ХРАНИЛИЩЕ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
SPENT FUEL STORAGE

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к хранилищам отработавшего ядерного топлива, имеющим щелевое балочное перекрытие, и может быть использовано на АЭС или заводах по регенерации отработанного ядерного топлива.
Известна конструкция хранилища для отработанного ядерного топлива, в котором пеналы с отработанным ядерным топливом размещают только в межбалочном пространстве (патент РФ №2062516, МПК G21C 19/06, G21C 19/32, оп. 20.06.1996). Недостатком известного устройства является низкая теплоотдача от твэлов к воде в бассейне, обусловленная наличием только естественных конвективных потоков воды вдоль поверхности твэлов. Кроме того, недостатком известной конструкции является последовательный метод загрузки и выгрузки отработавших тепловыделяющих сборок, не позволяющий осуществить произвольное извлечение единичной сборки из линейки загруженных сборок.
Наиболее близким техническим решением является хранилище, содержащее водный бассейн, щелевое балочное перекрытие, цилиндрические пеналы с отработанным ядерным топливом (ОЯТ), размещенные непосредственно на балках посредством фланцев, и тепловыделяющие сборки [К.А. Острянин и др. Хранение отработавшего топлива на АСЭ, сборник материалов пятого симпозиума стран-членов СЭВ, ЧССР, Марианске Лазне, аперель 1981. "Исследования в области переработки облученного топлива и обезвреживание отходов", с.1-12].
Недостатками известного технического решения являются: низкая эффективность использования объема бассейна хранилища, низкая теплоотдача от твэлов к теплоносителю, а также невозможность произвольной загрузки и выгрузки единичной сборки в посадочные места хранилища.
Технической задачей, решаемой изобретением, является увеличение эффективности использования объема бассейна за счет повышения плотности хранения ОЯТ и обеспечение возможности произвольной загрузки и выгрузки тепловыделяющих сборок.
Техническим результатом является снижение количества воды в бассейне, приходящееся на единицу веса хранящегося ОЯТ при увеличении эффективности теплоотдачи.
Техническое решение поставленной задачи достигается тем, что известное хранилище отработанного ядерного топлива, содержащее бассейн с водой, в боковых стенках которого выполнены возвратные охлаждающие трубы, цилиндрические пеналы и тепловыделяющие сборки, снабжено трубопроводом с сжатым воздухом, полыми дисками, расположенными на дне бассейна и выполненными с перфорацией микроотверстиями в верхней своей поверхности и конусным посадочным местом в центре дисков, трубопровод с сжатым воздухом подсоединен к дискам, над которыми расположены скрепленные между собой цилиндрические пеналы, выполненные с отверстиями в нижней части пеналов, тепловыделяющие сборки расположены в цилиндрических пеналах.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображено хранилище отработанного ядерного топлива с удаленной передней стенкой бассейна и неполной загрузкой тепловыделяющими сборками, на фиг.2 показана часть дна хранилища (вид сверху) с дисками под тепловыделяющие сборки.
Хранилище отработанного ядерного топлива содержит бассейн 1 с водой, в боковых стенках которого выполнены возвратные охлаждающие трубы 2, на дне бассейна 1 уложены полые диски 3 с перфорацией микроотверстиями в верхней поверхности дисков и конусным посадочным местом в центре дисков 3, к которым подведен трубопровод 4 с сжатым воздухом, над полыми дисками 3 расположены скрепленные между собой цилиндрические пеналы 5 с отверстиями 6 для пропуска воды в нижней части пеналов 5, в цилиндрические пеналы 5 размещаются тепловыделяющие сборки 7, уровень 8 воды в бассейне 1 задается таким образом, чтобы полностью накрыть тепловыделяющие сборки 7 и верхние отверстия возвратных охлаждающих труб 2.
Хранилище отработанного ядерного топлива работает следующим образом.
Загрузочный механизм по координатам центров цилиндрических пеналов 5 осуществляет позиционирование захвата и производит загрузку тепловыделяющей сборки 7 в выбранный цилиндрический пенал 5. Тепловыделяющие сборки 7 своей хвостовой частью совмещаются с конусным посадочным местом в полом диске 3 на дне бассейна 1 и стенками пеналов 5 удерживаются в вертикальном положении. Поскольку стенки цилиндрических пеналов 5 скреплены между собой и образуют пространственную сотовую структуру, то жесткости решетки пеналов 5 достаточно для удержания сборок в вертикальном положении. Тепловыделяющая сборка 7 омывается водой бассейна 1 и за счет остаточного тепловыделения нагревает эту воду. Нагретая вода конвективными потоками поднимается вверх и по возвратным охлаждающим трубам 2 возвращается в нижнюю часть бассейна 1. Поскольку скорость и интенсивность конвективных потоков невелики, то для увеличения теплоотдачи от твэлов тепловыделяющих сборок 7 в полые диски 3 подается сжатый воздух, который через микроотверстия в верхней части дисков 3 пузырьками выдавливается в нижнюю часть тепловыделяющей сборки 7 и поднимается вдоль поверхности твэлов. Образуется явление аэрлифтинга, при котором скорость движения воды вдоль твэлов существенно возрастает по сравнению со скоростью конвективных потоков и соответственно увеличивается теплообмен между твэлами и водой в бассейне 1. Вертикальные потоки снизу-вверх в бассейне 1 компенсируются потоками сверху-вниз в возвратных охлаждающих трубах 2.
Использование изобретения обеспечивает повышение плотности размещения сборок в объеме бассейна, так как отсутствуют поперечные балки, на которых вывешиваются тепловыделяющие сборки. Повышение плотности размещения сборок имеет следствием снижение количества воды в бассейне, приходящееся на единицу веса хранящегося отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Создание эффекта аэролифтинга ведет к увеличению скорости движения воды в пристеночном слое твэлов, что позволяет увеличить теплообмен между твэлами и водой в бассейне. Другими словами возможно выполнение температурных условий хранения ОЯТ при меньшем количестве воды в бассейне. Кроме того, предложенное техническое решение позволяет осуществить произвольный режим загрузки и выгрузки тепловыделяющих сборок по координатам пеналов в бассейне, что позволяет обеспечить контроль за состоянием сборок и удалять из хранилища сборки с признаками разрушения твэлов.