УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И/ИЛИ ТРАНСПОРТИРОВКИ ВЫСОКОРАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, А ТАКЖЕ СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК G21F5/00 

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ПАТЕНТНЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка истребует приоритет промежуточной заявки на патент Соединенных Штатов за № 61/175899, зарегистрированной 6 мая 2009 г., включенной сюда путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к устройствам, системам и способам для хранения и/или транспортировки высокорадиоактивных отходов и, в частности, к таким устройствам, системам и способам, в которых применяется вентилируемый вертикальный контейнер, позволяющий осуществлять естественное конвективное охлаждение высокорадиоактивных отходов, которыми в определенных случаях может быть отработавшее ядерное топливо (ОЯТ).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В процессе работы ядерных реакторов топливные сборки обычно извлекают после того, как их энергия будет израсходована до определенного уровня. Это извлеченное ОЯТ все еще остается высокорадиоактивным и выделяет значительное количество тепла, в связи с чем требуется соблюдать предельную осторожность в процессе его упаковки, транспортировки и хранения. Для того чтобы защитить окружающую среду от радиоактивного излучения, ОЯТ помещают сначала в корзину, которая в типичном случае представляет собой герметично закрытую бочку, образующую оболочку вокруг этого ОЯТ. Эту заполненную корзину затем транспортируют и хранят в большой цилиндрической емкости, называемой контейнером. Обычно транспортировочные контейнеры применяют для перемещения отработавшего ядерного топлива из одного места в другое, а контейнеры хранения применяют для долгосрочного хранения ОЯТ.

На типичной атомной электростанции открытую пустую корзину сначала помещают в открытый транспортировочный контейнер. Затем этот транспортировочный контейнер с пустой корзиной погружают в бассейн с водой. ОЯТ загружают в эту корзину в то время, когда и корзина, и транспортировочный контейнер погружены в бассейн с водой. После заполнения отработавшим ядерным топливом корзину, по-прежнему находящуюся в воде, накрывают крышкой. Затем транспортировочный контейнер с этой корзиной извлекают из бассейна с водой. После извлечения из воды крышку приваривают к корпусу корзины, затем на транспортировочный контейнер устанавливают крышку этого контейнера. Далее из корзины удаляют воду и заполняют ее инертным газом. Затем транспортировочный контейнер (в котором находится заполненная корзина) перевозят в место, где установлен контейнер для хранения. Затем заполненную корзину перегружают из транспортировочного контейнера в контейнер для длительного хранения. Во время перегрузки заполненной корзины из транспортировочного контейнера в контейнер для хранения не разрешается открывать ее в окружающую среду.

Одним из типов контейнера для хранения является вентилируемый вертикальный контейнер (ВВК). ВВК представляет собой массивную конструкцию, изготовленную в основном из стали и бетона и применяемую для хранения корзины, заполненной отработавшим ядерным топливом. Традиционные ВВК стоят над поверхностью земли и имеют в типичном случае цилиндрическую форму и чрезвычайно большой вес, часто превышающий 150 тонн, и высоту более 4,9 метра. В типичном случае ВВК имеет плоское днище, цилиндрический корпус с полостью для приема корзины с ОЯТ и съемную верхнюю крышку.

Для хранения ОЯТ в ВВК корзину, заполненную ОЯТ, помещают в полость цилиндрического корпуса ВВК. Поскольку помещенное в ВВК для хранения ОЯТ продолжает выделять значительное количество тепла, необходимо, чтобы эта тепловая энергия могла выходить из полости ВВК. Эта тепловая энергия удаляется от наружной поверхности корзины посредством вентиляции полости ВВК. В процессе вентиляции полости ВВК прохладный воздух поступает внутрь камеры ВВК через нижние вентиляционные воздуховоды, проходит вверх мимо заполненной корзины, нагреваясь теплом, излучаемым корзиной, и выходит из ВВК через верхние вентиляционные воздуховоды нагретым до повышенной температуры. Для таких ВВК не требуется применять оборудование принудительной продувки воздуха через ВВК. Такие ВВК являются системами с пассивным охлаждением, поскольку они используют естественный поток воздуха, поднимающийся вверх по ВВК вследствие нагревания (что также известно под названием эффекта дымовой трубы).

Наряду с необходимостью вентилирования полости ВВК для удаления тепла из контейнера, от ВВК требуется также обеспечить адекватное экранирование радиоактивного излучения и обеспечить, чтобы ОЯТ не было напрямую открыто в окружающую среду. Впускной воздуховод, расположенный возле днища контейнера, является потенциально особо опасным источником возможного радиоактивного облучения для обслуживающего персонала и охраны, которым приходится проводить непродолжительное время вблизи этих воздуховодов для наблюдения за загруженными ВВК. Следовательно, когда типичный ВВК применяют для хранения корзины с ОЯТ в его внутренней полости, то эта корзина удерживается в полости таким образом, чтобы нижняя поверхность корзины находилась выше верхних краев впускных воздуховодов. Это часто осуществляется путем установки опорных блоков на полу этой полости. Расположение корзины выше верхних отверстий впускных воздуховодов устраняет линию прямой видимости корзины снаружи относительно этих впускных вентиляционных воздуховодов, тем самым устраняя опасность радиационного излучения из впускных вентиляционных воздуховодов наружу. Однако, как указывалось выше, расположение корзины в полости ВВК таким образом, чтобы нижняя поверхность корзины находилась выше верхних отверстий впускных воздуховодов, создает две проблемы: (1) потенциальную проблему охлаждения в условиях «аккуратного затопления»; и (2) увеличение высоты ВВК.

Подраздел К §72 Свода Федеральных Правил (10 C.F.R. §72) предусматривает «генеральную сертификацию» контейнеров для хранения ОЯТ. Ряд контейнеров прошли лицензирование Комиссии Ядерного Регулирования США («U.S.N.R.C.»), и их перечень приведен в подразделе L Свода Федеральных Правил (10 C.F.R. §72). Эти контейнеры прошли сертификацию на хранение целого класса ОЯТ (включая ОЯТ, полученное от реакторов с водой под давлением (РВД) или от реакторов кипящего типа (РКД)). К сожалению, реакторы используют топливо, имеющее разную длину. Например, реакторы РВД в настоящее время в США применяет топливо длиной не более 3,71 метра (например, АЭС «Форт Колхаун») и длиной до 5,03 метра (например, АЭС «Южный Техас»). Результатом сертификации контейнера от U.S.N.R.C. является генеральная лицензия на один или два фиксированных значения длины (моделей). Однако если конкретное ОЯТ не подходит к лицензированному контейнеру вследствие своей большой длины, то такой контейнер для него просто не может быть применен. Более того, если ОЯТ оказывается слишком коротким, то необходимо применять осевые прокладки для заполнения открытого пространства в ячейках хранения с целью ограничить возможность перемещения ОЯТ в осевом направлении. Следовательно, в большинстве корзин и контейнеров, применяемых для хранения ОЯТ на территории АЭС, имеется значительное свободное пространство в их ячейках. Такое положение является особенно нежелательным для ВВК, поскольку оно отрицательно сказывается на «рабочей» дозе облучения персонала станции и на стоимости (из-за физических модификаций, которые вынуждена выполнять станция), как будет указано ниже.

Во-первых, на дозу, получаемую работниками, выполняющими операции загрузки, непосредственно влияет количество экранирующего материала, приходящееся на единицу длины корпуса контейнера. Общее количество экранирующего материала, который можно установить на транспортировочный контейнер, определяется грузоподъемностью контейнерного крана на станции. Если длина транспортировочного контейнера будет превышать необходимое значение, то на единицу длины такого контейнера будет установлено меньше экранирования, а это, в свою очередь, приведет к увеличению дозы облучения работающих.

В случае применения ВВК часто существует вариант, когда ВВК загружают внутри грузового участка станции путем опрокидывания транспортировочного контейнера сверху в ВВК. Минимизация высоты корпуса ВВК является существенной для того, чтобы позволить вывезти ВВК из грузового участка станции (обычно, через подъемные ворота) после установки корзины в нем. В типичном случае такой загруженный ВВК провозят через подъемные ворота без крышки, а затем крышку устанавливают на него сразу же после того, как корпус ВВК выйдет из ворот. Следовательно, главной задачей при конструировании ВВК, предназначенного для хранения, является минимизация высоты корпуса ВВК.

В других вариантах сам транспортировочный контейнер вывозят наружу через ворота грузового участка и перевозят к котловану, где происходит перегрузка корзины в ВВК. В этом случае высота транспортировочного контейнера должна быть достаточно малой для того, чтобы пройти сквозь подъемные ворота станции, с тем, чтобы не пришлось укорачивать транспортировочный контейнер (или в альтернативном варианте - увеличивать высоту подъемных ворот). Укоротить транспортировочный контейнер не всегда возможно.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в одном аспекте представляет вентилируемый контейнер со специально сконструированными впускными воздуховодами, который позволяет корзину, заполненную ОЯТ (или другими высокорадиоактивными отходами), поместить внутри этого контейнера таким образом, чтобы нижний край корзины располагался ниже верхнего края отверстий впускных воздуховодов, в то же время не позволяя радиации проходить сквозь эти впускные воздуховоды. Этот аспект настоящего изобретения позволяет сконструировать контейнер с минимизированной высотой, поскольку нет необходимости поддерживать корзину в полости этого контейнера в положении над впускными воздуховодами. Следовательно, высоту полости этого контейнера можно сделать приблизительно равной высоте корзины с добавкой необходимых допусков для учета явлений теплового расширения и для обеспечения достаточного вентиляционного пространства над корзиной.

Если корзина удерживается внутри полости контейнера таким образом, что нижняя часть корзины находится ниже верхнего края отверстий впускных воздуховодов, то эта корзина будет защищена от перегрева в условиях «аккуратного затопления» благодаря тому, что существенная часть корзины будет погружена в воду прежде, чем будет блокировано поступление входящего потока воздуха из впускного воздуховода. Более того, конструкция и расположение впускных воздуховодов контейнера по настоящему изобретению обеспечивают отсутствие значительного влияния сильного ветра снаружи контейнера на поток охлаждающего воздуха внутри контейнера.

В одном варианте воплощения изобретения представлено устройство для транспортирования и/или хранения высокорадиоактивных отходов, содержащее: корпус контейнера, имеющий наружную поверхность и внутреннюю поверхность, образующую внутреннюю полость вокруг продольной оси; основание, закрывающее нижний край полости; множество впускных воздуховодов в нижней части корпуса контейнера, каждый из которых начинается отверстием в наружной поверхности корпуса контейнера и заканчивается отверстием во внутренней поверхности контейнера, образуя проточный канал для прохода наружной атмосферы к нижнему участку полости; столбчатую структуру, расположенную внутри каждого впускного воздуховода, при этом указанные столбчатые структуры делят каждый проточный канал впускных воздуховодов на первые и вторые каналы, соединяющиеся своими первыми и вторыми отверстиями, при этом для каждого впускного воздуховода отсутствует линия прямой видимости между отверстием во внутренней поверхности корпуса контейнера и отверстием в наружной поверхности корпуса контейнера; крышку, закрывающую верхний торец полости; множество выпускных воздуховодов, при этом каждый из этих выпускных воздуховодов образует проточный канал от верхней части полости до наружной атмосферы.

В другом варианте воплощения настоящее изобретение представляет устройство для транспортировки и/или хранения высокорадиоактивных отходов, содержащее: цилиндрический корпус, имеющий вертикальную ось, экранирующий излучение и образующий внутреннюю полость; основание, закрывающее нижний торец указанной полости; множество впускных воздуховодов в днище этого экранирующего корпуса, при этом каждый из впускных воздуховодов образует горизонтальный проточный канал от наружной атмосферы до нижней части полости; экранирующую структуру для защиты от излучения, расположенную внутри каждого впускного воздуховода и делящую указанный горизонтальный проточный канал впускного воздуховода, по меньшей мере, на первый и второй горизонтально примыкающие друг к другу участки и устраняющую линию прямой видимости между полостью и наружной атмосферой через впускной воздуховод; экранирующую излучение крышку, закрывающую верхний торец полости; и множество выпускных воздуховодов, каждый из которых образует проточный канал от верхней части полости до наружной атмосферы.

В другом аспекте настоящее изобретение представляет способ использования генеральной лицензии, полученной для двух отдельных вентилируемых вертикальных контейнеров, для изготовления третьего вентилируемого вертикального контейнера, на который будет распространяться указанная генеральная лицензия, не прибегая к подаче заявки на сертификацию этого третьего вентилируемого вертикального контейнера.

В одном варианте воплощения настоящее изобретение может представлять способ изготовления лицензированного вентилируемого вертикального контейнера, не прибегая к подаче заявки на его сертификацию, включающий: разработку первого вентилируемого вертикального контейнера, содержащего: первую полость для приема первой корзины, содержащей высокорадиоактивные отходы, при этом эта первая полость имеет первое горизонтальное сечение и первую высоту; первую вентиляционную систему для осуществления естественного конвекционного охлаждения первой корзины внутри первой полости, при этом первая вентиляционная система содержит первое множество впускных воздуховодов для впуска охлаждающего воздуха в нижнюю часть первой полости, а также первое множество выпускных воздуховодов для выпуска нагретого воздуха из верхней части первой полости; при этом первый вентилируемый вертикальный контейнер разрабатывается так, чтобы он был способен выдерживать инерционную нагрузку в случае постулируемого опрокидывания, обеспечивая целостность первой корзины внутри полости; разработку второго вентилируемого вертикального контейнера, содержащего: вторую полость для приема второй корзины, содержащей высокорадиоактивные отходы, при этом эта вторая полость имеет второе горизонтальное сечение, такое же, как и первое горизонтальное сечение, и вторую высоту, меньшую, чем первая высота; вторую вентиляционную систему для осуществления естественного конвекционного охлаждения второй корзины внутри второй полости, при этом вторая вентиляционная система содержит второе множество впускных воздуховодов для впуска охлаждающего воздуха в нижнюю часть второй полости, а также второе множество выпускных воздуховодов для выпуска нагретого воздуха из верхней части второй полости, при этом конфигурация второго множества впускных воздуховодов такая же, как у первого множества впускных воздуховодов, а конфигурация второго множества выпускных воздуховодов такая же, как у первого множества выпускных воздуховодов; при этом второй вентилируемый вертикальный контейнер разрабатывается так, чтобы он имел некоторую охлаждающую способность; получение лицензии от регулирующего органа на первый и второй вентилируемые вертикальные контейнеры; изготовление третьего вентилируемого вертикального контейнера, содержащего: третью полость для приема третьей корзины, содержащей высокорадиоактивные отходы, при этом эта третья полость имеет третье горизонтальное сечение такое же, как первое и второе горизонтальные сечения, и третью высоту, которая меньше первой высоты и больше второй высоты; третью вентиляционную систему для осуществления естественного конвекционного охлаждения третьей корзины внутри третьей полости, при этом третья вентиляционная система содержит третье множество впускных воздуховодов для впуска охлаждающего воздуха в нижнюю часть третьей полости, а также третье множество выпускных воздуховодов для выпуска нагретого воздуха из верхней части третьей полости, при этом конфигурация третьего множества впускных воздуховодов такая же, как у первого и второго множества впускных воздуховодов, а конфигурация третьего множества выпускных воздуховодов такая же, как у первого и второго множества выпускных воздуховодов; и при этом на третий вентилируемый вертикальный контейнер автоматически распространяется действие указанной лицензии, что не требует подачи новой заявки в регулирующий орган для сертификации.

В другом варианте воплощения настоящее изобретение может представлять собой способ изготовления лицензированного вентилируемого вертикального контейнера, не прибегая к подаче заявки на его сертификацию, включающий: разработку первого вентилируемого вертикального контейнера, содержащего первую полость для приема первой корзины, содержащей высокорадиоактивные отходы, и имеющего структурную конфигурацию, позволяющую выдерживать инерционную нагрузку в случае постулируемого опрокидывания контейнера, обеспечивая целостность первой корзины внутри полости, при этом первая полость имеет первую высоту, соответствующую высоте первой корзины; разработку конструкции второго вентилируемого вертикального контейнера, содержащего вторую полость для приема второй корзины, содержащей высокорадиоактивные отходы, а также входные и выходные воздуховоды, конфигурация которых обеспечивает естественное конвективное охлаждение второй корзины с некоторой охлаждающей способностью, при этом вторая полость имеет вторую высоту, соответствующую высоте второй корзины, и при этом первая высота больше второй высоты; получение лицензии от регулирующего органа на первый и второй вентилируемые вертикальные контейнеры; изготовление третьего вентилируемого вертикального контейнера, содержащего: третью полость для приема третьей корзины, содержащей высокорадиоактивные отходы, при этом эта третья полость имеет третью высоту, соответствующую высоте третьей корзины, и при этом третья высота меньше первой высоты и больше второй высоты; структурную конфигурацию такую же, как структурная конфигурация первого вентилируемого вертикального контейнера; а также впускные и выпускные воздуховоды, имеющие конфигурацию, позволяющую осуществлять естественное конвективное охлаждение третьей корзины, такую же, как конфигурация впускных и выпускных воздуховодов первого и второго вентилируемых вертикальных контейнеров, и при этом первая, вторая и третья полости имеют одинаковые горизонтальные поперечные сечения, и первая, вторая и третья корзины также имеют одинаковые горизонтальные поперечные сечения, и при этом на третий вентилируемый вертикальный контейнер автоматически распространяется действие указанной лицензии, что не требует подачи новой заявки в регулирующий орган для сертификации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 представлен вид сверху в перспективе ВВК по одному из вариантов воплощения настоящего изобретения.

На Фиг. 2 представлен вид сверху в перспективе ВВК по Фиг. 1 со снятой крышкой и с корзиной, частично загруженной внутрь ВВК, при этом часть ВВК и корзины показана вырезанной для иллюстрации внутреннего устройства.

На Фиг. 3 представлен вид сверху ВВК по Фиг. 1.

На Фиг. 4 представлен вид ВВК по Фиг. 1 в вертикальном разрезе, выполненном по линии Х-Х на Фиг. 3.

На Фиг. 5 крупным планом показан нижний левый участок по Фиг. 4 в разрезе по вертикальной плоскости, включающей центральную ось ВВК, представленный для подробной иллюстрации конструкции впускных воздуховодов.

На Фиг. 6 представлено горизонтальное поперечное сечение ВВК по Фиг. 1 в разрезе, выполненном по горизонтальной плоскости D-D по Фиг. 4.

На Фиг. 7 представлено горизонтальное поперечное сечение крышки ВВК по Фиг. 1.

На Фиг. 8 представлен вид ВВК по Фиг. 1 в вертикальном разрезе, с многофункциональной корзиной (МФК), установленной внутри полости ВВК, согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения.

На Фиг. 9 представлен горизонтальный разрез вида по Фиг. 6 с МФК, установленной внутри полости ВВК, согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения.

На Фиг. 10 представлен вид в перспективе с местным разрезом ВВК по Фиг. 1 с МФК, установленной внутри полости ВВК и со схематичной иллюстрацией естественного конвективного охлаждения МФК.

На Фиг. 11 представлен вид в перспективе с местным разрезом МФК по одному из вариантов воплощения настоящего изобретения со схематичной иллюстрацией термосифонной системы потока инертного газа внутри МФК.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Параллельное рассмотрение Фиг. 1-4 позволяет получить иллюстрацию вентилируемого вертикального контейнера (ВВК) 1000 по одному из вариантов воплощения настоящего изобретения. Этот ВВК 1000 представляет собой вертикальную вентилируемую сухую систему хранения ОЯТ, полностью совместимую со 100-тонными и 125-тонными транспортировочными контейнерами для операций перемещения корзин с отработавшим топливом. Очевидно, что конструкцию ВВК 1000 можно модифицировать и/или разрабатывать таким образом, чтобы он был совместимым с транспортировочным контейнером любого размера или стиля. Более того, хотя здесь рассматривается ВВК 1000, применяемый для хранения ОЯТ, однако, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается этим и что в определенных ситуациях такой ВВК можно применять для транспортировки ОЯТ, по необходимости, из одного местоположения в другое. Более того, ВВК 1000 можно применять в сочетании с любым другим типом высокорадиоактивных отходов.

Конструкция ВВК 1000 разработана для приема корзины с целью хранения в независимом хранилище отработавшего ядерного топлива (ХОЯТ). В таком ВВК 1000 можно хранить все типы корзин, разработанных для сухого хранения ОЯТ. Пригодные корзины включают многофункциональные корзины (МФК) и, в некоторых случаях, могут включать теплопроводящие контейнеры, герметично запечатываемые для сухого хранения высокорадиоактивных отходов. В типичном случае такие корзины содержат сотовую структуру 250 или другую конструкцию, способную вместить множество стержней ОЯТ с пространственными промежутками между ними. Пример МФК, которая особенно подходит для хранения в ВВК 1000, показан в патенте США № 5898747, выданном 27 апреля 1999 г. Кришне Сингху и включенном сюда в полном объеме путем ссылки.

ВВК 1000 содержит две основные части: (1) двустенный цилиндрический корпус 100 контейнера, содержащий комплект впускных воздуховодов 150, на своем нижнем краю или вблизи него, а также наглухо приваренную плиту основания 130; и (2) съемную верхнюю крышку 500, оснащенную расположенными с радиальной симметрией выпускными воздуховодами 550. Корпус 100 контейнера образует внутреннюю цилиндрическую полость 10 для хранения, имеющую достаточно большие высоту и диаметр для того, чтобы в ней полностью помещалась МФК 200. Как будет подробнее описано ниже, ВВК 1000 сконструирован таким образом, чтобы высота внутренней полости 10 была минимизирована и соответствовала высоте МФК 200, для хранения которой эта полость предназначена. Более того, предпочтительно, чтобы полость 10 имела горизонтальное сечение (т.е. в поперечном направлении по отношению к оси А-А) такого размера, который бы позволял поместить только одну МФК 200.

Корпус 100 контейнера начинается от нижнего торца 101 и заканчивается верхним торцом 102. Плита основания 130 соединяется с нижним торцом 101 корпуса 100 контейнера таким образом, чтобы она закрывала нижний торец полости 10. К верхнему торцу 102 корпуса 100 контейнера присоединяют кольцеобразную пластину 140. Эта пластина 140 имеет форму кольца, в то время как плита основания 130 представляет собой толстую твердую плиту в форме диска. Плита основания 130 герметично запирает нижний торец 101 корпуса 100 контейнера (и полости для хранения 10) и образует пол в полости для хранения 10. При желании на внутреннюю поверхность 121 внутренней оболочки 120 и на верхнюю поверхность 131 плиты основания 130 можно приварить радиальные накладки 112 в виде пластин. В этом варианте воплощения настоящего изобретения если МФК 200 полностью загрузить в полость 10, то эта МФК 200 будет стоять на накладках 112. Верхние грани накладок 112 направлены клиновидно вниз по направлению к вертикальной центральной оси А-А. Таким образом, в процессе загрузки МФК 200 эти накладки 112 направляют движение МФК 200 и помогают установить ее в положение коаксиального совмещения с центральной осью А-А ВВК 1000. В некоторых вариантах воплощения изобретения МФК 200 может устанавливаться не на накладки 112, а непосредственно на верхнюю поверхность 131 плиты основания 130. В таком варианте воплощения изобретения накладки 112 могут все равно присутствовать, выполняя функции не только направляющих для установки МФК 200 в надлежащее положение внутри полости 10 в процессе ее загрузки, но и функции прокладок, удерживающих МФК 200 в надлежащем положении внутри полости 10 в процессе хранения.

В силу своей геометрии корпус 100 контейнера представляет собой крепкую толстостенную цилиндрическую емкость. Основная конструктивная функция корпуса контейнера обеспечивается его компонентами из углеродистой стали, в то время как основную функцию экранирования радиоактивного излучения выполняет кольцо из неармированной бетонной массы 115. Это кольцо из неармированной бетонной массы 115 в корпусе 100 контейнера заключено в оболочку из концентрично расположенных цилиндрических стальных оболочек 110, 120, толстой стальной плиты основания 130 и верхней стальной кольцевой пластины 140. Набор из четырех равноудаленных стальных радиальных соединительных пластин 111, прикрепленных к внутренней и наружной оболочкам 110, 120, скрепляет эти оболочки между собой, тем самым определяя фиксированную ширину кольцеобразного пространства между этими внутренней и наружной оболочками 120, 110, в которое заливают неармированную бетонную массу 115.

Характеристики этой неармированной бетонной массы 115 между внутренней и наружной оболочками 110, 120 позволяют обеспечить данному ВВК 1000 необходимые экранирующие свойства (объемную массу в сухом состоянии) и прочность на сжатие. Основной функцией бетонной массы 115 является обеспечение экранирования для защиты от гамма-излучения и нейтронного излучения. Однако эта бетонная масса 115 также помогает улучшить функционирование ВВК 1000 и в других отношениях. Например, большая масса бетона 115 наделяет ВВК 1000 большой тепловой инерцией, обеспечивая умеренное возрастание температуры ВВК 1000 в гипотетической ситуации, когда все вентиляционные каналы 150, 550 окажутся заблокированными. Случай постулируемого пожара на ХОЯТ является другим примером того, как высокая термическая инертность бетонной массы 115 ВВК 1000 обеспечивает контроль температуры МФК 200. Хотя кольцеобразная бетонная масса 115 в корпусе 100 контейнера не является его конструктивным элементом, однако она играет роль упругого/пластического наполнителя пространства между оболочками.

На верхней части корпуса 100 контейнера также установлены четыре стальных анкерных блока с резьбой (не показаны), предназначенных для подъема контейнера. Эти анкерные блоки наглухо приварены к радиальным пластинам 111, соединяющим между собой внутреннюю и наружную оболочки 120, 110. Эти четыре анкерных блока расположены сверху на корпусе 100 контейнера по окружности через 90°.

Хотя показанный цилиндрический корпус 100 имеет в целом круговое горизонтальное сечение, однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Применительно к данному описанию термин «цилиндрический» включает все типы призматической трубчатой конструкции, образующей внутреннюю полость. Поэтому корпус контейнера может иметь прямоугольное, круговое, треугольное, неправильное или иное многоугольное горизонтальное поперечное сечение. Кроме того, термин «концентрический» включает и расположения, не являющиеся коаксиальными, а термин «кольцевой» или «кольцеобразный» включает и переменную ширину.

Корпус 100 контейнера содержит множество впускных вентиляционных воздуховодов 150 особой конструкции. Впускные вентиляционные воздуховоды 150 располагаются в нижней части корпуса 100 контейнера и позволяют прохладному воздуху проходить внутрь ВВК 1000. Впускные вентиляционные воздуховоды 150 располагаются с промежутками между ними радиально-симметрично по окружности корпуса 100 контейнера. Конструкция, расположение и функции впускных вентиляционных воздуховодов 150 будут подробно описаны ниже при описании Фиг. 4-6 и 10.

Параллельное обращение к Фиг. 1-4 и 7, позволяет рассмотреть крышку 500 контейнера, представляющую собой сварную конструкцию из стальных пластин 510, заполненную массой из неармированного бетона 515, обеспечивающую ослабление нейтронного и гамма-излучения, минимизируя рассеянное излучение в атмосфере. Крышку 500 прикрепляют к верхнему торцу 101 корпуса 100 контейнера с помощью множества болтов 501, проходящих сквозь крепежные отверстия 502, выполненные во фланце 503 крышки. Когда крышка 500 прикреплена к корпусу 100 контейнера, то контакт поверхностей крышки 500 и корпуса 100 контейнера образует поверхность контакта крышка-корпус. Предпочтительно, чтобы крышка 500 крепилась не наглухо к корпусу 100 и закрывала верхний торец полости хранения 10, образованной корпусом 100 контейнера.

Верхняя крышка 500 также содержит радиальную кольцевую пластину 505, приваренную к нижней поверхности 504 крышки 500 и обеспечивающую дополнительное экранирование фотонов, излучаемых из МФК 200 в поперечном направлении, а также/или кольцевой зазор 50 (наиболее отчетливо показанный на Фиг. 9), образованный между наружной поверхностью 201 МФК 200 и внутренней поверхностью 121 внутренней оболочки 120. Кольцевая пластина 505 также помогает установить крышку 500 в надлежащее положение коаксиального совмещения относительно оси А-А данного ВВК 1000 посредством ее взаимодействия с кольцевой пластиной 140. Если крышка 500 прикреплена к корпусу 100 контейнера, то наружная кромка кольцевой пластины 505 крышки 500 упирается во внутреннюю кромку кольцевой пластины 140 корпуса 100 контейнера. Третья функция радиального кольца 505 состоит в том, чтобы предотвращать соскальзывание крышки 500 с верхней поверхности корпуса 100 контейнера в случае постулируемого опрокидывания, считающегося нештатной ситуацией для ВВК 1000.

Как указано выше, крышка 500 содержит множество выпускных вентиляционных воздуховодов 550, позволяющих нагретому воздуху из полости 10 выходить наружу ВВК 1000. Эти выходные воздуховоды 550 образуют проточные каналы в крышке 500, начинающиеся отверстиями 551 в нижней поверхности 504 крышки 500 и заканчивающиеся отверстиями 552 в боковой поверхности 506 крышки 500. Хотя в представленном варианте воплощения изобретения выпускные воздуховоды 550 образуют проточные каналы в форме литеры L, однако можно выбрать и другую извилистую или изогнутую форму канала при условии, чтобы не было линии прямой видимости снаружи ВВК 1000 внутрь полости 10 через эти выпускные воздуховоды 550. Выпускные вентиляционные воздуховоды 550 располагают радиально-симметрично по окружности крышки 500 с промежутками между ними. Выпускные вентиляционные воздуховоды 550 заканчиваются отверстиями 552, уменьшенными по высоте, но аксиально-симметричными по окружности. Уменьшенные вертикальные размеры выпускных воздуховодов 550 позволяют эффективно блокировать утечку радиации. Следует заметить, что, хотя в представленном варианте воплощения изобретения предпочтительно, чтобы выпускные воздуховоды 550 располагались в крышке 500, однако, в альтернативных вариантах воплощения изобретения эти выпускные воздуховоды 550 можно расположить в корпусе 100 контейнера, например, в его верхней части.

Как видно из Фиг. 10, функция впускных вентиляционных воздуховодов 150 и выпускных вентиляционных воздуховодов 550 состоит в осуществлении пассивного охлаждения МФК 200, помещенной внутрь полости 10 ВВК 1000, путем естественной конвекции/вентиляции. На Фиг. 10 прохождение потока воздуха показано жирными черными стрелками 3, 5, 7. В таком ВВК 1000 нет оборудования для принудительного охлаждения, например нагнетательных вентиляторов и замкнутых систем охлаждения. Вместо этого в ВВК 1000 используется природное явление подъема теплого воздуха, т.е. эффект дымовой трубы, позволяющее осуществить требуемую циркуляцию воздуха вокруг МФК 200, хранящейся в полости 10. Конкретнее, поток воздуха 5 (нагретого теплом от МФК 200) из кольцевого пространства 50, образованного между внутренней поверхностью 121 корпуса 100 контейнера и наружной поверхностью 201 хранящейся МФК 200, поднимаясь вверх, втягивает прохладный воздух 3 из окружающей среды в полость 10 через впускные воздуховоды 150 за счет создания сифонного эффекта во впускных вентиляционных воздуховодах 150. Поднимающийся теплый воздух 5 выходит из выпускных воздуховодов 550 как нагретый воздух 7. Интенсивность воздушного потока через ВВК 1000 определяется количеством тепла, выделяемого в МФК 200 - чем интенсивнее вырабатывается тепло, тем больше будет интенсивность потока воздуха.

Для того чтобы сделать максимальным охлаждающее воздействие, оказываемое потоком воздуха 3, 5, 7 на МФК 200 внутри ВВК 1000, гидравлическое сопротивление на пути воздушного потока делают как можно меньшим. В итоговом варианте ВВК 1000 содержит восемь впускных воздуховодов 150 (показаны на Фиг. 6). Очевидно, что по желанию можно использовать меньшее или большее количество впускных воздуховодов 150. В одном из предпочтительных вариантов воплощения изобретения используются, по меньшей мере, шесть впускных воздуховодов 150. Каждый из впускных воздуховодов 150 является узким и высоким и имеет внутренний преломляющий контур (показанный на Фиг. 6) для того, чтобы минимизировать поток радиации, в то же время оптимизируя размер проточных каналов для прохождения воздуха. Криволинейная форма впускных воздуховодов 150 также помогает минимизировать потери гидравлического давления. Более подробно конструкция впускных воздуховодов 150 будет описана при рассмотрении Фиг. 4-6.

Рассматривая снова параллельно Фиг. 1-4 и 7, следует отметить, что для уменьшения количества радиоактивного излучения, рассеиваемого в окружающую среду, во впускные и/или выпускные воздуховоды 150, 550 можно установить набор аттенюаторов фотонного излучения (АФИ). Пример АФИ, пригодного для применения, раскрыт в патенте США № 6519307, включенном сюда в полном объеме путем ссылки. Такие АФИ рассеивают любое излучение, проходящее по воздуховодам 150, 550, тем самым значительно снижая локальные уровни радиации вокруг воздуховодов 150, 550. Эти АФИ имеют конфигурацию, которая позволяет минимизировать увеличение сопротивления потоку воздуха во впускных воздуховодах 150 и выпускных воздуховодах 550.

Впускные воздуховоды 150 позволяют устанавливать МФК 200 непосредственно на поверхность 131 плиты основания 130 ВВК 1000, если нужно, тем самым позволяя минимизировать общую высоту полости 10, требуемую для размещения МФК 200. Естественно, что и высота корпуса 100 контейнера также минимизируется. Минимизация высоты корпуса 100 контейнера является важной характеристикой конструкции, соответствующей принципам оптимизации уровней облучения (концепции ALARA) для тех станций, у которых выездные подъемные ворота на топливных складах имеют малую высоту. Ввиду этого высоту полости 10 для хранения в ВВК 1000 устанавливают равной высоте МФК 200, к которой добавляют фиксированное значение для учета теплового расширения и для обеспечения достаточно большого пространства для вентиляции над МФК 200, как указано ниже в Таблице 1.

ТАБЛИЦА 1
ОПТИМИЗИРОВАННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВЫСОТЫ МФК, ТРАНСПОРТИРОВОЧНОГО
КОНТЕЙНЕРА И ВВК ДЛЯ ЗАДАННОЙ ДЛИНЫ, l НЕОБЛУЧЕННОГО ТОПЛИВА Высота полости МФК, c l+∆¹ Высота МФК (включая верхнюю крышку), h c+29,85 см Высота полости ВВК H+8,89 см Высота корпуса контейнера (высота корпуса контейнера от нижнего торца до верхнего торца) H+1,27 см Высота полости транспортировочного контейнера h+2,54 см Высота транспортировочного контейнера (загружаемого через площадку) h+68,58 см Полная высота транспортировочного контейнера H+16,51 см ^1. Значение ∆ следует выбирать, исходя из условия 4 см<∆<5 см, таким образом значение (c) представляет собой целое число сантиметров (нужно добавить 4 см к полной длине топливного элемента и округлить до ближайшего целого числа сантиметров)

Как видно из Таблицы 1, первый этап решения задачи минимизации высоты состоит в минимизации высоты МФК 200. Высоту (с) полости МФК устанавливают индивидуально для каждой станции (исходя из ее топлива) таким образом, чтобы ненужного (лишнего) пространства не было.

МФК 200 можно ставить непосредственно на плиту основания 130 таким образом, чтобы нижняя часть МФК 200 находилась на одном уровне с впускными воздуховодами 150, поскольку радиация, излучаемая из МФК 200, не имеет возможности выходить через впускные воздуховоды 150 вследствие того, что: (1) впускные воздуховоды 150 имеют малую ширину и закругленную форму, позволяющую окружать столбчатую структуру 155, изготовленную из стального сплава или стали (или из комбинации стали и бетона); (2) впускные воздуховоды 150 имеют такую конфигурацию, которая устраняет линию прямой видимости от внутренности полости 10 наружу в окружающую среду; и (3) на пути любой радиации, излучаемой МФК 200, имеется достаточное количество стали и/или бетона для того, чтобы снизить ее энергию до приемлемых уровней. Столбчатая структура 155 имеет цилиндрическую форму, наделяющую ее свойством внутреннего отражения, но она может также иметь прямоугольное, эллиптическое или другое призматическое сечение, позволяющее наделить ее указанными выше свойствами. Поскольку проблема радиоактивного излучения во впускных воздуховодах 150 решена, есть возможность располагать верх 102 корпуса 100 контейнера всего лишь на 1,27 см выше верхней поверхности 202 МФК 200. В представленной выше Таблице 1 поданы типичные размеры в качестве примеров, которыми, однако, настоящее изобретение не ограничивается.

Наконец согласно Фиг. 4 для того, чтобы защитить бетонную массу 115 ВВК 1000 от излишнего повышения температуры, вызванного излучением тепла от МФК 200, можно концентрично к внутренней оболочке 120 поместить тонкую цилиндрическую прокладку 160 из изолирующего материала. Диаметр этой изолирующей прокладки 160 немного меньше диаметра внутренней оболочки 120. Эта прокладка играет роль «теплового щита» и может крепиться к верхним амортизаторам 165 или непосредственно к внутренней оболочке 120 или к другой конструкции. Этот изолирующий слой 140 может быть изготовлен (без ограничений) из силикатной огнеупорной глины с двуокисью алюминия (Kaowool Blanket) из оксидов алюминия и кремния (Kaowool S Blanket), из волокна в составе оксид алюминия - двуокись кремния - двуокись циркония (Cerablanket), и оксид алюминия - двуокись кремния - оксид хрома (Cerachrome Blanket). Нижняя внутренняя сторона крышки 500 контейнера по желанию также может включать прокладку из изолирующего материала.

Верхние противоударные амортизаторы 165 прикреплены к внутренней поверхности 121 внутренней оболочки 120 и располагаются по окружности верхнего края полости 10 или вблизи него с промежутками между ними. Аналогичным образом нижние амортизаторы 166 прикрепляются к внутренней поверхности 121 внутренней оболочки 120, располагаясь по окружности нижнего края полости 10 или вблизи него с промежутками между ними. Конструкция верхних и нижних амортизаторов 165, 166 позволяет им поглощать кинетическую энергию с целью защиты МФК 200 в случае удара (например, в нештатной ситуации опрокидывания контейнера). В представленном варианте воплощения изобретения верхние и нижние амортизаторы 165, 166 представляют собой полые трубчатые структуры, но по желанию могут быть и слоистыми структурами. Эти амортизаторы 165, 166 установлены в прогнозируемых местах соударения корпуса ВВК 1000 с крышкой 210 и с днищем 220 корзины МФК 200 в случае опрокидывания ВВК 1000. Эти амортизаторы 165, 166 представляют собой тонкие стальные элементы, подобранные с такими размерами, чтобы служить для ослабления удара, прогибаясь (или сплющиваясь) в случае прижатия к прочной крышке 210 МФК и к прочному днищу 220 МФК при ударе (например, в нештатной ситуации с опрокидыванием контейнера).

Рассматривая параллельно Фиг. 4-6, можно подробно описать впускные воздуховоды 150. В целом каждый из этих впускных воздуховодов 150 начинается отверстием 151 в наружной поверхности 112 корпуса 100 контейнера (которая в представленном варианте воплощения также является наружной поверхностью наружной оболочки 110) и заканчивается отверстием 152 во внутренней поверхности 121 корпуса 100 контейнера (которая в представленном варианте воплощения также является внутренней поверхностью внутренней оболочки 120). Каждый из впускных воздуховодов 150 образует проточный канал 153 от атмосферы, находящейся снаружи ВВК 1000, до нижней части полости 10, благодаря чему прохладный воздух может поступать в полость 10.

Внутри каждого из впускных воздуховодов 150 располагается столбчатая структура 155. Каждая из этих столбчатых структур 155 вытянута вдоль своей продольной оси В-В. В представленном варианте воплощения изобретения эти продольные оси В-В столбчатых структур 155 практически параллельны центральной вертикальной оси А-А контейнера ВВК 1000. В другом варианте продольные оси В-В могут располагаться в направлении действия нагрузки на корпус 100 контейнера. Очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается только этими вариантами, и продольные оси В-В столбчатых структур 155 могут ориентироваться и по-другому, если это нужно.

Столбчатые структуры 155 образованы комбинацией стальных пластин 156, 157 и бетона 115. Пластины 157 имеют цилиндрическую форму и служат наружной оболочкой по окружности столбчатых структур 155. Пластины 156 представляют собой плоские пластины, толщина которых больше, чем у пластин 157, и располагаются по диаметру внутри столбчатых структур 155, то есть вдоль осей В-В. Пластины 156 наделяют столбчатые структуры 155 необходимой конструктивной прочностью (подобно арматуре), а также дают столбчатым структурам 155 дополнительное экранирование гамма-излучения. Поперечное сечение столбчатых структур 155 имеет круглую форму. Однако настоящее изобретение не ограничивается только этой формой, и поперечное сечение столбчатых структур 155 может иметь любую призматическую форму.

Столбчатые структуры 155 делят каждый из проточных каналов 153 впускных воздуховодов 150 на первый канал 153А и второй канал 153В. В каждом впускном воздуховоде 150 эти первый и второй каналы 153А, 153В сливаются в один в местах образования отверстий 151, 152, в результате чего эта пара каналов совместно окружает всю окружность наружной поверхности столбчатой структуры 155. Другими словами, первый и второй каналы 153А, 153В каждого впускного воздуховода 150 совместно окружают по периметру столбчатых структур 155 продольные оси В-В этих структур, тем самым образуя круговой (или иной призматический) проточный канал, заключенный внутри стенок корпуса 100 контейнера.

Важной особенностью каждого впускного воздуховода 150 является отсутствие линии прямой видимости между отверстием 152 во внутренней поверхности 121 корпуса 100 контейнера и отверстием 151 в наружной поверхности 112 корпуса 100 контейнера. Это обусловлено тем, что столбчатые структуры 155 блокируют такую линию прямой видимости и обеспечивают требуемое экранирование радиационного излучения, тем самым предотвращая прохождение радиационного излучения в окружающую среду через впускные воздуховоды 150. Поэтому МФК 200 можно устанавливать в полость 10 таким образом, чтобы она была горизонтально и вертикально совмещена по линии с впускными воздуховодами 150, и при этом радиационное излучение не будет проникать в окружающую среду (см. Фиг. 8-9). Концепцию этого можно изложить таким образом, что для каждого впускного воздуховода 150 отверстие 152 во внутренней поверхности 121 корпуса 100 контейнера совмещается с отверстием 151 наружной поверхности 112 корпуса 100 контейнера таким образом, что (i) первая секущая плоскость D-D, перпендикулярная продольной оси А-А корпуса 100 контейнера, пересекает как отверстие 152 во внутренней поверхности 121 корпуса 100 контейнера, так и отверстие 151 в наружной поверхности 112 корпуса 100 контейнера; и (ii) вторая секущая плоскость С-С, параллельная продольной оси А-А корпуса 100 контейнера и включающая ее, пересекает как отверстие 152 во внутренней поверхности 121 корпуса 100 контейнера, так и отверстие 151 в наружной поверхности 112 корпуса 100 контейнера. Если МФК 200 установлена в полости 10, как показано на Фиг. 8-9, то эту МФК 200 также пересекают указанные секущие плоскости С-С и D-D.

Впускные вентиляционные воздуховоды 150 (а следовательно, и первые и вторые каналы 153А, В) имеют стальную облицовку. Стальная облицовка каждого впускного воздуховода 160 включает цилиндрическую пластину 157 столбчатой структуры 155, стенки в виде двух дугообразных пластин 158, верхнюю стенку, образованную кольцевой пластиной 159, и пластину основания 130. Все соединения этих пластин между собой могут быть сварными. Как показано наиболее отчетливо на Фиг. 5 и 6, ширина первого и второго каналов 153А, В определяется зазором, образованным между цилиндрической пластиной 157 столбчатой структуры 155 и двумя дугообразными пластинами 158. Желательно, чтобы цилиндрическая пластина 157 столбчатой структуры 155 и две дугообразные пластины 158 располагались концентрично и с одинаковым удалением друг от друга, в результате чего первый и второй каналы 153А, В имели бы постоянную ширину. Наиболее предпочтительно, чтобы первый и второй каналы 153А, В были изогнутыми в форме, позволяющей добиться снижения потерь гидравлического давления. И наконец, желательно также, чтобы высота впускных воздуховодов 150 превышала их ширину, по меньшей мере, в три раза.

Параллельное рассмотрение Фиг. 8-11 дает возможность обсудить преимущества в вопросах хранения МФК 200, достигаемые благодаря особой конструкции впускных воздуховодов 150. В течение периода хранения в ВВК 1000 МФК 200 располагается внутри полости 10. Между наружной поверхностью 201 МФК 200 и внутренней поверхностью 121 корпуса 100 контейнера образован кольцеобразный зазор 50. Этот кольцеобразный зазор 50 образует проточный канал вдоль наружной поверхности 201 МФК 200, посредством которого впускные воздуховоды 150 соединяются с выпускными воздуховодами 550, в результате чего прохладный воздух 3 может поступать в ВВК 1000 через впускные воздуховоды 150, нагреваться внутри кольцеобразного зазора 50, становясь теплым воздухом 5, который поднимается внутри кольцеобразного зазора 50 и выходит из ВВК 1000 через выпускные воздуховоды 550.

МФК 200 поддерживается внутри полости 10 таким образом, что нижняя поверхность МФК 200 стоит непосредственно на верхней поверхности 131 плиты основания 130. Это стало возможным благодаря тому, что впускные воздуховоды 150 имеют форму, не позволяющую радиационному излучению проходить сквозь них вследствие отсутствия линии прямой видимости от полости 10 через впускные воздуховоды 150 в атмосферу снаружи ВВК 1000. Следовательно, полость 10 (а значит, и корпус 100 контейнера) можно сделать максимально короткой и практически соответствующей высоте МФК 200, как описано ранее по отношению к Таблице 1.

Кроме того, такое расположение МФК 200 в полости 10, когда нижняя поверхность МФК 200 находится ниже верхнего края отверстия 152 впускного воздуховода 150, обеспечивает адекватное охлаждение МФК 200 в условиях «аккуратного затопления». «Аккуратным затоплением» является такое, при котором полость 10 затоплена таким образом, что уровень воды имеет как раз такую высоту, чтобы полностью блокировать прохождение воздуха через впускные воздуховоды 150. Другими словами, уровень воды располагается как раз вровень с верхним краем отверстий 152 впускных воздуховодов 150. Поскольку нижняя поверхность МФК 200 расположена ниже верхнего края отверстий 152 впускных воздуховодов 150, то в таких условиях «аккуратного затопления» днище МФК 200 будет находиться в контакте с водой (т.е. будет погружено в воду). Поскольку отвод тепла водой эффективнее отвода тепла воздухом более чем в 100 раз, то мокрое днище - это все, что требуется для того, чтобы эффективно отводить тепло и поддерживать МБФ 200 в охлажденном состоянии. Система охлаждения МФК эффективно переходит от вентиляции прохладным воздухом на испарительное водяное охлаждение. Кроме того, как показано на Фиг. 11, МФК 200 особенно хорошо приспособлена для охлаждения «аккуратным затоплением», поскольку конструкция МФК 200 позволяет создать внутреннюю естественную циркуляцию охлаждающего агента. Следовательно, в условиях «аккуратного затопления» МФК 200 циркуляция газа, находящегося внутри корзины, будет осуществляться таким образом, что горячий газ будет подниматься к верхней части МФК, откуда тепло может эффективно отводиться.

Как указывалось выше, конструкция ВВК 1000 позволяет изготовить ВВК 1000 таким образом, чтобы минимизировать (насколько возможно для размещения МФК 200) высоту полости 10 (а следовательно, и всего ВВК 1000), которая, в свою очередь, будет соответствовать длине подлежащих хранению в ней элементов ОЯТ. Также было обнаружено, что поскольку не требуется располагать МФК 200 выше впускных воздуховодов 150, то одну и ту же конфигурацию впускных воздуховодов 150 можно применять для любого ВВК 1000, независимо от высоты помещаемой в нем МФК 200. Кроме того, было также обнаружено, что если значения наружного горизонтального сечения МФК 200 и внутреннего горизонтального сечения ВВК 1000 сохранять постоянными, то можно изготовлять ВВК 1000 переменной высоты подпадающие под действие единственной лицензии Комиссии Ядерного Регулирования (N. R. C.) (или другого регулирующего органа), что не требует получения новой лицензии при условии, что на более высокие и более низкие версии ВВК 1000 лицензии уже выданы.

Лицензирование более низкого ВВК 1000 необходимо потому, что чем ниже ВВК 1000, тем меньше становится эффективность отвода тепла естественной вентиляционной системой этого ВВК. Это вызвано тем, что вследствие уменьшения высоты МФК 200 уменьшается интенсивность потока воздуха внутри кольцеобразного зазора 50, тем самым ослабляя вентиляцию данной МФК 200. Лицензирование более высокого ВВК 1000 необходимо потому, что чем выше ВВК 1000, тем уязвимее он становится для инерциальной нагрузки, возникающей в результате постулируемой нештатной ситуации опрокидывания контейнера, способной нарушить целостность МФК 200 внутри полости 10. Проще говоря, при условии тождественности вентиляционной системы более высоких и более низких ВВК можно сказать, что если более низкий ВВК удовлетворяет требованиям по отводу тепла, то можно предположить, что все ВВК большей высоты также будут удовлетворять этим требованиям по отводу тепла. Аналогично, при условии тождественности структурных конфигураций более высоких и более низких ВВК можно сказать, что если более высокий ВВК способен выдержать инерционную нагрузку, возникающую в случае постулируемой нештатной ситуации опрокидывания контейнера, и сохранить целостность МФК внутри своей полости, то можно предположить, что все более низкие ВВК также смогут выдержать инерционную нагрузку, возникающую в случае постулируемой нештатной ситуации опрокидывания контейнера, и сохранить целостность МФК внутри своей полости. Применительно к настоящему описанию структурные конфигурации двух ВВК можно считать тождественными, если структурные компоненты и их расположение остаются одинаковыми, за исключением высоты оболочек 110, 120 и, возможно, диаметра наружной оболочки 110.

Таким образом, в одном варианте воплощения настоящее изобретение представляет способ разработки вариантов ВВК 1000, при котором его высота может быть переменной и превышает длину топливных элементов конкретной станции на определенную фиксированную величину. Следовательно, по одной лицензии Комиссии Ядерного Регулирования США (U.S.N.R.C.) можно изготовлять ВВК 1000 различной высоты, пригодные для хранения ОЯТ, с оптимизированной конфигурацией на всех атомных электростанциях в мире. Далее будет описан вариант воплощения настоящего изобретения, соответствующий описанному выше ВВК 1000 с добавлением индексов «А-С», предназначенных для обозначения соответственно высокой версии ВВК 1000А, низкой версии ВВК 1000В и промежуточной версии ВВК 1000С.

Согласно одному из вариантов воплощения настоящего изобретения разработан ВВК 1000А, имеющий первую полость 10А для приема первой МФК 200А, наполненной высокорадиоактивными отходами. Структурная конфигурация этого ВВК 1000 позволяет выдержать инерциальную нагрузку, возникающую в случае постулируемой нештатной ситуации опрокидывания ВВК 1000А, и сохранить целостность МФК 200А внутри своей полости. Первая полость 10А имеет первую высоту H1, соответствующую высоте первой МФК 200А, как описано выше по отношению к Таблице 1.

Затем был разработан второй ВВК 1000В, имеющий вторую полость 10В для приема второй МФК 200В, заполненной высокорадиоактивными отходами. Второй ВВК 1000В содержит впускные и выпускные воздуховоды 150В, 550В, конфигурация которых позволяет осуществлять естественное конвективное охлаждение второй МФК 200 с требуемым значением охлаждающей способности. Вторая полость 10В имеет вторую высоту H2, соответствующую высоте второй МФК 200В, как описано выше по отношению к Таблице 1. Первая высота H1 больше второй высоты H2.

Затем конструкции первого и второго ВВК 1000А, 1000В подают для лицензирования в соответствующий регулирующий орган, например в Комиссию Ядерного Регулирования США (U.S.N.R.C.). Получают лицензию от регулирующего органа на первый и второй ВВК 1000А, 1000В.

После получения этих лицензий изготовляют третий ВВК 1000С, содержащий третью полость 10С для приема третьей МФК 200С, заполненной высокорадиоактивными отходами. Эта третья полость 10С имеет третью высоту H3, соответствующую высоте этой третьей МФК 200С, как описано выше по отношению к Таблице 1. Эта третья высота H3 больше второй высоты H2 и меньше первой высоты H1. Структурная конфигурация ВВК 1000С такая же, как у первого ВВК 1000А, а конфигурация его впускных и выпускных воздуховодов 150С, 550С для осуществления естественного конвективного охлаждения третьей МФК 200С такая же, как конфигурация впускных и выпускных воздуховодов 150В, 550В второго ВВК 1000В. Первая, вторая и третья полости 10А, 10В, 10С имеют одинаковое горизонтальное поперечное сечение, кроме того, первая, вторая и третья МФК 200А, 200В, 200С также имеют одинаковое наружное горизонтальное поперечное сечение.

Таким образом, на третий ВВК 1000С автоматически распространяется действие лицензии, выданной на ВВК 1000А и ВВК 1000В, что не требует подачи новой заявки для сертификации в регулирующий орган.

В представленном выше примере более высокий ВВК 1000А можно также разработать таким, чтобы он включал конфигурацию впускных и выпускных воздуховодов 150А, 550А, позволяющую осуществлять конвективное естественное охлаждение второй МФК 200В с требуемым значением охлаждающей способности. Конфигурация впускных и выпускных воздуховодов 150А, 550А может быть такой же, как конфигурация впускных и выпускных воздуховодов 150В, 550В более низкого ВВК 1000В. Аналогично, более низкий ВВК 1000В также можно разработать так, чтобы он включал структурную конфигурацию, позволяющую выдерживать инерциальную нагрузку, возникающую в случае постулируемой нештатной ситуации опрокидывания ВВК 1000В, и сохранить целостность МФК 200В внутри своей полости 10В. Структурная конфигурация ВВК 1000В может быть такой же, как и структурная конфигурация ВВК 1000А.

Настоящее изобретение описано на примерах конкретных представленных вариантов, включая предпочтительные в настоящее время варианты воплощения настоящего изобретения, однако квалифицированные специалисты в данной области смогут оценить возможность многочисленных вариаций и перестановок описанных выше систем и средств. Следует понимать, что можно применять другие варианты воплощения, а также осуществлять структурные и функциональные модификации не выходя за рамки объема настоящего изобретения. Следовательно, дух и объем настоящего изобретения следует интерпретировать широко, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

Заявленное изобретение относится к системе для хранения и/или транспортировки радиоактивных отходов с высоким уровнем радиоактивности, а также к способу изготовления этой системы. В одном аспекте настоящее изобретение представляет вентилируемый вертикальный контейнер (ВВК), оснащенный впускными воздуховодами, преломляющими излучение, направляя его обратно в полость для хранения отходов. Линия прямой видимости сквозь впускные воздуховоды отсутствует, а следовательно, корзина может стоять прямо на полу ВВК. Кроме того, раскрыт способ изготовления ВВК переменной высоты. Техническим результатом является возможность минимизации высоты контейнера и его защита от перегрева. 2 н. и 16 з. п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для транспортировки и/или хранения высокорадиоактивных отходов, содержащее:
корпус контейнера, имеющий наружную поверхность и внутреннюю поверхность, образующую внутреннюю полость вокруг продольной оси;
основание, закрывающее нижний торец полости;
множество впускных воздуховодов в нижней части корпуса контейнера, при этом каждый из впускных воздуховодов начинается отверстием на наружной поверхности корпуса контейнера и заканчивается отверстием на внутренней поверхности корпуса контейнера, образуя проточный канал от наружной атмосферы до нижней части полости;
столбчатую структуру, расположенную внутри каждого впускного воздуховода, при этом каждая столбчатая структура делит каждый проточный канал на первый и второй каналы, сливающиеся друг с другом в отверстиях во внутренней и наружной поверхностях корпуса контейнера, при этом в каждом впускном воздуховоде отсутствует линия прямой видимости между отверстием во внутренней поверхности корпуса контейнера и отверстием в наружной поверхности корпуса контейнера;
крышку, закрывающую верхний торец полости; и
множество выпускных воздуховодов, при этом каждый из выпускных воздуховодов образует проточный канал от верхней части полости до наружной атмосферы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крышка содержит выпускные воздуховоды, при этом каждый из выпускных воздуховодов начинается отверстием на внутренней поверхности крышки и тянется до отверстия на наружной поверхности крышки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что столбчатые структуры имеют продольные оси, при этом продольные оси столбчатых структур практически параллельны продольной оси корпуса контейнера.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что у каждого впускного воздуховода отверстие на внутренней поверхности корпуса контейнера совмещено по одной линии с отверстием на наружной поверхности корпуса контейнера таким образом, что: (i) первая секущая плоскость, перпендикулярная продольной оси корпуса контейнера, пересекает как отверстие на внутренней поверхности корпуса контейнера, так и отверстие на наружной поверхности корпуса контейнера; и (ii) вторая секущая плоскость, параллельная продольной оси корпуса контейнера и включающая эту ось, пересекает как отверстие на внутренней поверхности корпуса контейнера, так и отверстие на наружной поверхности корпуса контейнера.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что столбчатые структуры имеют продольные оси, первый и второй каналы совместно располагаются вокруг продольной оси столбчатых структур.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что столбчатые структуры имеют продольную ось и при этом столбчатые структуры имеют призматическое поперечное сечение.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что продольные оси столбчатых структур практически параллельны продольной оси корпуса контейнера.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй каналы имеют закругленную форму.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус контейнера содержит внутреннюю оболочку и наружную оболочку, расположенные симметрично так, что между внутренней и наружной оболочками образован зазор, который заполняют материалом, экранирующим радиационное излучение.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что у каждого впускного воздуховода отверстие на внутренней поверхности корпуса контейнера совмещено с отверстием на наружной поверхности корпуса контейнера таким образом, что первая секущая плоскость, перпендикулярная продольной оси корпуса контейнера, пересекает как отверстие на внутренней поверхности корпуса контейнера, так и отверстие на наружной поверхности корпуса контейнера.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно дополнительно включает герметично закрытую корзину для заполнения высокорадиоактивными отходами, устанавливаемую внутрь полости таким образом, чтобы первая секущая плоскость также пересекала бы эту корзину.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно включает герметично закрытую корзину для заполнения высокорадиоактивными отходами, устанавливаемую внутрь полости таким образом, чтобы нижняя поверхность корзины соприкасалась с верхней поверхностью основания контейнера.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что полость имеет поперечное сечение, позволяющее поместить не более одной корзины.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что впускные воздуховоды имеют ширину и высоту и при этом высота, по меньшей мере, в три раза превышает ширину.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что его основанием является плита основания, прикрепленная к корпусу контейнера.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус контейнера содержит, по меньшей мере, шесть впускных воздуховодов, расположенных по окружности симметрично по отношению к оси и с промежутками между ними.

17. Устройство для транспортировки и/или хранения высокорадиоактивных отходов, содержащее:
цилиндрический корпус, экранирующий радиационное излучение, образующий внутреннюю полость и имеющий вертикальную ось;
основание, закрывающее нижний торец полости;
множество впускных воздуховодов в нижней части корпуса, экранирующего радиационное излучение, при этом каждый из впускных воздуховодов образует горизонтальный проточный канал от наружной атмосферы до нижней части полости;
структуру, экранирующую радиационное излучение, располагающуюся внутри каждого из впускных воздуховодов и делящую горизонтальный проточный канал впускного воздуховода, по меньшей мере, на первый и второй горизонтально примыкающие участки и блокирующую линию прямой видимости от полости до наружной атмосферы сквозь впускной воздуховод;
крышку, экранирующую радиационное излучение и закрывающую верхний торец полости; и
множество выпускных воздуховодов, при этом каждый из выпускных воздуховодов образует проточный канал от верхней части полости до наружной атмосферы.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит герметично закрытую корзину для заполнения высокорадиоактивными отходами, установленную внутрь полости таким образом, что эта корзина стоит на основании корпуса.