КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И/ИЛИ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2012 года по МПК G21F5/08 

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

Известен контейнер для радиоактивных материалов по патенту ЕР 0116412 А1 (G21F 5/00, 1984). Известный контейнер содержит кожух (корпус), отлитый из чугуна или стали, и экранирующий материал. При изготовлении контейнера экранирующий материал располагают внутри литьевой формы для кожуха, после чего следует заливка, например, чугуна в упомянутую литьевую форму. Таким образом получают литой корпус, в котором экранирующий материал уже «погружен» в массив боковой стенки корпуса и занимает требуемое положение. С наружной стороны корпус контейнера имеет продольное оребрение для отвода тепла (ребра охлаждения). В верхней и нижней частях контейнера предусмотрены грузоподъемные цапфы. В варианте выполнения контейнера литой корпус размещен внутри кольцевого кожуха, который представляет собой две концентрично расположенные металлические обечайки, зазор между которыми заполнен экранирующим материалом. При этом через экранирующий материал пропущены установленные в массиве литого корпуса теплоотводящие элементы, прикрепленные (приваренные) соответственно к упомянутым обечайкам и выступающие наружу за внешнюю обечайку. Теплоотводящие элементы выполнены в виде радиальных продольных листовых элементов.

Недостатком известного контейнера является то, что для изготовления монолитного толстостенного металлического корпуса контейнера требуется уникальное металлургическое оборудование. Кроме того, контейнер предполагает высокую трудоемкость изготовления и, следовательно, высокую стоимость. Вместе с этим в вариантах выполнения контейнера, в которых через экранирующий материал пропущены теплоотводящие элементы в виде радиальных продольных листовых элементов (по существу - в виде ребер), возможен «прямой прострел» нейтронов вдоль последних, что снижает уровень защиты от нейтронного излучения и, следовательно, безопасность обращения с ОЯТ.

Известен контейнер для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 1618179 С (G21F 5/00, 1994). Известный контейнер содержит металлический корпус, включающий внутреннюю (цилиндрическую) и внешнюю обечайки из стали, расположенную между обечайками радиационную защиту и ребра охлаждения (теплоотводящие элементы), установленные на наружной стороне внешней обечайки, выполненные в виде плоских вертикальных пластин. Радиационная защита выполнена в виде отливки из алюминия или сплава на его основе, содержащей включения из радиационно-защитного материала (чугун, доломит, углерод, карбид бора и др.). Внешняя обечайка выполнена составной из полос, изогнутых внутрь корпуса параллельно оси внутренней обечайки. Ребра охлаждения приварены к стыкам изогнутых полос так, что основания ребер охлаждения располагаются внутри радиационной защиты и не касаются внутренней обечайки. Расположение оснований ребер внутри радиационной защиты обеспечивает прочность ребер, хороший тепловой контакт и исключает «прямой прострел» нейтронов вдоль ребер.

Однако для изготовления поковки монолитного металлического корпуса контейнера требуется уникальное кузнечно-прессовое оборудование. Кроме того, выполнение внешней обечайки корпуса контейнера составной из достаточно большого количества полос предполагает большой объем сварочных работ.

Известен контейнер для радиоактивных материалов, приведенный в патенте JP 2761716 В2 (G21F 5/008, 1998). Известный контейнер содержит металлический корпус, включающий внутренний и наружный кожухи, кольцевой зазор между которыми заполнен свинцом. Контейнер обеспечивает надежную радиационную защиту и эффективно излучает тепло.

Недостатком известного контейнера является то, что для изготовления монолитного толстостенного металлического корпуса контейнера требуется уникальное металлургическое оборудование.

Известен контейнер для транспортировки и хранения отработавших сборок ТВЭЛ ядерных реакторов по патенту DE 19856685 А1 (G21F 5/008, 2000). Корпус контейнера изготовлен из стали и имеет на своей наружной стенке продольные заполненные замедлителем нейтронов (материалом для поглощения нейтронов) камеры, замкнутые приваренными крышками из листовой стали. Продольные камеры образуют тупой угол с радиальным направлением и изготовлены формовкой из стенки корпуса в радиальном направлении. Упомянутые крышки выполнены с продольным оребрением (ребрами охлаждения).

Однако в известном контейнере возможен прострел нейтронов через массив корпуса контейнера, что снижает безопасность обращения с ОЯТ.

Также известен контейнер для транспортировки и/или хранения тепловыделяющих радиоактивных элементов по патенту ЕР 1418594 A1 (G21F 5/10, 2004). Известный контейнер имеет оболочку, ограничивающую внутреннюю полость контейнера, днище и по меньшей мере одну крышку. Оболочка контейнера содержит металлическую внутреннюю обечайку и отстоящую от нее наружную металлическую обечайку. Между внутренней и наружной обечайками расположены теплоотводящие упругие трубчатые металлические элементы, прилегающие к внутренней и наружной обечайкам с предварительным напряжением. Остальное пространство между внутренней и наружной обечайками заполнено наполнителем.

Однако конструктивные особенности последнего контейнера предполагают использование его для транспортировки и/или хранения относительно низкоактивного ОЯТ, т.е. известное устройство имеет ограниченную область использования. По существу, известное техническое решение касается устройства металлобетонного контейнера.

Известен транспортный упаковочный комплект (ТУК) для транспортирования и хранения ОЯТ по патенту RU 75496 U1 (G21F 5/008, G21F 5/10, 2008). Известный ТУК содержит чехол, контейнер, включающий металлический корпус с герметичным перекрытием внутренней полости контейнера, и торцевые деревянные демпферы. Корпус контейнера выполнен из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Чехол выполнен металлическим монолитным с каналами для установки тепловыделяющих сборок. Для увеличения поверхности передачи тепла между чехлом и корпусом контейнера внутренняя поверхность корпуса контейнера и наружная поверхность чехла имеют сопряженные кольцевые или продольные ребра охлаждения, обеспечивающие интенсификацию теплоотвода от отработавших тепловыделяющих сборок к корпусу контейнера и далее в окружающую среду в процессе транспортирования и временного хранения ТУК. Корпус контейнера имеет продольные каналы, заполненные термостойким полиэтиленом, обеспечивающим защиту обслуживающего персонала, населения и окружающей среды от нейтронного излучения.

К недостаткам известного контейнера можно отнести сложность изготовления монолитного толстостенного корпуса из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 2348085 C1 (G21F 5/00, 2009). Контейнер содержит металлический корпус, включающий днище, наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, полость между которыми заполнена материалом для поглощения нейтронов, герметичное перекрытие упомянутой полости и внутренней полости контейнера. Перекрытие выполнено, например, в виде трех защитных герметизирующих крышек, установленных одна над другой на общем основании и образующих с последним три концентричных герметизирующих контура. Две защитные герметизирующие крышки выполнены под углубление в верхней части корпуса и образуют два контура (барьера) защиты. Конструкция контейнера допускает возможность установки дополнительной наружной защитной герметизирующей крышки, которая выполнена в виде листа, который по периметру приваривают к общему основанию крышек. Корпус контейнера выполнен таким образом, что наружная цилиндрическая оболочка по высоте контейнера перекрывает кольцевые стыковые швы приварки внутренней цилиндрической оболочки к днищу и к общему основанию защитных герметизирующих крышек.

Через материал для поглощения нейтронов пропущены элементы с высокой теплопроводностью (по существу, выполняющие функцию тепловых мостов). Упомянутые элементы выполнены в виде радиальных продольных листовых элементов, которые прикреплены соответственно к наружной и внутренней оболочкам корпуса контейнера. В качестве материала радиальных продольных листовых элементов контейнер может содержать, например, медь. В варианте выполнения контейнер в качестве материала для поглощения нейтронов содержит, например, силоксановый каучук. В полость между наружной и внутренней цилиндрическими оболочками корпуса контейнера этот материал заливается в жидком состоянии с последующим твердением. Наружная цилиндрическая оболочка корпуса контейнера выполнена составной, например, из двух кольцевых сегментов с продольным оребрением, герметично соединенных между собой с помощью сварных швов. В варианте выполнения контейнер в качестве материала наружной цилиндрической оболочки корпуса содержит высоколегированную (нержавеющую) сталь. В качестве материала внутренней цилиндрической оболочки контейнер содержит низколегированную сталь.

В другом варианте выполнения изобретения внутренняя цилиндрическая оболочка выполнена в виде двух концентрично расположенных обечаек, зазор между которыми заполнен, например, свинцом. В варианте осуществления изобретения днище корпуса контейнера выполнено таким образом, что является одновременно торцевым демпфирующим элементом. Это достигается благодаря тому, что с наружной стороны оно снабжено элементами, пластически деформируемыми в случае аварийного нагружения контейнера. С наружной стороны на днище также установлена нейтронная защита (материал для поглощения нейтронов, аналогичный материалу, заполняющему полость между наружной и внутренней оболочками корпуса контейнера). Аналогичная нейтронная защита установлена с наружной стороны защитной герметизирующей крышки. Для перемещения и кантования контейнера в верхней и нижней частях корпуса контейнера предусмотрены грузоподъемные цапфы. Для слива воды, осушки и заполнения внутренней полости контейнера инертным газом в верхней и нижней частях корпуса контейнера предусмотрены соответствующие клапанные устройства. Во внутреннюю полость контейнера устанавливается дистанционирующая решетка (чехол).

Однако для изготовления поковок металлического корпуса контейнера требуется уникальное кузнечно-прессовое оборудование. Вместе с тем достаточно трудоемкой является сварка составных частей толстостенной внутренней оболочки корпуса.

Известен защитный контейнер для транспортирования и хранения твердых радиоактивных отходов по патенту RU 71467 U1 (G21F 5/005, 2008). Известный контейнер содержит корпус, крышку и чехол, расположенный внутри корпуса, и подъемные устройства под грузовой захват, установленные на корпусе. Корпус выполнен из чугуна с шаровидным графитом, а крышка выполнена из сплава железа с углеродом.

Известен транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения отработавших тепловыделяющих сборок по патенту RU 56704 U1 (G21F 5/008, 2006). Известный ТУК содержит корпус контейнера, выполненный из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, с установленными на его боковой поверхности цапфами, внутреннюю и наружную крышки, выполненные из нержавеющей стали, установленные на корпусе со средствами крепления и уплотнения, и образующие с корпусом два барьера герметичности, чехол из нержавеющей стали для установки отработавших тепловыделяющих сборок, вставленный в герметичный стакан, установленный в полости корпуса, и образованный облицовкой из нержавеющей стали внутренней поверхности корпуса, поверхности корпуса под установку крышек и части наружной поверхности корпуса в местах установки демпферов, и деревянные демпферы, заключенные в оболочку из нержавеющей стали и установленные на торцах контейнера.

Известен транспортный упаковочный комплект для транспортировки и хранения радиоактивных материалов по патенту RU 72352 U1 (G21F 5/005, 2008). Известный ТУК содержит выполненный из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом корпус контейнера, внутреннюю и наружную крышки, чехол, установленный в корпусе контейнера, и демпферы. Наружная поверхность корпуса контейнера облицована коррозионно-стойким материалом, а чехол выполнен в виде полого тонкостенного цилиндрического сосуда.

Общим недостатком трех последних технических решений является то, что в конструкции контейнера возможен прострел нейтронов через массив корпуса контейнера, что снижает безопасность обращения с ОЯТ.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 9998 U1 (G21F 5/008, 1999). Известный контейнер содержит коаксиально расположенные металлические наружный и внутренний стаканы, полость между которыми заполнена радиационно-защитным материалом, при этом внутренняя полость контейнера имеет герметичное перекрытие, тепловые мосты для отвода тепла со сборок ТВЭЛ. Герметичное перекрытие внутренней полости контейнера состоит из двух герметизирующих крышек. В качестве радиационно-защитного материала использован демпферный наполнитель в виде сыпучей массы шарообразных частиц, отвержденных из расплава природного урана. Торцевые поверхности наружного стакана имеют амортизаторы в виде выступов полуторовой формы. Тепловые мосты выполнены в виде металлических перемычек определенного размера, расположенных между наружным и внутренним стаканами контейнера. Конструктивной особенностью контейнера является то, что внутренний стакан, наружный стакан и «тепловые мосты» представляют собой монолит из литьевого сплава ферритного высокопрочного чугуна.

К недостаткам известного контейнера можно отнести сложность технологии изготовления монолитного корпуса из высокопрочного чугуна. Указанный недостаток, в частности, обусловлен сложностью обеспечения достаточно высокой скорости охлаждения толстостенной отливки по всей толщине для обеспечения формирования необходимой структуры чугуна.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании достаточно технологичного контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива реакторов типа ВВЭР-1000, особенностью которого (т.е. ОЯТ) является, в частности, интенсивное выделение тепла и интенсивное нейтронное излучение.

Указанная задача решается тем, что предложен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус, включающий установленные с радиальным зазором внутренний и наружный стаканы с днищами, кольцевая полость между которыми заполнена заливочной композицией, обеспечивающей нейтронную защиту, через которую пропущены элементы с высокой теплопроводностью, контактирующие с упомянутыми стаканами. Внутренний стакан и его днище выполнены за одно целое из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, из такого же чугуна выполнен наружный стакан, который разъемно скреплен с соответствующим днищем. При этом контейнер включает герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на оголовке внутреннего стакана и образующих с ним два концентричных герметизирующих контура. Оголовок внутреннего стакана и наружный стакан скреплены с помощью резьбовых соединений. Величина радиального зазора и, соответственно, толщина кольцеобразного слоя нейтронной защиты, толщины стенок внутреннего и наружного стаканов и физические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями:

0,4≤А/В≤1;

2300 (кг/м²)≤ρ_ч(А+В)+ρ_зкС≤2700 (кг/м²),

где А - толщина стенки наружного стакана, м; В - толщина стенки внутреннего стакана, м; С - толщина кольцеобразного слоя нейтронной защиты, требуемая для защиты от нейтронного излучения отработавшего ядерного топлива, загружаемого в контейнер (т.е. толщина нейтронной защиты задается исходя из целевой характеристики контейнера), м; ρ_ч - плотность высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, кг/м³; ρ_зк - плотность материала заливочной композиции, кг/м³.

В варианте выполнения контейнер в качестве материала днища наружного стакана содержит высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

В другом варианте выполнения контейнер в качестве материала днища наружного стакана содержит сталь.

Вместе с этим в качестве материала заливочной композиции контейнер может содержать силоксан.

Кроме того, в качестве материала заливочной композиции контейнер может содержать полиэтилен.

Также в качестве материала заливочной композиции контейнер может содержать сополимер этилена и пропилена.

Возможен вариант выполнения, когда в качестве заливочной композиции контейнер содержит композицию на основе цемента.

Вместе с этим корпус контейнера снабжен удародемпфирующей опорой, которая разъемно закреплена на днище наружного стакана.

В приведенном выше соотношении выражение [ρ_ч(А+В)+ρ_зкС] по сути - массовая толщина боковой стенки корпуса контейнера. Предельные значения массовой толщины зависят от интенсивности γ-излучения (I_γ) ОЯТ, загружаемого в контейнер:

2300 кг/м² при I_γ=0,3·10¹⁷ квант/с,

2700 кг/м² при I_γ=2,3·10¹⁷ квант/с.

В частности, на основании численных расчетов по программе типа MCNP-4B Лос Аламосской Национальной лаборатории США можно показать, что при размещении в контейнере 18-ти ОТВС реактора ВВЭР-1000 с выгоранием топлива 70 ГВт·сутки/тU, где тU - тонна урана, и временем выдержки 5 лет интенсивность γ-излучения (I_γ) ОЯТ составляет 1,35·10¹⁷ квант/с, при этом массовая толщина составляет 2600 кг/м². Что касается предельных значений массовой толщины боковых стенок контейнера, указанных в рассматриваемом соотношении, то эти значения определены расчетами радиационной защищенности контейнера:

- верхний предел массовой толщины соответствует расчетной загрузке в контейнер 18-ти ОТВС реактора типа ВВЭР-1000 с выгоранием топлива 75 ГВт·сутки/тU и временем выдержки 3 года,

- нижний предел массовой толщины соответствует расчетной загрузке в контейнер 18-ти ОТВС реактора типа ВВЭР-1000 с выгоранием топлива 50 ГВт·сутки/тU и временем выдержки 7 лет.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить технологичность конструкции корпуса контейнера (т.е. упростить технологию изготовления) и одновременно снизить металлоемкость благодаря обеспечению возможности минимизации толщин стенок корпуса в зависимости от активности ОЯТ, загружаемого в контейнер.

Прочностные характеристики высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, особенно его вязкость разрушения, зависят от толщины отливки корпуса контейнера. При возрастании толщины отливки до 100 мм вязкость разрушения возрастает, далее до толщины ~200-250 мм характеристика сохраняется примерно на уровне толщины 100 мм, при больших толщинах происходит снижение механических характеристик чугуна. Снижение механических характеристик чугуна в больших толщинах связано со сложностью обеспечения достаточно высокой скорости охлаждения отливки по всей толщине для обеспечения формирования необходимой структуры чугуна. Выполнение корпуса контейнера из двух оболочек (стаканов с днищами) позволяет существенно уменьшить толщину отливок и упростить задачу обеспечения необходимых высоких механических характеристик материала корпуса контейнера, при этом суммарная толщина стенок оболочек (т.е. внутреннего и наружного стаканов 1 и 2) удовлетворяет требованию обеспечения радиационной защиты от γ-излучения ОЯТ. Вместе с этим такое исполнение корпуса контейнера расширяет возможности литейного производства завода-изготовителя, т.к. не требует дополнительных мощностей (например, уникальных плавильных печей). Таким образом, изобретение, обеспечивая возможность достижения необходимых высоких механических характеристик материала корпуса контейнера, обеспечивает приспособляемость конструкции контейнера к возможностям существующей инфраструктуры литейного производства. Согласно изобретению толщина кольцевого слоя нейтронной защиты, требуемая для защиты от нейтронного излучения, определяется исходя из активности ОЯТ, загружаемого в контейнер, т.е. исходя из целевой характеристики контейнера. Слой нейтронной защиты также вносит дополнительный вклад в обеспечение радиационной защиты от γ-излучения, что позволяет уменьшить суммарную толщину стенок корпуса контейнера. Наибольшим образом это проявляется при использовании заливочной композиции на основе цемента (например, специального бетона, имеющего относительно высокую плотность). Таким образом, обеспечивается возможность минимизации толщин стенок корпуса в зависимости от активности ОЯТ, загружаемого в контейнер, что позволяет снизить металлоемкость.

На фиг.1 схематично показан контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, общий вид, продольный разрез (чехол с ОЯТ и торцевые противоударные демпферы на чертеже не показаны); на фиг.2 - то же, поперечный разрез по А-А на фиг.1.

В варианте осуществления изобретения контейнер предназначен для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива реакторов типа ВВЭР-1000, особенностью которого (т.е. ОЯТ) является интенсивное выделение тепла и интенсивные γ-излучение и нейтронное излучение.

Контейнер содержит корпус, включающий установленные с радиальным зазором внутренний 1 и наружный 2 стаканы с днищами соответственно 3 и 4. Кольцевая полость между стаканами 1 и 2 заполнена заливочной композицией 5, обеспечивающей нейтронную защиту. Через заливочную композицию (т.е. материал нейтронной защиты) пропущены продольные элементы 6 с высокой теплопроводностью, контактирующие с внутренним и наружным стаканами 1 и 2. Элементы 6 выполнены, например, из меди. Внутренний стакан 1 и его днище 3 выполнены за одно целое из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Наружный стакан 2 выполнен также из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и разъемно скреплен с днищем 4, например, с помощью резьбовых соединений (на чертеже не показано). Стенка стакана 2 с внешней стороны выполнена с оребрением (теплоотводящими ребрами) для интенсификации теплоотдачи. В варианте осуществления изобретения в качестве материала днища 4 наружного стакана использована коррозионно-стойкая сталь. В другом варианте в качестве материала днища наружного стакана может быть использован высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Контейнер включает герметичное перекрытие внутренней полости «а» контейнера. Герметичное перекрытие выполнено, например, в виде двух защитных герметизирующих крышек 7 и 8, установленных одна над другой на оголовке «b» внутреннего стакана и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура. Защитные герметизирующие крышки 7 и 8 выполнены под углубление в верхней части внутреннего стакана 1 и образуют два контура (барьера) защиты. Оголовок «b» внутреннего стакана 1 и наружный стакан 2 скреплены с помощью резьбовых соединений (на чертеже не показано). При этом наружный стакан 2 образует герметичные соединения соответственно с оголовком «b» внутреннего стакана 1 и днищем 4. Таким образом, образован барьер защиты внутренней полости, заполненной заливочной композицией.

В варианте осуществления контейнер в качестве заливочной композиции содержит, например, силоксан. В другом варианте в качестве заливочной композиции контейнер может содержать полиэтилен. Возможен вариант, когда контейнер в качестве заливочной композиции содержит сополимер этилена и пропилена. Кроме того, в качестве заливочной композиции может быть использована композиция на основе цемента (цементное тесто).

Корпус контейнера снабжен опорой 9, которая разъемно закреплена на днище наружного стакана 2 и выполнена таким образом, что является одновременно торцевым демпфирующим элементом. Это достигается благодаря тому, что опора снабжена элементами, пластически деформируемыми в случае аварийного нагружения контейнера. Упомянутые элементы выполнены, например, в виде пустотелых оболочек с ребрами. Со стороны торца на днище внутреннего стакана установлена нейтронная защита 10 (материал, обеспечивающий нейтронную защиту, аналогичный материалу, заполняющему кольцевую полость между внутренним и наружным стаканами 1 и 2). Аналогичная нейтронная защита 11 установлена с наружной стороны внутренней защитной герметизирующей крышки 7.

Для перемещения и кантования контейнера в верхней и нижней частях корпуса контейнера предусмотрены грузоподъемные цапфы 12. Для слива воды, осушки и заполнения внутренней полости «а» контейнера инертным газом в верхней и нижней частях корпуса контейнера предусмотрены соответствующие клапанные устройства (на чертеже не показано). Наружная поверхность корпуса, защитные герметизирующие крышки 7 и 8 и удародемпфирующая опора 9 имеют покрытие, допускающее обработку дезактивирующими растворами.

На период транспортировки на корпусе контейнера монтируют съемные торцевые противоударные демпферы (на чертеже не показано). В качестве таких демпферов могут быть использованы, например, съемные противоударные демпферы по патенту RU 2400843 (G21F 5/008, 5/08, 2010). Конструкция известного демпфера по существу представляет собой открытый конвектор, что позволяет интенсифицировать теплоотдачу корпуса контейнера.

Во внутреннюю полость «а» контейнера устанавливается дистанционирующая решетка (на чертеже не показано). В варианте осуществления изобретения в ней может быть размещено до 18-ти отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) с ОЯТ с максимальным суммарным тепловыделением 30-40 кВт. Дистанционирующая решетка (чехол) обеспечивает строго определенное расположение ОТВС во внутренней полости «а» контейнера и передачу тепла, выделяемого ОЯТ, корпусу контейнера. В варианте осуществления изобретения чехол в полости контейнера устанавливается с заданным радиальным зазором с возможностью образования теплопроводящего контакта между наружной цилиндрической поверхностью чехла и внутренней поверхностью корпуса контейнера в загруженном состоянии последнего при тепловом воздействии со стороны отработавших тепловыделяющих сборок.

Использование контейнера в промышленности осуществляется следующим образом.

Во внутреннюю полость «а» контейнера устанавливают дистанционирующую решетку (чехол). Чехол при установке опускается в полость «а» корпуса контейнера до упора в днище 3. Корпус контейнера с чехлом устанавливают в загрузочный бассейн, бассейн заполняется водой, и осуществляется загрузка под водой отработавшего ядерного топлива (отработавших тепловыделяющих сборок). После загрузки контейнера устанавливают его внутреннюю защитную герметизирующую крышку 7, загруженный контейнер извлекают из водяного бассейна и устанавливают на площадку обслуживания. Внутреннюю полость «а» контейнера с помощью предусмотренных на контейнере клапанных устройств (на чертеже не показано) освобождают от воды. Затем затягивается болтовое соединение крепления внутренней защитной герметизирующей крышки 7 и производится контроль герметичности соединения крышки 7 с оголовком «b» стакана 1 (т.е. с корпусом контейнера). Аналогичным образом закрывается защитная герметизирующая крышка 8 и производится контроль герметичности ее соединения с корпусом контейнера. Защитные герметизирующие крышки 7 и 8 образуют два контура (барьера) защиты. После производится осушение внутренней полости «а» контейнера и при необходимости заполнение ее инертным газом с помощью предусмотренных на контейнере клапанных устройств (на чертеже не показано). После этого контейнер с ОЯТ транспортируют к месту промежуточного (предварительного) хранения (на территории АЭС или в прилегающем к ней хранилище). В месте промежуточного хранения загруженный контейнер может находиться длительное время. Затем контейнер с ОЯТ транспортируют к месту окончательного хранения в региональное хранилище или на переработку. На период транспортировки к месту окончательного хранения (захоронения) ОЯТ с целью предохранения контейнера с ОЯТ от разрушения при возможных аварийных ситуациях и повышения радиационной защиты персонала при транспортировке оснащают съемными противоударными демпферами, которые практически не препятствуют съему тепла от контейнера.

Радиационная безопасность обеспечивается за счет использования сочетания внутреннего и наружного стаканов 1 и 2 и материала заливочной композиции (нейтронной защиты) 5.

Ядерная безопасность обеспечивается защитой ОТВС от перегрева в различных условиях хранения контейнера с ОЯТ за счет необходимого теплоотвода из внутренней полости контейнера благодаря элементам 6 с высокой теплопроводностью, контактирующим с внутренним и наружным стаканами 1 и 2. Транспортировка и хранение контейнера с ОЯТ сопровождаются достаточно интенсивным тепловыделением активной части ОЯТ. В результате теплового воздействия со стороны тепловыделяющих сборок происходит температурное расширение чехла, упомянутый радиальный зазор между наружной цилиндрической поверхностью чехла и внутренней поверхностью корпуса контейнера «выбирается» и между этими поверхностями образуется теплопроводящий контакт (по существу обеспечивается прилегание наружной цилиндрической поверхности чехла к внутренней цилиндрической поверхности корпуса), что существенно повышает теплоотдачу. Таким образом, обеспечивается интенсивный отвод тепла на стенку корпуса контейнера и через нее - в окружающую среду.

Таким образом, благодаря особенности исполнения контейнера для транспортировки и/или хранения ОЯТ изобретение позволяет создать контейнер, обеспечивающий повышение технологичности конструкции корпуса контейнера (т.е. упрощение технологии изготовления) и одновременно снижение металлоемкости благодаря возможности минимизации толщин стенок корпуса в зависимости от активности ОЯТ, загружаемого в контейнер. Выполнение корпуса контейнера из двух оболочек (стаканов с днищами) позволяет существенно уменьшить толщину отливок и упростить задачу обеспечения необходимых высоких механических характеристик материала корпуса контейнера, что повышает надежность контейнера. Вместе с этим предлагаемое исполнение корпуса контейнера расширяет возможности литейного производства.

Изобретение относится к контейнерам для длительного хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Контейнер содержит корпус. Корпус включает установленные с радиальным зазором внутренний и наружный стаканы с днищами. Кольцевая полость между стаканами заполнена заливочной композицией. Через заливочную композицию пропущены элементы с высокой теплопроводностью. Внутренний стакан и его днище выполнены за одно целое из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Контейнер включает герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на оголовке внутреннего стакана. Оголовок внутреннего стакана и наружный стакан скреплены с помощью резьбовых соединений. Величина радиального зазора и толщина кольцеобразного слоя нейтронной защиты, толщины стенок внутреннего и наружного стаканов и физические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями: 0,4≤А/В≤1; 2300 (кг/м²)≤ρ_ч(A+B)+ρ_зкC≤2700 (кг/м²), где А - толщина стенки наружного стакана, м; В - толщина стенки внутреннего стакана, м; С - толщина кольцеобразного слоя нейтронной защиты, требуемая для защиты от нейтронного излучения отработавшего ядерного топлива, загружаемого в контейнер, м; ρ_ч - плотность высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, кг/м³; ρ_зк - плотность материала заливочной композиции, кг/м³. Изобретение позволяет создать высокотехнологичный контейнер для транспортировки и хранения ОЯТ. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий корпус, включающий установленные с радиальным зазором внутренний и наружный стаканы с днищами, кольцевая полость между которыми заполнена заливочной композицией, обеспечивающей нейтронную защиту, через которую пропущены элементы с высокой теплопроводностью, контактирующие с упомянутыми стаканами, причем внутренний стакан и его днище выполнены за одно целое из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, из такого же чугуна выполнен наружный стакан, который разъемно скреплен с соответствующим днищем, при этом контейнер включает герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на оголовке внутреннего стакана и образующих с ним два концентричных герметизирующих контура, причем упомянутый оголовок и наружный стакан скреплены с помощью резьбовых соединений, при этом величина радиального зазора и соответственно толщина кольцеобразного слоя нейтронной защиты, толщины стенок внутреннего и наружного стаканов и физические характеристики применяемых материалов связаны соотношениями
0,4≤А/В≤1;
2300 (кг/м²)≤ρ_ч(А+B)+ρ_зкС≤2700 (кг/м²),
где А - толщина стенки наружного стакана, м;
В - толщина стенки внутреннего стакана, м;
С - толщина кольцеобразного слоя нейтронной защиты, требуемая для защиты от нейтронного излучения отработавшего ядерного топлива, загружаемого в контейнер, м;
ρ_ч - плотность высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, кг/м³;
ρ_зк - плотность материала заливочной композиции, кг/м³.

2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала днища наружного стакана содержит высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала днища наружного стакана содержит сталь.

4. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала заливочной композиции содержит силоксан.

5. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала заливочной композиции содержит полиэтилен.

6. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала заливочной композиции содержит сополимер этилена и пропилена.

7. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве заливочной композиции содержит композицию на основе цемента.

8. Контейнер по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что корпус контейнера снабжен удародемпфирующей опорой, которая разъемно закреплена на днище наружного стакана.