УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ И АУТЕНТИФИКАЦИЯ КОНТЕЙНЕРОВ ДЛЯ ОПАСНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2019 года по МПК G21F5/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к контейнерам, предназначенным для содержания и/или транспортировки ядерных или иных опасных материалов. Такие контейнеры содержат средство для идентификации и/или аутентификации отдельного контейнера. Изобретение также относится к способу идентификации и аутентификации контейнеров.

Уровень техники

При определенных обстоятельствах необходима надежная герметизация контейнеров. Это особенно важно, если такие контейнеры содержат опасные вещества, такие, например, как расщепляющиеся материалы.

Разрабатывается концепция окончательного удаления отработавшего топлива из ядерных установок. Планируется заключать отработавшее топливо в медные контейнеры или "емкости" для длительного хранения. Медная крышка будет приварена ротационной сваркой трением к медной емкости, сварной шов будет проверен, и поверхность емкости будет отполирована и очищена.

Было предложено одно решение, включающее в себя использование вольфрамовой пластины и различных радиоизотопов: пластину размещают внутрь емкости перед закрытием крышки, внешний детектор радиоактивных изотопов будет использоваться для декодирования кода. Тем не менее, это только способ идентификации и не обеспечивает аутентификацию/верификацию. До настоящего времени не разрешается помещать какой-либо посторонний объект в емкость.

В подходах к обеспечению безопасности предложено применять идентификацию емкости для поддержания принципа непрерывности знания (CoK). Однако на сегодняшний день не предложено какого-либо подходящего способа маркировки медных емкостей. Гравировка или пометка на емкости может препятствовать долгосрочной безопасности и целостности емкости, так как может инициировать процесс коррозии. На сегодняшний день не предложено способа однозначной идентификации/верификации, который сложно подделать.

В US4530241A описана технология, в которой материал, такой как расщепляющийся материал, который необходимо оградить, хранят внутри контейнера, который затем герметично закрывают, например, затвором, содержащим крышку и уплотнительный элемент. Всю конструкцию контейнера изначально сканируют ультразвуком с использованием пьезоэлектрических преобразователей, чтобы получить выходные данные, из которых получают специфическую идентификационную информацию для этого контейнера, определяемую особенными характеристиками внутренней структуры по меньшей мере части контейнера, а также эталонный сигнал, указывающий на всю конструкцию контейнера, если ее целостность не нарушена.

Техническая задача

Задача заключается в том, что сразу после загрузки, заваривания ротационной сваркой трением и обработки все емкости становятся идентичными. Не допускается наносить какие-либо внешние маркировки, метки или проводить какое-либо изменение. Нет возможности отличить один от другого с применением обычных способов, таких как 3D измерение сварных швов или неразрушающий контроль сварного шва, потому что имеет место слияние крышки и емкости.

Идентификация и однозначная целостность необходимы для поддержки CoK от установки по инкапсуляции радиоактивных отходов в начале процесса до глубокого хранилища в конце.

Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить крышку и/или контейнер, обладающие признаками улучшенной идентификации/аутентификации, и которые сложно подделать, такие, как определенные в п. 1 формулы изобретения. Еще одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ идентификации/аутентификации контейнера, такой как определен в п. 24 формулы изобретения.

Сущность изобретения

В соответствии с одним аспектом изобретения предложен контейнер для ядерного и/или опасного материала, причем контейнер содержит корпус контейнера, выполненный из металла, и крышку, выполненную из того же металла, что и корпус контейнера, при этом крышка и корпус контейнера приспособлены для того, чтобы их приваривали друг к другу для получения герметичного контейнера. Крышка содержит множество сканируемых элементов, причем сканируемые элементы распределены по крышке и приспособлены для того, чтобы их сканировали с помощью ультразвукового сканера. Один или несколько сканируемых элементов представляет собой наклонный, предпочтительно плоский элемент поверхности, при этом каждый наклонный элемент поверхности наклонен относительно оси крышки. При использовании, сканирование сканируемых элементов с помощью упомянутого ультразвукового сканера дает первый сигнал сканирования, причем первый сигнал сканирования зависит от того, какие из упомянутых сканируемых элементов являются наклонными элементами поверхности.

Крышка и корпус контейнера приварены друг к другу сваркой трением, чтобы получить такой герметичный контейнер, что на примыкающих поверхностях корпуса контейнера и крышки образуется зона сварного шва, придающая контейнеру уникальные особенности. Зона сварного шва приспособлена к сканированию с помощью второго ультразвукового сканера. При использовании, сканирование зоны сварного шва с помощью второго ультразвукового сканера создает второй сигнал сканирования, причем второй сигнал сканирования зависит от упомянутых уникальных особенностей зоны сварного шва контейнера.

Так как не допускается никакая внешняя маркировка, в вариантах осуществления внутри на крышке до сварки создают некоторые полости, которые можно считать снаружи с использованием ультразвуковых датчиков после приваривания крышки. В дополнение к этой идентификации применяют дополнительное ультразвуковое считывание шва ротационной сварки трением, чтобы получить сигнатуру для аутентификации.

Преимущество изобретения заключается в том, что оно позволяет службам безопасности поддерживать сохранение знания (CoK) о емкости от фабрики до хранилища. Кроме того, его просто производить, и оно эффективно.

Хотя в качестве первого ультразвукового сканера и второго ультразвукового сканера можно использовать два отдельных сканера, может быть предпочтительным использовать только один сканер для получения и первого и второго сигналов сканирования.

Предпочтительно, ось перпендикулярна плоскости поверхности основания крышки.

Предпочтительно, первый сигнал сканирования указывает идентификатор контейнера.

Предпочтительно, крышка является круглой, а сканируемые элементы расположены по периметру крышки. Сканируемые элементы могут быть расположены на произвольном расстоянии; но предпочтительно, чтобы они были расположены на равном расстоянии. Сканируемые элементы могут быть расположены на наружной кромке крышки. Предпочтительно, наружная кромка находится в самой нижней части крышки.

Предпочтительно, сканируемые элементы представляют собой последовательные, имеющие одинаковую длину дуги упомянутого периметра. Предпочтительно, дуги ограничивают угол с вершиной в центре крышки, составляющий 4-8 градусов, 5-7 градусов или 6 градусов.

Предпочтительно, поперечное сечение крышки имеет сглаженную U-образную форму.

Предпочтительно, основная стенка и боковая стенка крышки имеет толщину больше, чем заданная минимальная толщина; и толщина крышки между наклонным плоским элементом поверхности и ближайшей точкой на верхней поверхности крышки больше, чем заданная минимальная толщина.

В одном варианте осуществления крышка имеет такое поперечное сечение вдоль оси, что на ней задан первый внешний участок поверхности, упирающийся в первый внутренний участок поверхности корпуса контейнера. Предпочтительно, основная поверхность крышки проходит перпендикулярно оси, при этом наружная кромка определяется пересечением первого внешнего участка поверхности и основной поверхности.

В одном варианте осуществления для каждого наклонного элемента поверхности угол наклона равен одному из нескольких заданных углов. Предпочтительно, угол наклона находится в диапазоне от 40 до 60 градусов, от 45 до 55 градусов или от 47,5 до 52,5 градусов, либо равен 50 градусов.

В соответствии с аспектом изобретения крышка и корпус контейнера приварены друг к другу сваркой трением, чтобы получить такой герметичный контейнер, что на примыкающих поверхностях корпуса контейнера и крышки образуется зона сварного шва, придающая контейнеру уникальные особенности.

Предпочтительно, крышка имеет первый внешний участок поверхности, упирающийся в первый внутренний участок поверхности корпуса контейнера.

Предпочтительно, крышка имеет второй внешний участок поверхности, упирающийся в торцевой участок поверхности корпуса контейнера.

В вариантах осуществления область сварного шва перекрывает по меньшей мере часть (i) упирающихся друг в друга первого внешнего участка поверхности и первых внутренних участков поверхности, и/или (ii) упирающихся второго внешнего участка поверхности и торцевых участков поверхности.

В вариантах осуществления вблизи от сварного шва образуют сигнатурный элемент поверхности посредством (i) участка примыкания первого внешнего участка поверхности первых внутренних участков поверхности, находящихся снаружи и примыкающих к зоне сварного шва, и/или (ii) участка поверхности сварного шва внутри корпуса контейнера рядом с примыкающими первым внешним участком поверхности и первых внутренних участков поверхности. Уникальные особенности контейнера зависят от упомянутого сигнатурного элемента поверхности.

Предпочтительно при использовании сканирование окрестности зоны сварного шва с помощью второго ультразвукового сканера создает второй сигнал сканирования, причем второй сигнал сканирования зависит от упомянутых уникальных особенностей и/или упомянутого сигнатурного элемента поверхности.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ идентификации контейнера для ядерного и/или опасного материала, причем способ предполагает наличие контейнера, описанного выше, и наличие считывающего устройства, причем считывающее устройство содержит первый ультразвуковой сканер. Способ включает в себя работу считывающего устройства, в результате чего первый ультразвуковой сканер сканирует сканируемые элементы, чтобы получить первый сигнал сканирования, указывающий идентификационный код контейнера.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен способ аутентификации контейнера для ядерного и/или опасного материала, причем способ содержит выполнение способа из предыдущего абзаца. Считывающее устройство имеет второй ультразвуковой сканер, и при функционировании считывающего устройства второй ультразвуковой сканер сканирует окрестность сварного шва, чтобы получить второй сигнал сканирования, зависящий от упомянутых уникальных особенностей и/или от упомянутого сигнатурного элемента поверхности. Способ также может включать в себя получение третьего сигнала сканирования как пересечения первого сигнала сканирования и второго сигнала сканирования. Способ также может включать в себя сравнение третьего сигнала сканирования по меньшей мере с одним предварительно сохраненным сигналом, чтобы тем самым идентифицировать и/или аутентифицировать контейнер.

Предпочтительно, корпус контейнера является по существу цилиндрическим, а крышка круглой; и при функционировании считывающего устройства поворачивают считывающее устройство вокруг оси, проходящей через центр крышки.

Способ также предпочтительно содержит размещение воды в верхней части крышки, таким образом, во время упомянутого функционирования считывающего устройства это считывающее устройство по меньшей мере частично погружено в воду.

Предпочтительно, во время упомянутого функционирования считывающего устройства первый ультразвуковой датчик устанавливают так, чтобы направлять первые ультразвуковые волны под углом (α₁) падения к плоскости основной поверхности крышки. Предпочтительно, угол (α₁) падения получают по закону Снелла из разницы между скоростью первых ультразвуковых волн в воде и в материале, из которого изготовлена крышка.

Предпочтительно, крышка и корпус контейнера выполнены из меди. Предпочтительно, угол (α₂) падения равен 50 градусов, а угол (α₁) падения равен 14 градусов.

Предпочтительно, во время упомянутого функционирования считывающего устройства второй ультразвуковой датчик устанавливают так, чтобы направлять вторые ультразвуковые волны по существу параллельно плоскости основной поверхности, например, по существу горизонтально.

Предпочтительно, сравнение третьего сигнала сканирования по меньшей мере с одним предварительно сохраненным сигналом содержит следующее: используют идентификационный код, полученный из первого сигнала, извлекают по меньшей мере один предварительно сохраненный сигнал или каждый предварительно сохраненный сигнал, которые представляют собой верификационный сигнал или сигнатуру; вычисляют коэффициент корреляции между третьим сигналом сканирования и предварительно сохраненным сигналом; и определяют, что контейнер аутентифицирован, если коэффициент корреляции больше предварительно заданного порога, указывающего на аутентичность.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен записываемый, перезаписываемый или записанный носитель информации, на котором записаны или сохранены читаемые машиной данные, определяющие или преобразуемые в команды, выполняемые схемой обработки, и соответствующие по меньшей мере этапам способов, изложенных в любых из пунктов от 24 до 33 прилагаемой формулы изобретения.

В соответствии с другим аспектом изобретения предложена служебная машина, включающая в себя устройство связи и запоминающее устройство и приспособленное для передачи по требованию или иным образом данных, определяющих или преобразуемых в команды, выполняемые схемой обработки, и соответствующие по меньшей мере этапам, изложенным в любых из пунктов от 24 до 33 прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Дополнительные подробности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего подробного описания нескольких неограничивающих вариантов осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

на фиг. 1 показан пример процесса обращения с отработавшим ядерным топливом от атомной электростанции до места конечного хранения;

на фиг. 2 показана (а) емкость, (b) глиняный элемент хранения и (c) структура окончательного хранилища, используемые в процессе в соответствии с фиг.1;

на фиг. 3 показана емкость, изображенная на фиг. 2(а), в разобранном виде – (а) корпус контейнера и вставка, (b) крышка, и (с) альтернативная форма вставки;

на фиг. 4 показана емкость, изображенная на фиг. 2(а), с крышкой в частичном разрезе;

на фиг. 5 показана увеличенная часть крышки и корпуса контейнера, показанных на фиг. 4;

на фиг. 6 приведен вид в разрезе участка крышки и корпуса контейнера, показанных на фиг. 5, после ротационной сварки трением;

на фиг. 7 приведен вид в частичном разрезе крышки в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показывающий ее периметр;

на фиг. 8 показано детектирование наклонной плоскости крышки, показанной на фиг. 7, с использованием ультразвукового детектора;

на фиг. 9 более подробно показано детектирование наклонной плоскости, при этом показаны углы падения и передачи;

на фиг. 10 приведен схематический вид крышки в соответствии с вариантом осуществления изобретения, на котором показано распределение сканируемых элементов по периметру крышки;

на фиг. 11 приведен вид сбоку крышки, показанной на фиг. 10;

на фиг. 12 приведен вид в разрезе соединения крышки и корпуса контейнера после ротационной сварки трением;

на фиг. 13 приведен альтернативный вид соединения крышки и корпуса контейнера, показывающий размеры в соответствии с отдельным вариантом осуществления;

на фиг. 14 приведен альтернативный вид соединения крышки и корпуса контейнера, показывающий размеры в соответствии с отдельным вариантом осуществления;

на фиг. 15 приведен вид в разрезе соединения крышки и корпуса контейнера, показывающий зону случайных неоднородностей сварного шва;

на фиг. 16 показано получение третьего сигнала (кривой) из пересечения первого и второго сигналов; и

на фиг. 17 показан вид в поперечном сечении крышки, на которой установлено считывающее устройство для получения первого и второго сигналов.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

В описании и на чертежах одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы. Если не указано обратное, то любой отдельный конструктивный признак, компонент или этап может быть использован в сочетании с любыми другими конструктивными признаками, компонентами или этапами, описанными в этом документе.

Как упоминалось выше, емкости, содержащие отработавшее ядерное топливо, желательно хранить в гранитной породе на глубине примерно 500 м под землей.

Обычное время охлаждения под водой в бассейнах-хранилищах отработавшего ядерного топлива варьируется от 10 до 60 лет. После этого периода топливо перемещают в транспортировочную емкость, которая будет заполнена топливом, которое должно быть загерметизировано. Транспортировочные емкости перемещают в камеру для работы с ядерным топливом, где сборки поднимают по одной, сушат, а затем опускают в медную емкость. Это последнее место, где топливо можно идентифицировать перед тем, как на медную емкость будет опущена крышка.

Медные емкости содержат чугунные вставки, которые, в свою очередь, имеют подготовленные места для топливных сборок для 12 BWR и 4 PWR. Медная крышка будет приварена ротационной сваркой трением к медной емкости, сварной шов будет проверен, и поверхность емкости может отполирована и очищена. Наконец, емкость с топливом помещают внутрь специально спроектированного контейнера для транспортировки и временно хранят на предприятии перед отправкой в геологическое хранилище.

Эти емкости будут заварены, а затем перевезены по дороге и морю от предприятия до глубокого хранилища, при этом чрезвычайно важно обеспечить CoK путем идентификации и даже лучше посредством однозначной аутентифицирующей сигнатуры.

На фиг. 1 показан пример процесса обращения с отработавшим ядерным топливом от атомной электростанции до места конечного хранения.

Топливные сборки 102 из атомной электростанции 104 могут быть перемещены с использованием дорожного транспортного средства 106 на пункт разгрузки, в котором топливные сборки 102 могут быть перемещены на корабль 108 для транспортировки на дальнее расстояние. Там топливные сборки могут быть перевезены с использованием дорожного транспортного средства 110 по дороге 112 в место 114 временного хранения и обработки. В месте 114 временного хранения и обработки топливные сборки могут быть разгружены на приемном сооружении 116 и помещены на хранение в бассейн-хранилище 118 на определенный период, как хорошо известно в этой области техники.

В цехе 120 герметизации ядерные топливные сборки 102 могут быть заключены в емкости 122, как показано на фиг. 2(а). Емкости 122 могут быть перемещены на участок 124 временного хранения, где их хранят в течение некоторого времени перед перевозкой с помощью дорожного транспортного средства 126 на корабль 128. На корабле 128 емкости 122 могут быть транспортированы в место 130 окончательного захоронения, где они могут быть размещены на участке 132 временного хранения. Из участка 132 временного хранения емкости 122 могут быть перемещены с использованием внутреннего транспортного средства 134 по съезду 136 в первую подземную зону 138, откуда емкости могут быть перемещены на захороняющую машину 140. После этого емкости 122 с использованием захороняющей машины 140 могут быть перемещены во вторую подземную зону 142 на глубине D под землей, где емкости 122 могут быть помещены в скважины 144 для захоронения. Глубина D может составлять порядка 500 м.

На фиг. 2 показана (а) емкость, (b) глиняный элемент хранения и (c) структура окончательного хранилища, используемые в процессе в соответствии с фиг. 1. Как видно на фиг. 2(а), емкость 122 может включать в себя несколько топливных сборок 202, которые могут быть размещены в выемки чугунной вставки 204, как более подробно будет обсуждаться ниже.

Для длительного хранения в хранилище каждая емкость может быть расположена в соответствующей скважине 206 герметизирующего элемента 208 из бентонитовой глины (глины), как видно на фиг. 2(b). Кроме того, как видно на фиг. 2(с), элементы 208 хранения могут быть расположены рядами в последовательных слоях в хранилище 210 для окончательного захоронения.

На фиг. 3 показана емкость, изображенная на фиг. 2(а), в разобранном виде – (а) корпус контейнера и вставка, (b) крышка, и (с) альтернативная форма вставки. Со ссылкой на фиг. 3(а), вставка 204, например, выполненная из чугуна, может включать в себя несколько вытянутых выемок 302 (в данном случае восемь), предназначенных для вставки топливных сборок (не показаны) для длительного хранения. Для герметизации вставку 204 вставляют в корпус 306 контейнера, а затем крышку 308 устанавливают на торец 310. В альтернативном варианте осуществления (фиг. 3(с)) вставка 204' содержит только четыре вытянутые выемки 302'.

На фиг. 4 показана емкость, изображенная на фиг. 2(а), с крышкой 308 в частичном разрезе. Как видно, топливную сборку 202 вставляют в вытянутую выемку 302 вставки 204. Также, как можно увидеть на частичном разрезе крышки 308, она включает в себя внешний выступ 402, благодаря чему поверхности крышки 308 лежат и упираются в имеющие соответствующую форму поверхности корпуса 306 контейнера.

На фиг. 5 показана увеличенная часть крышки 308 и корпуса 306 контейнера, показанных на фиг. 4. Как подробно видно на фиг. 5, крышка 308 включает в себя по периметру выступ 402, так что у крышки имеется первый (проходящий по окружности) внешний участок 502 поверхности, расположенный у первого внутреннего участка 504 поверхности корпуса 306 контейнера или контактирующий с ним. Кроме того, крышка 308 включает в себя второй (проходящий радиально) участок 506 поверхности, расположенный у торцевого участка 508 поверхности корпуса 306 контейнера или контактирующий с ним. Таким образом, на фиг. 5 показано соединение крышки 308 и корпуса 306 контейнера до ротационной сварки трением.

На фиг. 6 приведен вид в разрезе участка крышки 308 и корпуса 306 контейнера, показанных на фиг. 5, после ротационной сварки трением. Как видно, после ротационной сварки трением соединение материалов крышки 308 и корпуса 306 контейнера такое, что первый и второй внутренние участки 502, 506 поверхности и внутренний участок 504 поверхности и участок 508 торцевой поверхности по сути больше неразличимы. Таким образом, крышка 308 сильно и плотно связана с корпусом 306 контейнера для надежной герметизации расположенного внутри ядерного материала.

На фиг. 7 приведен вид в частичном разрезе крышки 308, показывающий ее периметр. В случае герметизации в медной емкости 122 обычно желательно, чтобы во всех точках в емкости 122, толщина материала (меди) между внутренней полостью и внешней поверхностью была меньше или равна минимальной заданной толщине. Эта толщина может составлять, например, 50 мм меди. В соответствии с вариантами осуществления изобретения, наклонный участок 702 поверхности выполнен на нижнем крае 704 крышки 308, например, посредством механической обработки. Такой наклонный участок 702 поверхности может быть выполнен в любом из множества мест по периметру крышки 308, и он предпочтительно является плоским. Видно, что после механической обработки для получения наклонного участка 702 поверхности толщина не только основной стенки 705 и боковой стенки 706, но также и толщина 707 крышки 308 между наклонным плоским элементом 702 поверхности и ближайшей точкой 708 на верхней поверхности 709 крышки (308) больше, чем предварительно заданная минимальная толщина, например, 50 мм.

На фиг. 8 показано детектирование наклонной плоскости (участка 702 поверхности) с использованием ультразвукового детектора. В соответствии с вариантами осуществления изобретения, каждое место (по окружности), где находится (или может находиться) наклонный участок 702 поверхности, сканируют с использованием первого ультразвукового сканера 802 (в данном случае располагаемого вручную для примера). Первый ультразвуковой датчик передает ультразвуковую энергию, как показано, в направлении стрелки А и принимает отраженный сигнал одного типа в случае, если присутствует наклонный участок 702 поверхности, и отраженный сигнал второго типа в случае, если наклонный участок 702 поверхности отсутствует в этом месте по окружности.

На фиг. 9 более подробно показано детектирование наклонной плоскости (участка 702 поверхности), при этом показаны углы падения и передачи. Для ультразвукового детектирования наклонных участков 702 поверхности с использованием закона Снелла из физики угол наклона α₁ первого ультразвукового датчика 802 задают разницей скорости ультразвуковых волн между водой и медью (так как первый ультразвуковой датчик 802 погружен в воду во время процесса ультразвукового сканирования, как описано далее). Как показано на фиг. 9, если наклонный участок 702 поверхности проходит под углом 40 градусов к оси крышки, т.е. наклонный участок поверхности находится под углом α₂= (90-40) 50 градусов к плоскости, содержащей основную поверхность 902 крышки 308, то закон Снелла дает угол α₁ падения, равный 14 градусам в воде.

На фиг. 10 приведен схематический вид крышки в соответствии с вариантом осуществления изобретения, на котором показано распределение сканируемых элементов по периметру крышки. В данном контексте выражение "пространственно распределенный" можно интерпретировать так, что сканируемые элементы распределены так, что (i) центры соседних сканируемых элементов расположены на крышке 308 на расстоянии, например, на равном расстоянии, друг от друга, или (ii) соседние сканируемые элементы расположены на крышке 308, не перекрываясь, в каждом случае, если смотреть от точки на крышке 308, с которой первый ультразвуковой сканер 802 осуществляет сканирование. В варианте осуществления, показанном на фиг. 10, полагаем, что крышка разделена на большое число секторов 1002. В этом варианте осуществления имеется 60 секторов, т.е. каждый ограничивает угол, равный 6 градусов; однако специалистам в области техники понятно, что число секторов может быть существенно меньше, чем 60, или больше 60. Таким образом, на периметре 1004 (соответствующему краю 704; фиг. 7) имеется 60 сканируемых элементов (участков дуги) 1006, в каждом из которых может иметься или отсутствовать наклонный участок 702 поверхности. Таким образом, число и относительное положение наклонных участков 702 поверхности обеспечивает очень большое число идентификационных кодов по периметру 1004. Расположение сканируемых элементов 1006 (с наклонным участком 702 поверхности или без него) эффективно образует штрихкод, который позволяет идентифицировать крышку 308 (и, таким образом, емкость 122) из тысяч различных таких емкостей 122.

На фиг. 11 приведен вид сбоку крышки, показанной на фиг. 10. Здесь ясно видно наклонные участки 702 поверхности на периферийном крае 704 крышки 308.

Как обсуждалось выше, описанные варианты осуществления делают возможной идентификацию данной емкости 122, т.е. обеспечивают решение задачи идентификации. Тем не менее, существует возможность, что "штрихкод" (комбинация наклонных участков поверхности) на одной крышке 308 может быть скопирован, и может быть получена поддельная емкость 122 с таким же идентификационным кодом. Поэтому, важно связать идентификационный код (штрихкод) с другим уникальным, невоспроизводимым признаком, что обеспечит подтверждение того, что емкость 122 является истинной емкостью. Соответственно, в соответствии с вариантами осуществления изобретения можно использовать второй ультразвуковой датчик, чтобы детектировать неравномерности в металле вокруг зоны ротационной сварки трением.

На фиг. 12 приведен вид в разрезе соединения крышки и корпуса контейнера после ротационной сварки трением. Как видно на фиг. 12, зона 1202 сварного шва охватывает примыкание 1204 торцевого участка 508 поверхности корпуса 306 контейнера и второго внешнего участка 506 поверхности крышки 308. На самом деле, хотя упоминается сварной шов, имеет место слияние меди крышки 308 и корпуса 306 контейнера, так что в сущности не детектируют каких-либо дефектов, и изготовителем сделано все возможное, чтобы обеспечить идеальное слияние без каких-либо включений или дефектов.

Для аутентификации в соответствии с вариантами осуществления изобретения ультразвуковые волны от второго ультразвукового датчика (не показан) передают (в направлении стрелки В) в направлении по меньшей мере вертикальной области 1206 непосредственно под горизонтальной зоной 1202 сварного шва, где примыкают вышеупомянутые поверхности. В этой области 1206 будут иметься неоднородности вследствие слияния меди в результате растекания при слиянии. Эти неоднородности образуют уникальную целостность или сигнатуру, которую невозможно воспроизвести. Таким образом, такие неоднородности обеспечивают средство для обнаружения подделки крышки 308 или емкости 122. Неоднородность, обнаруживаемая вторым ультразвуковым датчиком, может содержать первый неоднородный элемент 1208 на стыке между первой внешней поверхностью 502 крышки 308 и внутренним участком 504 поверхности корпуса 306 контейнера. Как вариант или в дополнение, обнаруживаемая неоднородность содержит второй неоднородный элемент 1210 на стыке между зоной 1202 сварного шва и корпуса 306 контейнера в подсвеченной области 1212 (и, таким образом, в области 1206).

На фиг. 13 приведен альтернативный вид соединения крышки 308 и корпуса 306 контейнера, показывающий размеры в соответствии с отдельным вариантом осуществления. С использованием второго ультразвукового датчика (не показан) измеряют общую (в радиальном направлении) толщину крышки 308, в данном примере 100 мм, над зоной 1202 сварного шва.

На фиг. 14 приведен альтернативный вид соединения крышки 308 и корпуса 306 контейнера, показывающий размеры в соответствии с отдельным вариантом осуществления. Опять, с использованием второго ультразвукового датчика (не показан) измеряют меньшую (в радиальном направлении) толщину крышки 308 под горизонтальной зоной 1202 сварного шва, в данном примере – 51,4 мм.

На фиг. 15 приведен вид в разрезе соединения крышки 308 и корпуса 306 контейнера, показывающий зону 1212 случайных неоднородностей сварного шва. Таким образом, между двумя областями на фиг. 13 и 14 (т.е. областями двух отдельных значений толщины) измеряют ультразвуковые отклики с использованием второго ультразвукового датчика 1502, установленного на считывающем устройстве 1504. Как отмечалось ранее, измерения выполняют, когда вода 1506 по меньшей мере частично заполняет крышку. Как более подробно обсуждалось ниже, считывающее устройство 1504 может поворачиваться вокруг оси крышки 308, в то время как ультразвуковые волны направлены (в направлении стрелки В) в область 1212. Отклик, принимаемый вторым ультразвуковым датчиком 1502, составляет второй сигнал сканирования, при этом первый сигнал сканирования принимают первым ультразвуковым датчиком 802 (фиг. 8) при сканировании сканируемых элементов 1006 (фиг. 10).

На фиг. 16 показано получение третьего сигнала (кривой) из пересечения первого и второго сигналов сканирования. На фиг. 16 первый сигнал (с2) сканирования и второй сигнал (с1) сканирования изображены на одном и том же графике. Из них можно получить или вычислить точки (Р) пересечения, а кривая, составленная набором точек Р, образует третий сигнал, используемый в качестве верификационного сигнала для аутентификации крышки 308 и/или емкости 122. То есть, третий сигнал можно сравнить с предварительно сохраненным верификационным сигналом или сигнатурой, связанной с полученным идентификационным кодом крышки/емкости, чтобы определить, является ли емкость аутентичной. Комбинация первого и второго сигналов сканирования для получения третьего сигнала более подробно описана в документе EP 1 987 261, включенным в настоящую заявку посредством ссылки.

На фиг. 17 показан вид в поперечном сечении крышки 308, на которой установлено считывающее устройство 1504 для получения первого и второго сигналов. Считывающее устройство 1504 поворачивают, как показано стрелкой С, вокруг оси 1508 крышки 308. Считывающее устройство 1504 установлено на подходящую опору 1510, и оно по меньшей мере частично погружено в воду 1506. Первый ультразвуковой датчик 1802 установлен так, чтобы направлять ультразвуковые волны под углом (α₁; например, 14 градусов; см. фиг. 9) к плоскости основной поверхности 902 крышки 308. Второй ультразвуковой датчик 1502 установлен так, чтобы направлять ультразвуковые волны параллельно плоскости основной поверхности 902 крышки 308, т.е. горизонтально. Таким образом, в вариантах осуществления считывающее устройство содержит первый и второй ультразвуковые датчики, причем датчики установлены на крышке 308 так, чтобы направлять ультразвуковые волны под разными углами.

В вышеизложенном варианте осуществления первый и второй ультразвуковые датчики 802, 1502 находятся друг напротив друга; однако понятно, что эти устройства могут находиться по существу в одном и том же месте или на некотором расстоянии по окружности друг от друга под углом менее 180 градусов. Считывающее устройство 1504 может вращаться либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. Для целей определения считываемой информации (первого сигнала сканирования и второго сигнала сканирования) считывающее устройство 1504 может поворачиваться с любой подходящей скоростью, например, в диапазоне от 1 об/мин до 50 об/мин, или предпочтительно в диапазоне от 1 об/мин до 10 об/мин.

Во время вращения считывающего устройства 1504 получают первый сигнал сканирования (для идентификации) и второй сигнал сканирования (для проверки целостности и аутентификации).

В вариантах осуществления поворотный механизм, ультразвуковая система (считывающее устройство 1504) и соответствующие устройства обработки установлены в едином корпусе в крышке 308 вместе с батареями, допускающими автономную работу и, возможно, удаленное управление. Таким образом, при необходимости после получения считанные сигналы могут быть собраны и сохранены или переданы по беспроводной связи на удаленное место. В вариантах осуществления, с использованием первого сигнала сканирования (идентификационный код) система может получить исходный сигнал (считывание) целостности, связанный с емкостью 122, имеющей этот идентификационный код, и выведенный сигнал целостности (третий сигнал) сравнивают с полученным сигналом целостности и вычисляют коэффициент корреляции. Коэффициент корреляции, превышающий заданное пороговое значение, указывает на аутентичность емкости 122.

После завершения определения сигнала с использованием считывающего устройства воду 1506 откачивают из крышки 308 в резервуар платформы (не показан), соединительный клапан (не показан) и считывающее устройство 1504 удаляют.

Хотя варианты осуществления были описаны со ссылкой на варианты осуществления измерительных устройств, имеющих различные компоненты в соответствующих реализациях, понятно, что в других вариантах осуществления применяют другие сочетания и перестановки этих и других компонентов.

Таким образом, были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалистам в этой области техники понятно, что, не отклоняясь от сущности и объема изобретения, можно сделать другие и дополнительные модификации, и предполагается, что все такие модификации попадают под объем изобретения.

Обозначения

102 - топливная сборка

104 - атомная электростанция

106 - дорожное транспортное средство

108 - корабль

110 - дорожное транспортное средство

112 - дорога

114 - место временного хранения и обработки

116 - приемное сооружение

118 - бассейн-хранилище

120 - цех герметизации

122 - емкость

124 - участок временного хранения

126 - дорожное транспортное средство

128 - корабль

130 - место окончательного захоронения

132 - участок временного хранения

134 - внутреннее транспортное средство

136 - съезд

138 - первая подземная зона

140 - захороняющая машина

142 - вторая подземная зона

144 - скважина для захоронения

202 - топливная сборка

204 - вставка

204' - вставка

206 - скважина

208 - герметизирующий элемент

210 - хранилище для окончательного захоронения

302 - вытянутая выемка

302' - вытянутая выемка

306 - корпус контейнера

308 - крышка

310 - торец

402 - внешний выступ

502 - первый внешний участок поверхности

504 - первый внутренний участок поверхности

506 - второй внешний участок поверхности

508 - торцевой участок поверхности

702 - наклонный участок поверхности

704 - нижняя кромка

802 - первый ультразвуковой сканер

902 - основная поверхность

1002 - секторы

1004 - периметр

1006 - сканируемые элементы

1202 - зона сварки трением

1204 - примыкание

1206 - вертикальная область

1208 - первый элемент неоднородности

1210 - второй элемент неоднородности

1212 - подсвеченная область

1502 - второй ультразвуковой датчик

1504 - считывающее устройство

1506 – вода.

Группа изобретений относится к контейнерам для хранения и транспортировки радиоактивных материалов. Контейнер для ядерного материала содержит корпус, выполненный из металла, и крышку, выполненную из того же металла. Крышка и корпус выполнены с возможностью их приваривания друг к другу. Крышка содержит множество сканируемых элементов. Сканируемые элементы выполнены с возможностью их сканирования ультразвуковым сканером. Один или более сканируемых элементов являются наклонными элементами поверхности. Каждый наклонный элемент поверхности наклонен относительно оси крышки. При сканировании формируется первый сигнал сканирования. Первый сигнал сканирования зависит от того, какие из упомянутых сканируемых элементов являются наклонными элементами. Зона сварного шва является подходящей для ее сканирования с помощью второго ультразвукового сканера. При сканировании зоны сварного шва, во время использования контейнера, формируется второй сигнал сканирования. Имеется также способ идентификации и аутентификации контейнера для ядерного и/или опасного материала, записываемый, перезаписываемый или записанный носитель информации и служебная вычислительная машина Группа изобретений позволяет получить контейнер с улучшенными признаками идентификации и аутентифицкации. 4 н. и 31 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Контейнер (122) для ядерного и/или опасного материала, содержащий корпус (306) контейнера, выполненный из металла, и крышку (308), выполненную из того же металла, что и корпус (306) контейнера, при этом крышка (308) и корпус (306) контейнера выполнены с возможностью их приваривания друг к другу для получения герметичного контейнера, крышка (306) содержит:

множество сканируемых элементов (1006), причем сканируемые элементы распределены по крышке (308) и выполнены с возможностью их сканирования ультразвуковым сканером (802);

при этом один или более сканируемых элементов (1006) являются наклонными элементами (702) поверхности, причем каждый наклонный элемент (702) поверхности наклонен относительно оси крышки (308);

в результате чего при сканировании сканируемых элементов (1006) с помощью первого указанного ультразвукового сканера (802), во время использования контейнера, формируется первый сигнал сканирования, причем первый сигнал сканирования зависит от того, какие из упомянутых сканируемых элементов (1006) являются наклонными элементами поверхности;

контейнер (122) также содержит:

зону (1202) сварного шва, образованную на стыке поверхностей (502-508) корпуса (306) контейнера и крышки (308), причем зона (1202) сварного шва обеспечивает наличие уникальных особенностей для контейнера (122), при этом зона (1202) сварного шва является подходящей для ее сканирования с помощью второго ультразвукового сканера (1520);

в результате чего при сканировании зоны (1202) сварного шва с помощью указанного второго ультразвукового сканера (802), во время использования контейнера, формируется второй сигнал сканирования, причем второй сигнал сканирования зависит от указанных уникальных особенностей зоны (1202) сварного шва контейнера (122).

2. Контейнер по п. 1, в котором первый ультразвуковой сканер (802) используется также в качестве второго ультразвукового сканера (1520).

3. Контейнер по п. 1 или 2, в котором наклонный элемент (702) поверхности является плоским.

4. Контейнер по любому из пп. 1-3, в котором указанная ось перпендикулярна плоскости основной поверхности (902) крышки (308).

5. Контейнер по любому из пп. 1-4, в котором первый сигнал сканирования показывает идентификационный код контейнера.

6. Контейнер по любому из пп. 1-5, в котором крышка (308) является круглой, а сканируемые элементы (1006) расположены по периметру (1004) крышки (308), и предпочтительно исключительно по периметру крышки.

7. Контейнер по любому из пп. 1-6, в котором сканируемые элементы (1006) расположены на произвольном расстоянии друг от друга или на равном расстоянии.

8. Контейнер по любому из пп. 1-7, в котором сканируемые элементы (1006) расположены на наружной кромке (704) крышки (308), и предпочтительно исключительно на наружной кромке.

9. Контейнер по п. 8, в котором наружная кромка (704) находится на самой нижней части крышки (308).

10. Контейнер по любому из пп. 6-9, в котором сканируемые элементы содержат последовательные дуги одинаковой длины указанного периметра.

11. Контейнер по п. 10, в котором дуги ограничивают угол с вершиной в центре крышки, составляющий 4-8°, или 5-7 °, или 6°.

12. Контейнер по любому из пп. 1-11, в котором поперечное сечение крышки (308) имеет сглаженную U-образную форму.

13. Контейнер по любому из пп. 1-12, в котором основная стенка (705) и боковая стенка (706) крышки (308) имеют толщину больше, чем предварительно заданная минимальная толщина; и толщина (707) крышки (308) между указанным наклонным плоским элементом (702) поверхности и ближайшей точкой (708) на верхней поверхности (709) крышки (308) больше, чем указанная заданная минимальная толщина.

14. Контейнер по любому из пп. 1-13, в котором сечение крышки (308) вдоль оси определяет первый внешний участок (502) поверхности, который упирается в первый внутренний участок (504) поверхности корпуса (306) контейнера.

15. Контейнер по п. 14, в котором основная поверхность крышки проходит перпендикулярно указанной оси, при этом наружная кромка (704) определяется пересечением первого внешнего участка поверхности (502) и основной поверхности.

16. Контейнер по любому из пп. 1-15, в котором для каждого наклонного элемента (702) поверхности угол (α₂) наклона равен одному из нескольких предварительно заданных углов.

17. Контейнер по любому из пп. 1-16, в котором угол (α₂) наклона находится в диапазоне от 40 до 60°, или от 45 до 55 °, или от 47,5 до 52,5°, или равен 50°.

18. Контейнер по любому из пп. 1-17, в котором крышка (308) и корпус (306) контейнера приварены друг к другу сваркой трением для получения герметичного контейнера (122), так чтобы на примыкающих поверхностях (502-508) корпуса (306) контейнера и крышки (308) образовывалась зона (1202) сварного шва, обеспечивающая наличие уникальных особенностей для контейнера (122).

19. Контейнер по п. 18, в котором крышка (308) имеет первый внешний участок (502) поверхности, который упирается в первый внутренний участок (504) поверхности корпуса (306) контейнера.

20. Контейнер по п. 18 или 19, в котором крышка (308) имеет второй внешний участок (506) поверхности, упирающийся в торцевой участок (508) поверхности корпуса (306) контейнера.

21. Контейнер по п. 19 или 20, в котором зона (1202) сварного шва перекрывает по меньшей мере часть (i) упирающихся друг в друга первого внешнего участка (502) поверхности и первых внутренних участков (504) поверхности, и/или (ii) упирающихся второго внешнего участка (506) поверхности и торцевых участков (508) поверхности.

22. Контейнер по п. 19 или 20, в котором вблизи от сварного шва (1202) образуется сигнатурный элемент поверхности посредством (i) участка примыкания первого внешнего участка (502) поверхности и первых внутренних участков (504) поверхности, находящихся снаружи и примыкающих к зоне (1202) сварного шва, и/или (ii) участка поверхности сварного шва (1202) внутри корпуса (306) контейнера рядом с примыкающими первым внешним участком (502) поверхности и первыми внутренними участками (504) поверхности;

при этом указанные уникальные особенности контейнера (122) зависят от указанного сигнатурного элемента поверхности.

23. Контейнер по любому из пп. 18-22, в котором при использовании контейнера, в результате сканирования окрестности зоны сварного шва с помощью второго ультразвукового сканера (1502) формируется второй сигнал сканирования, причем второй сигнал сканирования зависит от указанных уникальных особенностей и/или указанного сигнатурного элемента поверхности.

24. Способ идентификации и аутентификации контейнера (122) для ядерного и/или опасного материала, характеризующийся тем, что:

обеспечивают наличие контейнера (122) по любому из пп. 1-23;

обеспечивают наличие считывающего устройства (1504), причем считывающее устройство содержит первый ультразвуковой сканер (802) и второй ультразвуковой сканер (1502);

применяют считывающее устройство (1504), в результате чего первый ультразвуковой сканер (802) сканирует сканируемые элементы (1006), чтобы получить первый сигнал сканирования, показывающий идентификационный код контейнера (122), а второй ультразвуковой сканер (1502) сканирует окрестности сварного шва, чтобы получить второй сигнал сканирования, зависящий от указанных уникальных особенностей и/или указанного сигнатурного элемента поверхности.

25. Способ по п. 24, в котором

получают третий сигнал сканирования путем объединения точек пересечения первого сигнала сканирования и второго сигнала сканирования; и

сравнивают третий сигнал сканирования по меньшей мере с одним предварительно сохраненным сигналом, с тем чтобы аутентифицировать контейнер.

26. Способ по п. 24 или 25, в котором корпус (306) контейнера является по существу цилиндрическим, а крышка (308) круглой;

при этом при функционировании считывающего устройства (1504) поворачивают считывающее устройство (1504) вокруг оси, проходящей через центр крышки (308).

27. Способ по любому из пп. 24-26, также включающий размещение воды в верхней части крышки (308) таким образом, чтобы во время указанного функционирования считывающего устройства (1504) это считывающее устройство (1504) по меньшей мере частично было погружено в воду (1506).

28. Способ по любому из пп. 24-27, в котором во время указанного функционирования считывающего устройства (1504) первый ультразвуковой датчик (802) устанавливают так, чтобы направлять первые ультразвуковые волны под углом (α₁) падения к плоскости основной поверхности (902) крышки (308).

29. Способ по п. 28, в котором угол (α₁) падения получают по закону Снелла из разницы между скоростью первых ультразвуковых волн в воде и в материале, из которого изготовлена крышка (308).

30. Способ по любому из пп. 24-29, в котором крышка (308) и корпус (306) контейнера выполнены из меди.

31. Способ по п. 28 или 29, в котором крышка (308) и корпус (306) контейнера выполнены из меди, при этом угол (α₂) падения равен 50°, а угол (α1) падения равен 14°.

32. Способ по любому из пп. 24-31, в котором во время указанного функционирования считывающего устройства (1504) второй ультразвуковой датчик (1502) устанавливают так, чтобы направлять вторые ультразвуковые волны по существу параллельно плоскости основной поверхности (902) крышки (308), например, по существу горизонтально.

33. Способ по любому из пп. 24-32, в котором при сравнении третьего сигнала сканирования по меньшей мере с одним предварительно сохраненным сигналом:

используют идентификационный код, полученный из первого сигнала, извлекают по меньшей мере один предварительно сохраненный сигнал, причем каждый предварительно сохраненный сигнал представляет собой предварительно сохраненный верификационный сигнал или сигнатуру;

вычисляют коэффициент корреляции между третьим сигналом сканирования и указанным предварительно сохраненным сигналом; и

определяют, что контейнер (122) является аутентичным, если коэффициент корреляции больше предварительно заданного порога, указывающего на аутентичность.

34. Записываемый, перезаписываемый или записанный носитель информации, на котором записаны или сохранены машиночитаемые данные, определяющие команды или преобразуемые в команды, предназначенные для выполнения схемой обработки и соответствующие по меньшей мере этапам способов, изложенных в любом из пп. 24-33.

35. Служебная вычислительная машина, включающая в себя устройство связи и запоминающее устройство и приспособленная для передачи по требованию или иным образом данных, определяющих команды или преобразуемых в команды, выполняемые схемой обработки и соответствующие по меньшей мере этапам, изложенным в любом из пп. 24-33.