АМПУЛА ДЛЯ ОТРАБОТАВШЕЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ
CARTRIDGE FOR SPENT FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к ампуле, в которой размещается пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000. Загруженные пучками твэлов ампулы транспортируются в транспортном упаковочном комплекте железнодорожным транспортом в сухое хранилище, где перегружаются в пеналы для их долговременного хранения.
ОТВС реактора РБМК-1000 состоит из двух пучков твэлов, соединенных между собой центральным стержнем и подвески. Известны способы обращения с отработавшим ядерным топливом реактора РБМК-1000, включающие в себя разделку двухпучковой топливной сборки ядерного реактора на пучки твэлов, установку пучков твэлов в ампулы с фиксацией на них крышек, загрузку ампул с пучками твэлов в гнезда предназначенных для этого транспортных чехлов и установку их после заполнения всех гнезд в соответствующие транспортные контейнеры (см. патенты РФ №2226011 и №2326046). Оба известных способа разделки ОТВС включают в себя отрезку подвески ОТВС, а затем верхнего пучка твэлов и установку его в ампулу. Нижний же пучок твэлов поворачивают кантователем на 180 градусов силовой решеткой вверх для обеспечения установки на него крышки-захвата.
Известна ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010, G21F 5/008), содержащая цилиндрический корпус с дном, выполненный высотой, позволяющей захвату иметь доступ к силовой решетке пучка твэлов, устанавливаемого с опиранием каркасной трубой на дно ампулы, в котором помещен пучок отработавших твэлов, крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства, в виде пружинного разрезного кольца, снабженную пружиной, обеспечивающей фиксацию в ампуле пучка твэлов разной длины и установленную в корпусе с зазором в виде лабиринтного уплотнения, препятствующего высыпанию частиц топлива из ампулы и обеспечивающего возможность проведения осушки пучка твэлов, загруженного в ампулу. Фиксация крышки осуществляется запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, требующего при снятии крышки его сжатия стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы. При размещении в известной ампуле верхнего пучка твэлов ОТВС ее центральный стержень опирается в дно ампулы, а цилиндрическая часть верхнего наконечника ОТВС входит во внутреннюю полость пружины на крышке. Пружина на крышке фиксирует верхний пучок твэлов в ампуле после установки крышки. Нижний пучок твэлов размещается в известной ампуле аналогичным образом после его кантования на 180 градусов. При установке крышки на корпус ампулы, в который установлен перекантованный на 180° нижний пучок твэлов, центральный стержень, выходящий из нижнего наконечника также входит во внутреннюю полость пружины крышки, а пружина опирается на нижний наконечник.
Недостатком известной ампулы является необходимость кантования нижнего пучка твэлов на 180 градусов перед его установкой в известную ампулу, для чего в защитной камере установлен дистанционно управляемый кантователь нижнего пучка твэлов. Установка в известную ампулу нижнего пучка твэлов без его кантования на 180 градусов потребует увеличения длины корпуса ампулы вследствие того, что пружина крышки уже будет опираться на поверхности заглушек твэлов, а не облегать снаружи центральный стержень нижнего наконечника ОТВС. В результате этого, даже сжатая до соприкосновения витков пружина не может обеспечить размещение неперекантованного нижнего пучка твэлов в известной ампуле. Увеличение же длины ампул потребует изменения размеров транспортного упаковочного комплекта, в котором перевозятся ампулы с пучками твэлов. Кроме того, в этом случае в известной ампуле пружина будет опираться на заглушки твэлов неперекантованного пучка твэлов, что недопустимо, так как твэлы не являются несущими элементами ОТВС.
Также, при транспортировке железнодорожным транспортом известной ампулы в транспортном защитном контейнере, расположенном в горизонтальном положении, наличие пружины только на крышке ампулы приводит к тому, что при торможениях состава пучок твэлов, перемещаясь в ампуле по инерции, сжимает пружину на крышке, которая затем его возвращает обратно, в результате чего центральный стержень пучка твэлов может ударяться в дно ампулы. Так как топливная сборка после извлечения из реактора хранилась продолжительное время в бассейне выдержки АЭС, то многократные соударения центрального стержня о дно ампулы при транспортировке могут привести к разгерметизации топливных трубок пучка твэлов.
Технологическая операция кантования нижнего пучка твэлов не только увеличивает продолжительность загрузки пучков твэлов в ампулы, но и требует обслуживания кантователя, размещенного в защитной камере.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в размещении в предлагаемых ампулах без изменения их длины как верхнего, так и нижнего пучка твэлов без кантования последнего на 180 градусов и исключении ударов центрального стержня пучка твэлов о дно ампулы при транспортировке ампулы в транспортном упаковочном комплекте в горизонтальном положении.
Для достижения названного технического результата в предлагаемой ампуле, в отличие от известной, в дне и крышке ампулы выполнены цилиндрические глухие отверстия, в которых установлены пружины сжатия, одни торцы которых прикреплены к торцовым поверхностям цилиндрических глухих отверстий, а на других торцах установлены опорные пластины.
Кроме того, опорные пластины опираются в дно и крышку ампулы ранее соприкосновения витков пружин.
Выполнение в дне предлагаемой ампулы цилиндрического глухого отверстия, установка в нем пружины сжатия с прикреплением одного ее торца к торцовой поверхности цилиндрического глухого отверстия и установка опорной пластины на другом ее торце позволяют при установке верхнего или нижнего пучков твэлов в корпуса ампул опирать их центральный стержень на опорную пластину и сжимать пружину в цилиндрическом глухом отверстии под действием веса пучка твэлов до касания опорной пластиной дна корпуса ампулы, что, в свою очередь, позволяет разместить в корпусах ампул без изменения их размеров как верхний, так и нижний неперекантованный пучок твэлов.
Выполнение в крышке предлагаемой ампулы цилиндрического глухого отверстия, установка в нем пружины сжатия с прикреплением одного ее торца к торцовой поверхности цилиндрического глухого отверстия и установка опорной пластины на другом ее торце позволяют при установке крышки на загруженный пучком твэлов корпус сжимать пружину в цилиндрическом глухом отверстии при взаимодействии опорной пластины крышки с центральным стержнем, выступающим над заглушками твэлов, нижнего неперекантованного пучка твэлов, или с торцом цилиндрической части наконечника верхнего пучка твэлов, что, в свою очередь, позволяет зафиксировать крышку в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства.
В результате размещения в корпусах ампул без изменения их размеров как верхнего, так и нижнего неперекантованного пучка твэлов и зафиксирования крышки в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства исключается технологическая операция кантования нижнего пучка твэлов и сокращается продолжительность загрузки пучков твэлов в ампулы.
Размещение пучков твэлов между пружинами в дне и крышке ампулы позволяет компенсировать за счет различного сжатия пружин возможные отклонения по длине верхнего и нижнего пучков твэлов, полученные при разрезании двухпучковой ОТВС.
Установка пружины в дне предлагаемой ампулы также позволяет при транспортировке ампулы железнодорожным транспортом в транспортном защитном контейнере, расположенном в горизонтальном положении, избежать ударов центрального стержня пучка твэлов в дно ампулы. В данном случае, при торможениях пучок твэлов под действием силы инерции будет сжимать пружину на крышке, а затем пучок твэлов, перемещаясь в ампуле в обратном направлении под действием сжатой пружины на крышке, будет сжимать пружину, расположенную на дне ампулы до упора опорной пластины в дно ампулы.
Опирание опорных пластин в дно и крышку ампулы ранее соприкосновения витков пружин позволяет избежать перегрузки и деформации пружин.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - двухпучковая тепловыделяющая сборка реактора РБМК-1000;
на фиг.2 - предлагаемая ампула для размещения пучков твэлов;
на фиг.3 - предлагаемая ампула с размещенным в ней верхним пучком твэлов;
на фиг.4 - предлагаемая ампула с размещенным в ней нижним пучком твэлов.
Двухпучковая тепловыделяющая сборка 1 состоит (см. фиг.1) из верхнего 2 и нижнего 3 пучков твэлов, образованных твэлами 4. Верхний и нижний пучки твэлов 2 и 3 размещены в силовых 5 и дистанционирующих 6 решетках. Силовые решетки 5 жестко соединены с каркасной трубой 7, внутри которой расположен центральный стержень 8. Пучки твэлов закреплены в силовых решетках 5 и зафиксированы на стержне 8 с помощью верхнего 9 и нижнего 10 хвостовиков. Верхний 2 и нижний 3 пучки твэлов разделены перемычкой 11 центрального стержня 8. К верхнему концу стержня 8 прикреплена подвеска 12.
Предлагаемая ампула 13 (см. фиг.2) содержит корпус 14, выполненный в виде трубы с дном 15, крышку 16 и демпфер 17 на наружном торце дна 15.
В крышке 16 выполнено цилиндрическое глухое отверстие 18, к торцу которого с помощью скобы 19 прикреплена пружина сжатия 20, на торец которой также при помощи скобы 19 установлена опорная пластина 21. В дне 15 также выполнено цилиндрическое глухое отверстие 22, в котором на скобах 19 установлена пружина сжатия 23 с опорной пластиной 24.
Работа с предлагаемой ампулой осуществляется следующим образом.
В камере разделки после отрезки подвески 12, двухпучковая ОТВС зацепляется за верхний хвостовик 9 и устанавливается в корпус 14 ампулы 13. Под действием веса ОТВС пружина сжатия 23 сжимается до касания опорной пластиной 24 плоской поверхности дна 15. При размещении нижнего пучка 3 твэлов в корпусе 14 перемычка 11 центрального стержня 8 выступает из корпуса 14 с возможностью ее разрезания. Далее разрезают перемычку 11 центрального стержня 8 и верхний пучок 2 твэлов устанавливают во второй корпус 14 (см. фиг.3), а нижний пучок 3 твэлов остается в первом корпусе 14. При этом во втором корпусе 14 разрезанный нижний конец стержня 8 верхнего пучка 2 твэлов упирается в опорную пластину 24, под действием веса которого пружина сжатия 23 сжимается до касания опорной пластиной 24 плоской поверхности дна 15. При касании опорными пластинами 24 плоской поверхности дна 15 под действием веса верхнего 2 и нижнего 3 пучков твэлов получается практически одинаковое выступание пучков твэлов 2 и 3 из обеих корпусов 14.
Далее на оба корпуса 14 устанавливают крышки 16, при этом в первом корпусе 14, в котором размещен (см. фиг.3) нижний 3 пучок твэлов, опорная пластина 21 упирается в разрезанную перемычку 11, а во втором корпусе 14, в котором размещен (см. фиг.4) верхний пучок 2 твэлов, - в его верхний наконечник 9. В обеих ампулах 13 пружины 20 и 24 могут находятся в различной степени сжатия, что компенсирует за счет различного их сжатия возможные отклонения по длине верхнего 2 и нижнего 3 пучков твэлов, полученные при разрезании перемычки 11.
При транспортировании железнодорожным транспортом ампул 13 с пучками твэлов 2 и 3 в транспортном защитном контейнере, расположенном в горизонтальном положении, при торможениях состава под действием сил инерции пучка твэлов пружины 20 будет сжиматься. Затем под действием сжатых пружин 20 пучки твэлов 2 и 3, перемещаясь в ампуле 13 в обратном направлении, будут сжимать пружины 24, работающие в этом случае как демпфер, что позволяет избежать ударных нагрузок на пучки твэлов 2 и 3.