ТРАНСПОРТНЫЙ УПАКОВОЧНЫЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к ядерной энергетике, к устройствам для транспортирования и хранения высокоактивного отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС), исследовательских реакторов (ИР) и судовых установок и может быть использовано для транспортирования отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) с учетом возможности возникновения аварийных ситуаций.
В соответствии с нормами ядерной и радиационной безопасности и рекомендациями МАГАТЭ упаковочные комплекты должны обеспечивать высокие радиационно-защитные и прочностные свойства, в том числе при аварийных ситуациях, возможных в процессе транспортирования и хранения ОТВС. Наряду с этим ТУК, создаваемые для транспортировки и хранения высокоактивного ОЯТ, должны обеспечивать возможность использования существующей инфраструктуры, предназначенной для обращения с ОЯТ.
Для транспортирования и хранения ОТВС используются транспортные упаковочные комплекты (ТУК), которые в связи с отсутствием или нехваткой мощностей по переработке ОЯТ используются также для промежуточного, а иногда и длительного хранения ОТВС. Кроме того, емкости приреакторных бассейнов выдержки (хранилищ), в которых хранятся ОТВС ядерных реакторов АЭС, практически переполнены. Для уменьшения срока хранения ОЯТ в бассейнах выдержки необходимо транспортировать к месту промежуточного или окончательного хранения высокоактивное ОЯТ, что предъявляет повышенные требования к обеспечению эффективного отвода тепла, поскольку при транспортировании ОТВС является возможность возникновения неконтролируемой самопроизвольной цепной реакции деления ядер, которая сопровождается выделением значительной энергии вплоть до возникновения теплового взрыва.
Для стабилизации температуры на поверхности контейнеров задачу отвода мощного теплового потока осуществляют с использованием систем охлаждения.
Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива (патент ФРГ №3816195, МПК G21F 5/00, опубл. 1989.11.23.), содержащий корпус из бетона, в боковой стенке которого установлены каналы охлаждения в виде вертикальных металлических труб, отделенных от бетона тепловой изоляцией.
Недостатком данной конструкции является то, что расположение охлаждающих каналов вблизи топливных элементов приводит к активизации протекающего по ним воздуха, кроме того, при попадании в очаг пожара контейнер подвержен сильному воздействию высокой температуры с разрушением бетона и потерей герметичности.
Известен железобетонный контейнер для хранения и транспортировки отработавших ТВЭЛ ядерного реактора (RU 2082232 C1, G21F 5/008, опубл. 1997.06.20). Известный контейнер представляет собой цилиндрический двухстенный резервуар с днищами, выполненный из стали, закрываемый защитным перекрытием с устройством его крепления и герметизации. В кольцевом пространстве между оболочками с днищами установлена арматура в виде прутков-тепловодов. Наружная стальная оболочка выполнена оребренной и не имеет жесткой связи с бетоном и внутренней стальной оболочкой. Конструктивная схема железобетонного контейнера позволяет максимально наполнить стальными прутками-тепловодами бетонное заполнение стенки, что увеличивает в 2-3 раза общий коэффициент теплопроводности по сравнению с одним бетоном и позволяет отводить через стенку тепловые потоки, сравнимые с потоками в стальных контейнерах, без снижения радиационной безопасности. Однако конструктивная схема контейнера предполагает большой объем сварочных работ, что приводит к снижению ударной вязкости материала, например арматуры и внутренней стальной оболочки и ее днища, при эксплуатации контейнера в условиях низких температур, например, при минус 50°С. К недостаткам известного контейнера также можно отнести применение литого высокопластичного бетона. Подобные бетоны имеют сравнительно невысокие прочность и трещиностойкость.
Известен железобетонный контейнер (патент РФ №2082233, МПК G21F 5/008, опубл. 1997.06.20), предназначенный для хранения и транспортировки ОЯТ и содержащий корпус с крышкой, состоящий из наружной и внутренней оболочек, между которыми размещены материал радиационной защиты и контактирующие с оболочками арматурные теплопроводящие элементы, чехол для размещения отработавшего топлива и каналы охлаждения, соединенные о атмосферой. Каналы охлаждения выполнены в виде кольцевого зазора между наружной металлической оболочкой корпуса и наружным кожухом с тяговой трубой, который надет на контейнер. Недостатком известного контейнера является отсутствие непосредственного охлаждения чехла с отработавшим топливом и донной части контейнера, которые изолированы от наружной оболочки корпуса, активно охлаждаемой обтекающим воздухом, другими элементами контейнера. Кроме этого, недостаточное охлаждение вызвано ограниченным отводом тепла от внутренней оболочки арматурными теплопроводящими элементами, выполненными в
виде прутков, что объясняется малой площадью контакта (в виде точек) прутков с оболочками.
Известен конвекционно-охлаждаемый контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива (патент RU 2231837, МПК G21F 5/008, опубл. 2004.06.27), содержащий корпус с крышкой, состоящий из наружной и внутренней оболочек. Между оболочками размещены материал радиационной защиты и арматурные теплопроводящие элементы, контактирующие с наружной и внутренней оболочками. Контейнер содержит чехол для отработавшего топлива и соединенные с атмосферой каналы охлаждения. Чехол размещен в выемном металлическом сосуде, который выполнен с теплоотводящими ребрами, снабжен, по крайней мере, двумя герметичными крышками. Он установлен посредством ребер, контактирующих с внутренней оболочкой, внутри корпуса с образованием зазора для прохода воздуха. При этом часть каналов охлаждения выполнена в боковой стенке корпуса в виде металлических труб, проходящих снизу вверх и жестко соединенных с арматурными теплопроводящими элементами, а другие каналы выполнены в нижней части корпуса и крышке и сообщены с зазором.
Известный конвекционно-охлаждаемый контейнер обеспечивает увеличение теплоотвода за счет создания независимых конвекционных воздушных потоков. Однако, если принять во внимание, что оболочки ОТВС могут иметь повреждения, возникшие при эксплуатации в реакторе, или при транспортировании, или в результате протекания коррозионных процессов после длительного хранения в бассейнах выдержки, то появляется опасность перехода газообразных и летучих радионуклидов из-под оболочки ОТВС в полость контейнера и по конвекционным каналам в окружающую среду и снижается уровень радиационной защиты. К недостаткам известного контейнера также можно отнести то, что в нем не предусмотрены средства амортизации при кантовании контейнера в возможных транспортных аварийных ситуациях.
Наиболее близким по совокупности признаков является транспортный упаковочный комплект (ТУК) для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива в виде отработавших тепловыделяющих сборок RU 56704, G21F 5/008, опубл. 2006.09.10, содержащий выполненный из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом корпус контейнера, внутреннюю и наружную крышки, чехол для установки отработавших тепловыделяющих сборок и деревянные демпферы, установленные на торцах контейнера, корпус контейнера, и
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи обеспечения ядерной и радиационной безопасности транспортирования и хранения ОЯТ как в условиях
нормальной эксплуатации (хранение и транспортирование всеми видами транспорта), так и в аварийных ситуациях.
При решении указанной задачи полезная модель обеспечивает получение технического результата, заключающегося в увеличении отвода остаточного тепла в окружающую среду без перегрева ОТВС и наружной поверхности корпуса контейнера.
Указанный технический результат достигается тем, что в транспортном упаковочном комплекте для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива, содержащем корпус контейнера, внутреннюю и наружную крышки, чехол и демпферы, внутренняя и наружная поверхности корпуса контейнера и наружная поверхность чехла снабжены теплоотводящими элементами, например, в виде кольцевых или продольных ребер соответственно, при этом теплоотводящие элементы внутренней поверхности корпуса и наружной поверхности чехла выполнены сопряженными, а чехол выполнен металлическим монолитным с каналами для установки тепловыделяющих сборок.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фигуре изображен транспортный упаковочный комплект. ТУК содержит корпус 1 контейнера наружная и внутренняя поверхности которого снабжены теплоотводящими элементами в виде кольцевых точеных ребер 2, внутреннюю крышку 3 и наружную крышку 4, чехол 5, наружная поверхность которого снабжена продольными ребрами 6, и демпферы 7.
Корпус 1 контейнера выполнен из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Наличие графита в металлической матрице чугуна обеспечивает высокую защиту от радиоактивных излучений. Кроме того, корпус 1 контейнера имеет продольные каналы, заполненные термостойким полиэтиленом, обеспечивающим защиту обслуживающего персонала, населения и окружающей среды от нейтронного излучения.
Для увеличения поверхности передачи тепла между чехлом 5, корпусом 1 контейнера и окружающим воздухом наружная поверхность корпуса 1 контейнера имеет кольцевые точеные ребра 2, а внутренняя поверхность корпуса 1 контейнера и наружная поверхность чехла 5 имеют сопряженные ребра охлаждения 6, обеспечивающие интенсификацию теплоотвода от ОТВС к корпусу 1 контейнера и далее в окружающую среду в процессе транспортирования и временного хранения ТУК.
Торцевые деревянные демпферы 7 предназначены для демпфирования ударных нагрузок в случае возникновения аварийной ситуации при транспортировании.
Полезная модель может быть осуществлена следующим образом:
Укомплектованный ТУК поступает в помещение для загрузки. Перед загрузкой ОТВС в транспортный упаковочный комплект демонтируются демпферы 7 и
раскрепляются и удаляются на позицию хранения последовательно наружная крышка 43 и внутренняя крышка 3. Корпус 1 контейнера с чехлом 5 устанавливают в загрузочный бассейн, бассейн заполняется водой и осуществляется загрузка под водой герметичных отработавших тепловыделяющих сборок. После загрузки на корпусе 1 контейнера устанавливается внутренняя крышка 2. После контроля герметичности устанавливается наружная крышка 3. Далее корпус 1 контейнера извлекают из бассейна, затем устанавливаются демпферы 7 и ТУК транспортируют на площадку временного хранения. ТУК транспортируют и обслуживают в вертикальном положении.
Отработавшее топливо в виде ОТВС, находящееся в чехле 5, постоянно выделяет энергию, в том числе тепловую, тепловая мощность при полной загрузке может достигать нескольких десятков киловатт. Тепло, выделяясь из ОТВС, через стенку чехла передается корпусу 1 контейнера и далее в окружающую среду. Отвод тепла осуществляется путем конвекции и излучения тепла через теплоотводящие элементы 2 и 6.
Полезная модель позволяет транспортировать и хранить в нормальных условиях и при аварийных ситуациях в одном контейнере большое число ОТВС с высоким остаточным тепловыделением, обеспечивая температуру наружных поверхностей контейнера, не превышающую 85°С, а температуру ОТВС, не превышающую допустимые значения. Использование полезной модели обеспечивает снижение ударных нагрузок на транспортируемые ОТВС и повышает ядерную и радиационную безопасность транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива.