КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК РЕАКТОРА ТИПА ВВЭР
CONTAINER FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF SPENT FUEL ASSEMBLIES OF VVER-TYPE REACTOR

Изобретение относится к конструкциям контейнеров из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом для транспортирования и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора типа ВВЭР-1000/1200.
Известен контейнер для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива включающий литой корпус из чугуна с шаровидным графитом с влитыми профильными металлическими трубами из борсодержащей стали ЧС82, размещенные вокруг центральной трубы на опоре.
(RU 187096, G21F 5/00, опубликовано 19.02.2019)
Недостатком известного технического решения является недостаточная теплопередача и нейтронная защита, что требует включение в состав устройства дополнительных вставок и формирование тепловых мостиков, что повышает трудоемкость изготовления и эксплуатации известного устройства.
Наиболее близким по технической сущности является контейнер для транспортирования и хранения тепловыделяющих сборок, включающий центральную несущую трубу из коррозионно-стойкой стали, соединенную с опорой, на которую коаксиально трубе установлены скрепленные между собой по высоте секции, каждая из которых выполнена из двух разделенных стойками решеток из стали с размещенными между ними шестигранными отверстиями, образованными алюминиевыми трубами, которые снабжены внутри пластинами из борсодержащего композита. При этом шестигранные отверстия различных секций совмещены между собой, а в верхней части несущая труба снабжена головкой под грузозахватное устройство. Известное техническое решение позволяет размещать максимальное количество тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР-1000/1200 в чехле контейнера.
(RU 2642853, G21F 5/00, опубликовано 29.01.2018)
Недостатком данного контейнера является весьма сложная сварно-сборная конструкция из разнородных металлических материалов и соответственно высокая трудоемкость изготовления, эксплуатации и ремонта.
Задачей и техническим результатом изобретения является обеспечение размещения в контейнере максимального количества тепловыделяющих сборок реакторов типа ВВЭР, а также простоту изготовления контейнера с обеспечением высокого уровня нейтронной защиты и теплоотвода.
Технический результат достигают тем, что контейнер для транспортирования и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора типа ВВЭР содержит размещенную на опоре центральную несущую трубу и установленные коаксиально трубе секции с вертикальными шестигранными отверстиями, при этом каждая секция выполнена из легированного гадолинием высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в виде цельнолитого цилиндра с центральным отверстием и с толщиной стенок между шестигранными отверстиями 50-55 мм.
Технический результат также достигают тем, что в верхней части несущая труба снабжена головкой под грузозахватное устройство
Согласно предлагаемому изобретению новая конструкция контейнера имеет следующие преимущества:
- за счет литой структуры секций обеспечивается более эффективный отвод тепловой энергии от тепловыделяющих сборок к корпусу и в окружающее пространство;
- применение цельнолитых секций из чугуна с шаровидным графитом вместо сварно-сборных из разнородных материалов существенно упрощает конструкцию контейнера в целом и его эксплуатационную надежность;
- цельнолитые секции из легированного гадолинием чугуна с шаровидным графитом с толщиной стенки 50-55 мм обеспечивают высокую нейтронно-поглощающуюся способность контейнера.
На фиг. 1 изображена конструкция контейнера для размещения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000/1200; на фиг. 2 - цельнолитая секция контейнера.
Контейнер представляет собой конструкцию, содержащую центральную несущую трубу (1) из нержавеющей стали, размещенную на опоре (2), цельнолитые скрепленные между собой секции (3) из легированного гадолинием чугуна в шаровидным графитом, снабженные одним центральным отверстием и вертикальными шестигранными отверстиями (4) для размещения отработавших тепловыделяющих сборок. При этом секции (3) установлены на опоре (2) коаксиально несущей трубе с совмещением шестигранных отверстий по всей высоте контейнера. В верхней части несущая труба (1) снабжена головкой (5) под грузозахватное устройство.
Каждая секция представляет собой цилиндрическую отливку (фиг. 2) с литыми шестигранными отверстиями с толщиной стенок между отверстиями 50-55 мм, обеспечивающими после сборки размещение в них тепловыделяющих сборок с необходимыми зазорами. Оптимальная толщина стенок между отверстиями а=50-55 мм обеспечивает как высокий уровень поглощения нейтронного излучения сборок, так и максимально возможный уровень теплопереноса от сборок к корпусу контейнера.
Для отливки секций возможно использовать известный радиационностойкий чугун с шаровидным графитом, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, ванадий, магний, кальций, церий, бор, барий, гадолиний, серу, фосфор, кобальт и железо при следующих соотношениях компонентов, мас. %: углерод 2,5-3,5; кремний 1,8-2,6; марганец 1,5-2,5; никель 9,4-11,0; медь 6,0-7,0; хром 0,06-0,10; ванадий 0,06-0,10; магний 0,03-0,05; кальций 0,01-0,03; церий 0,01-0,03; бор 0,006-0,10; барий 0,01-0,15; гадолиний 0,6-3,0; серу 0,004-0,01; фосфор 0,004-0,04; кобальт 0,002-0,12, железо остальное.
Однако наиболее целесообразным является использование высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, обеспечивающим более точное литье шестигранных отверстий секции. Указанный высокопрочный чугун с шаровидным графитом содержит углерод, кремний, марганец, никель, магний, гадолиний, фосфор, серу и железо при следующем соотношении компонентов, мас. %: углерод 3,6-3,9; кремний 2,0-2,4; марганец 0,15-0,35; никель 0,5-1,0; магний 0,05-0,09; гадолиний 0,25-0,50; фосфор 0,01-0,03; сера 0,010-0,015; железо остальное.
Выплавку чугуна и литье ведут стандартными способами. После литья секции подвергают необходимой механической обработке с формированием элементов резьбового соединения между собой и опорой.
Сборку контейнера осуществляют следующим образом.
Цельнолитые механически обработанные цилиндрические секции последовательно снизу вверх устанавливаются друг на друга на опоре (2) коаксиально несущей трубе (1) с совмещением шестигранных отверстий секций по всей высоте контейнера. Секции скрепляют между собой шпильками-стяжками из нержавеющей стали (не показано) или иным способом. Собранный вышеописанным способом контейнер размещают в полости чехла контейнера с обеспечением заданного радиального зазора для обеспечения требуемого теплопроводящего контакта между наружной поверхностью контейнера и внутренней поверхностью чехла контейнера в загруженном состоянии.