КОНТЕЙНЕР 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 контейнеры для транспортирования и хранения ОТВС должны обеспечивать высокие радиационно-защитные и прочностные свойства, в том числе при аварийных ситуациях, возможных в процессе транспортирования и хранения ОТВС.
Для транспортирования и хранения ОТВС используют контейнеры, которые в связи с отсутствием или нехваткой мощностей по переработке ОЯТ используют 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. При уменьшении срока выдержки ОЯТ в бассейнах выдержки необходимо транспортировать к месту промежуточного или окончательного хранения высокоактивное ОЯТ. При этом сборки имеют высокое остаточное тепловыделение, что предъявляет повышенные требования к предотвращению перегрева и обеспечению эффективного отвода тепла, поскольку при транспортировании ОТВС имеется возможность возникновения неконтролируемой самопроизвольной цепной реакции деления ядер, которая сопровождается выделением значительной энергии вплоть до возникновения теплового взрыва.
Известен железобетонный контейнер для хранения и транспортировки отработавших ТВЭЛ ядерного реактора (RU 2082232, G21F 5/008, опубл. 1997.06.20). Известный контейнер представляет собой цилиндрический двухстенный резервуар с днищами, 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 предполагает 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. К недостаткам известного контейнера также можно отнести применение литого высокопластичного бетона. Подобные бетоны имеют сравнительно невысокие прочность и трещиностойкость.
Известен контейнер для отработавшего ядерного топлива (патент JP2003315488, МПК G21F 5/00, опубл. 2003.11.06), состоящий из двух цилиндрических емкостей, расположенного внутри чехла с отработавшими сборками и имеющий между чехлом и внутренней поверхностью корпуса полости для отвода тепла от ОТВС к внутренней емкости контейнера. Поскольку наиболее разогретыми являются ОТВС, расположенные во внутреннем ряду чехла, недостатком указанного решения является сохранение возможности перегрева сборок и контейнера в целом.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является контейнер для транспортировки отработавших тепловыделяющих сборок (патент SU 1790792, МПК G21F 5/00, опубл. 1993.01.23), включающий корпус, внутренняя сторона стенки которого выполнена в виде многогранника, крышку и чехол с шестигранными трубами для размещения ОТВС. В известном решении теплообмен от кассет к стенке корпуса контейнера обеспечивается сопряжением внутренней поверхности корпуса контейнера и поверхности внешнего ряда шестигранных труб чехла. Тепло, выделяясь из внешнего ряда ОТВС, передается корпусу контейнера. Однако в аварийных ситуациях перегрев наиболее вероятен во внутреннем ряду ОТВС, поскольку центральная часть чехла является наиболее разогретой и теплообмен от нее к корпусу контейнера затруднен.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи обеспечения ядерной и радиационной безопасности транспортирования и хранения ОЯТ.
При решении указанной задачи полезная модель обеспечивает получение технического результата, заключающегося в интенсификации теплопередачи в полости контейнера и увеличении эффективности отвода остаточного тепла в окружающую среду без перегрева ОТВС.
Указанный технический результат достигается тем, что в контейнере для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива, содержащем корпус с крышкой и установленный в корпусе чехол с каналами для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, чехол дополнительно содержит, по крайней мере, один продольный толстостенный теплоотводящий элемент, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, например, из алюминия, и установленный, например, в центральной части чехла и/или между двумя смежными рядами каналов для сборок.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фигуре изображен контейнер
для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива в виде ОТВС, содержащий корпус 1 контейнера, чехол 2 с каналами для размещения отработавших тепловыделяющих сборок и теплоотводящий элемент 3.
Корпус 1 контейнера выполнен из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Наличие графита в металлической матрице чугуна обеспечивает высокую защиту от радиоактивных излучений. Продольный толстостенный теплоотводящий элемент 3 выполнен из материала с высокой теплопроводностью, из алюминия, например, в виде монолитного или полого стержня и установлен в центральной части чехла 2.
Полезная модель может быть осуществлена следующим образом:
Отработавшее топливо в виде ОТВС, находящееся в чехле 2, постоянно выделяет энергию, в том числе тепловую, тепловая мощность при полной загрузке может достигать нескольких десятков киловатт. Тепло, выделяясь из ОТВС, передается продольному выполненному из алюминия толстостенному теплоотводящему элементу 3, высота которого превышает высоту активной части сборки. Поскольку наиболее разогретой является средняя часть сборки, то теплообмен осуществляется в направлении меньшего значения температуры и в заявляемой конструкции усиливается: в осевом направлении ОТВС, далее к корпусу 1 контейнера и в окружающую среду.
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 повышение ядерной и радиационной безопасности транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива.