек, а само устройство имеет по крайней мере два трубопровода выгрузки для удаления нерастворимых кусков из аппарата с образованием приемной камеры под отверстием днища кольцевой реакционной камеры, расположенные вне его (аппарата) наружного корпуса до самого его верха, где они соединены между собой, например, с помощью тройника и объединены в один трубопровод импульсного пневмотранспорта (ИПТ), а сами трубопроводы имеют сопла, расположенные перед упомянутыми отверстиями; устройство также имеет дополнительные сопла, расположенные в реакционной полости.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сопло подачи газа для удаления нерастворимых кусков может быть вынесено вперед не менее чем на половину длины приемной камеры, образованной в трубопроводах под отверстиями в днище.

4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что устройство имеет дополнительные перегородки, расположенные в нижней части реакционной полости над отверстиями в днище.