Контейнер для транспортировки радиоактивного материала Советский патент 1985 года по МПК G21F5/00 

Изобретение относится к защитным контейнерам для транспортировки радиоактивного материала и предназначено для транспортировки облученных топливных элементов для ядерног реактора. Известен контейнер для транспортировки радиоактивного материала, содержащий массивный металлический цилиндр, герметически закрытый внизу и вверху flj. Недостатком данного контейнера является отсутствие противоударных демпферов, что при его падении может привести к повреждению корпуса и невозможности дальнейшего использования. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является контейнер для транспортировки радио активного материала, содержащий по крайней мере один съемный противоударньй демпфер, установленный на одном из торцов контейнера 2. Известный контейнер изготовлен из массивного кованого стального цилиндра, герметически закрытого внизу и вверху, чтобы он вьщержал аварии без повреждения Массивный стальной корпус не пропускает гамма излучения. Для экранирования против нейтронного излзгчения контейнер снабжен наружным кожухом, заполненным водой. Боковые ребра охлаждения служат, с одной стороны, для отдачи тепла, а с другой - для поглощения энергии в момент бокового удара кон тейнера. На концах контейнера могут быть предусмотрены противоударные демпферы, которые находят применени как в качестве экрана для защиты от нейтронов, так и в качестве поглоти теля энергии. Однако способность по лощать энергию в момент удара у кон тейнеров являются недостаточной. В зависимости от угла падения и положения контейнера в момент удара мож но получать неравномерные величины замедления и местами очень высокие пики замедления, что может повлечь за собой опасное повреждение контей неров. Цель изобретения - повьшение надежности транспортировки за счет улучшения амортизации при ударе. Поставленная цель достигается тем, что в контейнере для транспортировки радиоактивного материала, содержащем по крайней мере один съемный противоударньй демпфер, установленный на одном из торцов контейнера, противоударньй демпфер выполнен из двух выпукльк наружу чашек, являющихся стенками герметически закрытой полости. В полости противоударного демпфера помещена в качестве поглощающего энергию материала бальзовая древесина, волокна которой расположены параллельно оси контейнера. Боковая поверхность противоударного демпфера имеет тороидальную форму. На фиг. 1 изображен порожний транспортный контейнер (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - то же, для семи облученных топливных элементов (поперечный разрез); на фиг. 3 то же, для семнадцати облученных топливных элементов, поперечный разрез; на фиг. 4 - топливные элементы, транспортируемые в контейнере; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 1. Транспортный контейнер состоит из цилиндрического корпуса 1 (фиг.1) коробки 2, для переноски топливных элементов, внутренней запорной крышки 3, наружной крышки 4 контейнера и двух установленных на концах контейнера противоударных демпферов 5 и 6. Для подъема контейнера предусмотрено шесть опорных цапф 7, четыре из которых установлены на верхнем конце, а две - на нижнем конце. . Цилиндрический корпус 1 имеет дно 8, кроме того, на нем установлена внутренняя запорная крьшка 3. Цилиндрический корпус 1, дно 8 и внутренняя запорная крышка 3 выполнены из углеродистой стали и обеспечивают защиту от гамма-излучения. Полость контейнера и наружные части покрыты нержавеющим стальным листом. Цилиндрическая часть контейнера окружена водяной оболочкой 9. Последняя распространяется в осевом направлении между нижними и верхними опорными цапфами 7 для экранирования активной зоны топливных элементов. Вода служит в качестве экрана для защиты от быстрых нейтронов. Наружный кожух 10 водяной оболочки снабжен выполненными по периметру кольцеобразными ребрами 11 охлаждения из стали, предназначенными для передачи тепла. На верхнем конце наружного кожуха 10 находится кольцеобразная камера

3

12расширения, отделенная от воды. В этой камере 12 расширения, заполненной газом, расположены два концентрически установленных сильфона

13из нержавеющей стали. При расширении воды газ в камере 12 расширения сжимается между сильфонами 13 и последние расширяются. Нормальное рабочее давление воды составляет приблизительно 2 бар. Для защиты наружного кожуха.10 от воздействия слишком высокого давления воды он снабжен несколькими небольшими шайбами с заданным местом излома. Для впуска и вьшуска воды предусмотрены клапаны, установленные на противоположных сторонах на нижнем конце наружного кожуха 10. Другой клапан входит в камеру 12 расширения и служит для заполнения этой камеры газом и для ее опорожнения.

Наружньй кожух 10 закрыт на нижнем и верхнем концах вьшолненными по периметру толстыми боковыми ребрами 14, служащими дляамортизации ударов.

Для контроля температуры контейнера предусмотрены температурные датчики, входящие в контейнер до разной глубины. Температурные датчики расположены в самой горячей области цилиндрического корпуса 1 контейнера непосредственно перед ребрами охлаждения. Температурные датчики размещены в трубе, причем тйким образом, что рассеянные гамма-лучи не имеют свободного выхода . Общая длина цилиндрического корпуса 1 контейнера составляет 5,29 м. Глубина контейнера, измеренная от поверхности фланца 15 до дна контейнера, составляет 5,12 м. В случае насаживания внутренней запорной крьппки 3 и отсутствия распорных шайб максимальная глубина составляет 4,675 м.

Стальные ребра 11 охлаждения покрыты защитным слоем эпоксидной смолы которьй можно обеззараживать от радиоактивных веществ. Все другие неза1цищенные части контейнера, за исключением массивных нержавеющих стальных ребер 14 на концах наружного кожуха, выполнены из нержавеющей стали или покрыты по меньшей мере слоем нержавеющего стального листа, толщина которого составляет 3 мм. Внутренние вогнутые поверхнос ти контейнера также покрыты нержаве446324

ющей сталью. .Для обеспечения безопасности транспортный контейнер имеет две крьш1ки.- Для закрывания контейнера служат внутренняя запорная

5 крьш1ка 3 с кольцевым фланцем 15 и крепежными болтами 16, наружная крьш1ка 4 контейнера с крепежными болтами 17, три металлических кольца круглого сечения (не показаны) и

10 фланец 18 с отверстиями для крепежных болтов 19 противоударных демпферов 5 и 6. На внутренней запорной крьппке 3 можно закреплять различные ограничи15 тельНые распорные шайбы, чтобы размеры полости контейнера можио было приспосабливать к длине различных i транспортируемых топливных стержней. ВнутреннАя запорная крьшка 3 и заМ крепленные на ней болтами ограничительные распорные шайбы образуют цельную транспортную единицу. Так : 1сак внутренняя запорная крьшка 3 ; изготовлена из стали, она обеспечи-

25 вает достаточное экранирование против гамма-излучения. Оба противоударных демпфера 5 и 6, заполненные бальзовой древесиной 20, обеспечивают экранирование нейтронного излучения.

j Двадцать четыре равномерно распре- деленных болта 16 фиксируют внутреннюю запорную крышку 3 при помощи кольцевого фланца 15 на корпусе 1

- контейнера. Верхнюю крышку 4 контейнера фиксируют двенадцать дополнительных, также равномерно распределенных болтов 17. Для закрепления противоударных демпферов 5 и 6 служат

0 кольцевой фланец 18 и восемь других равномерно распределенных болтов 19. Болты 16-19, кольцевые фланцы 15 и 18 и верхняя крышка 4 контейнера выполнены из нержавекщей стали. Внут 5 реняя запорная крьшка 3, в свою очередь, покрыта нержавеющим стальным листом.

Коробки 2 и 21 можно вставлять в jg транспортный контейнер. Коробка 2 ((фиг. 2) служит для размещения в ней семи топливных элементов, а котробка 21 (фиг. 3) - для размещения в ней семнадцати топливных элементов. 55 Коробки 2 и 21 обладают высокой внутренней прочностью и обеспечивают экранирование против нейтронов для безопасной транспортировки топливНЫХ элементов. При этом коробки вы полиены противоударньми. В нормальном транспортиро ка топливных элементов осуществляет ся в сухом состоянии. Предусмотренные для этого коробки 2 и 21 состоя из насажанных одна на другую толсты отлитых алюминиевых шайб 22, соединенных нержавею1цими болтами 23 (фиг. 1). Между внутренней стенкой контейнера и алюминиевыми шайбами 22 предусмотрен, принимая по внимание термическое расширение, зазор. Внутри коробок 2 и 21 предусмотрены продолговатые каналы 24 для топливных элементов, выполненные из нержа веющей бористой стали, с добавкой 1вес.% нейтрального бора для погло щения нейтронов. Коробки 2 и 21 сна жены также нижними ограничительньми распорными пластинками 25 (фиг. 4) для топливных элементов. Между кана ламк 24 для топливных элементов предусмотрены цилиндрические отверстия 26, в которых имеется смесь графита и карбида бора, причем последняя помещена в нержавекицие стал ные трубы. Эта смесь является также составной частью экрана для защиты от нейтронов. Топливные элементы 27-29 можно транспортировать с защитной оболочкой 30 или без нее. Если транспорт тировка осуществляется беэ дополнительной защитной оболочки, то необходимо приварить к нижним ограничительньм распорным пластинкам 25 дополнительные каналы, выполненные из нержавеющей стали, которые вдавливаются снизу в каналы 24 (фиг. 1) Один или несколько каналов 24, выполненных из нержавекяцей бористой стали, можно смонтировать в коробке 2с возможностью их удаления. После удаления этих каналов 24 мсикно вдвинут в свободную полость специальные защит.ные контейнеры для поврежденных топливных элементов. Остальные, неyдaляe a ie, каналы 24 приварены к . верхней нержавеющей стальной плите 31 (4иг. 4) коробки 2 (фиг. 1). Таким образом обеспечивается термическое расширение вниз. В случае транспортировки топливных элементов в мокром состоянии в каналы 24 вдвинуты тонкостенные трубы из бористой стали, для предот вращения изгиба которых предусмотре ны разжимные кольца 32, расположенные на определенном расстоянии одно от другого. В этих разжимных кольцах 32 выполнены отверстия, чтобы вода могла свободно циркулировать. В горизонтальном транспортнсж положении разжимные кольца 32 воспринимают вес топливных элементов. Для того, чтобы коробку 2 или 21 можно было вдвинуть в транспортный контейнер прямолинейно без возмож- . ности ее поворачивания или перемещения во время транспортировки на наружной поверхности коробки выполнен продольный паз в который входит соответствующий выступ, выполненный на внутренней стенке контейнера. Опорные цапфы 7 служат, с одной стороны для подъема контейнера для транспортировки, а с другой - для его закрепления на транспортной йодложке. Б качестве транспортной подложки можно использовать, например, седельное устройство, приваренное к транспортной каретке. Опорные цапфы 7 ввинчены в корпус 1 контейнера с возможностью их удаления. Они являются, за исключением их внутренних участков, деформируемыми. Две нижние опорные цапфы 7 установлены эксцентрично по отношению к оси 33 (фиг.1) контейнера в целях обеспечения опрокидывания транспортного контейнера в опре; еленную сторону при его опускании на седельное устройство. Опорные цап4и 1 и болты выполнены из нержавекнцей стали. Противоударные демпферы 5 и 6 состоят в основном из толстостенной наружной чашки 34, тонкостенной внутренней чашки 35, набивки из бальзовой древесины 20, кольцевого фланца 36 и;нескольких труб 37. Обе чашки 34 и 35 приварены снаружи к кольцевому фланцу 36, котор служит для центрирования противоударного демпфера при его насаживании. Он закреплен на цилиндрическом корпусе 1 контейнера болтами 19. Проходящие через демпфер 5 толстостенные трубы 37 приварены к наружной чашке 34 и к кольцевому фланцу 36. Через трубы 37 можно вдвинуть болты 19. В случае падения транспортного контейнера в осевом направлении вниз кинетическую энергию в момент удара поглощают следующие детали: круглая в горизонтальной проекции выпуклая наружу наружная чашка 34, которая является в осевом направлении относительно мягкой и податливой; набивка из бальзовой древесины 20, волркна которой направлены параллельно отношению к оси 33 кон тейнера (бальзовая древесина может поглощать значительную часть кинетической энергии); жесткие трубы 37, поглощающие приблизительно 50% энергии при -деформации. .. В случае удара боковой стенки транспортного контейнера кинетическую энергию поглощает выполненная в виде тора часть 38 наружной чашки 34, А также массивные концевые ребра 14. Они деформируются приблизительно одновременно и поглощают примерно одинаковое количество энер гии. Поглощение кинетической энергии удара бальзовой древесиной в этом случае отсутствует ввиду ориен тации ее волокон. В случае удара кромки транспортного контейнера имеет место комбинация обоих указанных выше случаев поглощения энергии, причём бальзовая древесина поглощает в зависимое ти от угла удара большее или меньше количество энергии. Предлагаемое выполнение транспор ного контейнера допускает равномерное замедление и поглощение энергии во всех направлениях без отрицатель ных пиков замедления, которые можно наблюдать при использовании известHbtx контейнеров, в которых только ребра являются деформируемьми. Преимуществом является также равномерное распределение работы деформации по наружной поверхности предлагаемого транспортного контейнера. Опорные цапфы 7 являются деформи руемыми и также могут поглощать кин тическую энергию в случае, если они }при падении контейнера набок ударяются торцовой стороной. Наружные чашки 34 и все трубы 37 выполнены из нержавеющей стали. Полость между наружной и внутренней чашками герме тически закрыта, чтобы набивка из бальзовой д ревесины не могла по1 лощать влагу.. Для транспортировки контейнер устанавливается горизонтально на седельном устройстве с кареткой.При этом седельное устройство поддерживает опорные цапфы. Для железнодо рожного транспорта каретка устанав-ливается на вагоне-платформе или на специальном грузовом вагоне с платформой. В первом случае вся установка, состоящая из каретки, контейнера и крьш1ки, имеет размеры стандартного контейнера, так что эту установку можно транспортировать дальше и на . судне. В случае транспортировки на грузовом вагоне с платформой, центр тяжести находится ниже, так что можно достигнуть более высоких скоростей при транспортировке. Полость контейнера доступна через внутреннюю запорную крышку 3, прижатую кольцевым фланцем 15, через два клапана 39 (фиг. 5-6) и через небольшие закрываемые отверстия для отбора проб, выполненные во внутренней запорной крьопке 3. Герметичность полости обеспечена обоими клапанами 39, а также металлическими кольцами круглого сечения, расположенньми между кольцевым фланцем 18 и внутренней запорной, крышкой 3 и между фланцем 18 и соответствующей уплотняющей поверхностью корпуса 1 контейнера. Отверстие для отбора проб и контроля атмосферы в полости выполнено в опорной цапфе 40 внутренней запорной КрЬШ1КИ 3. Наружное пространство контейнера закрыто наружной крышкой 4 контейнера и крьш1ками клапанов. Между наружной крышкой 4 контейнера и корпусом 1 контейнера размещены пластмассовые кольца круглого сечения, в то время .как крьш1ки клапанов уплотнены по отношению к клапанам металлическими кольцами круглого сечения. В наружной крышке 4 контейнера и в крьооках: клапанов предусмотрены отверстия для отбора проб и контроля. Они . служат также для контроля герметичности полости. Преимущество двух полостей состоит в том, что клапан между ними можно непрерывно контролировать относительно утечки радиоактивного материала. Все удаляемые части полости контейнера, за исключением отлитых алюминиевых шайб в коробке, выполнены из нержавеющей стали или покрыты слоем нержавеющего стального листа, толщиной 3 мм. Нержавеющая

9

сталь является устойчивой к действи следуювцос жидкостей для очистки и обеззараживания: деминерализованной воды, азотной кислоты, раствора едкого натра и раствора нитрофтора с 5% фтора.

Нижнюю часть полости контейнера можно очищать через нижние клапаны.

Все наружные поверхности коятейнера, включая жидкостный насос, также покрыты нержавеищим стальным листом, за исключением участка с ребрами охлаждения. При выгрузке транспортного контейнера в мокром состоянии, когда он погружается в выгрузочньй бассейн, участок с ребрами охлаждения покрывается специальным щитом. Последний состоит из цилиндрического кожуха из нержавеющей стали, снабженного надуваемыми резиновыми прокладками. Перед погружением транспортного контейнера в выгрузочный бассейн он доводится до вертикального положени и закрепляется при помощи нижних опорных цапф 7 на основании. Затем прикрепляется кожух из нержавеющей стали, который уплотняется при помощи надуваемых резиновых прокладок. На нижнем конце кожуха, напротив клапана контейнера, предусмотрена съемная крышка в целях .соединения трубопроводов с клапаном контейнера и после прикрепления кожуха. Во время этой операции кЛапан между верхней и нижней прокладками можно уже опорожнять, в то время.

4463210

как участок с ребрами охлаждения еще окружён водой.

Если транспортный контейнер погружен, то давление воды между J обеими надуваемьми резиновыми прокладками на обоих концах выше, чем снаружи, так что вода выгрузочного бассейна не может попасть в полость ребер. На ребрах нанесена эпоксидная краска, допускающая в случае радиоактивного заражения легкую очистку и обеззараживание.

После прикрепления кожуха необходимо отвести ввделяющееся тепло путем охлаждения участка с ребрами охлаждения. Для этого надо предусмотреть на кожухе присоединения дпя охлаждающей воды.

Отвод тепла из контейнера осуществляется путем конвекции и излучения тепла, прежде всего через ребра охлаждения, так как оба противоударных демпфера представляют собой теплоизоляцию. Небольшое количество тепла отводится через опорные и неснабженную ребрами поверхность кожуха.

В момент удара контейнера после свободного падения нпи при пожаре принимаются в расчет потери воды в кожухе 10. Порожний кожух 10 слзокит затем в качестве изолирующего слоя, а тепло отдают только располоокенные во внутренней части ребра охлаждения.

Различные аварийные случаи можно имитировать и исследовать с помощью вычислительных устройств.

Фаг. 2«7/

Фиг.З

1. КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ РАДИОАКТИВНОГО МАТЕРИАЛА, содержащий по крайней мере один съемный противоударный демпфер, установленный на одном из торцов контейнера, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности транспортировки за счет улучшения амортизации при ударе, противоударньй демпфер выполнен из двух выпуклых наружу чашек, являющихся стенками герметически закрытой полости. 2.Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в полости противоударного демпфера помещена в качестве поглощающего энергию материала бальзовая древесина, волокна которой расположены параллельно оси i контейнера. 3.Контейнер по п.1, отли(/) чающийся тем, что боковая поверхность противоударного демпфера имеет тороидальную форму.

JO

Х

25 Фиг. 4

Фаг. 5 В-В