АМПУЛА ДЛЯ ОТРАБОТАВШЕЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ
AMPOULE FOR SPENT FUEL ASSEMBLY

Данное изобретение относится к атомной энергетике, в частности к ампуле, в которую осуществляется загрузка пучка твэлов (ПТ) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000 для последующего размещения в контейнере с целью транспортирования и долговременного сухого хранения.
Топливная сборка реактора РБМК-1000 состоит из двух пучков твэлов, соединенных между собой центральным стержнем, и подвески. Тепловыделяющие элементы (твэлы), выполненные в виде стержней, закреплены на каркасе ПТ при помощи силовой и нескольких дистанционирующих решеток. Каждый ПТ имеет с одного конца наконечник в виде полусферы. К центральному стержню, проходящему через наконечник верхнего ПТ, прикреплена подвеска.
Известно, что перед постановкой на сухое хранение отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) извлекают из бассейна выдержки, где они хранились в воде и расчленяют на два пучка тепловыделяющих элементов и часть несущего стержня. При этом пучки твэлов (ПТ) подлежат установке в ампулы. Расчленение ОТВС на пучки твэлов выполняют в защитной камере отделения разделки на АЭС. Ампулы с пучками твэлов устанавливают в чехол, который загружают в упаковочный комплект хранения (УКХ) или в транспортный контейнер. В стационарном хранилище ампулы с пучками твэлов размещают в металлических герметичных пеналах. С целью исключения коррозионного влияния на пенал воды, которая остается на ПТ после расчленения ОТВС и загрузки ПТ в ампулы, производится осушка ампулы. Особенность указанного способа хранения отработавшей тепловыделяющей сборки в ампуле состоит в том, что ампульное хранение обеспечивает локализацию частиц топливной композиции и элементов конструкции пучков твэлов в случае их разрушения при транспортировании и хранении.
Известен "Контейнер для транспортирования тепловыделяющей сборки" (патент JP №3516978, G21F 5/008, опубл. 1994 г.), который содержит цилиндрическую часть корпуса многоугольного сечения с дном, в котором размешают тепловыделяющую сборку, имеющую верхнюю и нижнюю концевые решетки, между которыми расположены дистанционирующие решетки, причем верхний торец цилиндрической части корпуса, где сформирована направляющая для размещения сборки в контейнер, закрывают крышкой.
Недостатком конструкции контейнера, является то, что при установке в него ПТ опирается на дно контейнера заглушками твэлов, и в случае хранения, транспортирования или падения контейнера на один из его торцов возможно разрушение заглушек, что может привести к просыпям топлива и значительному осложнению последующих работ с ним.
Известен "Контейнер для хранения и транспортировки тепловыделяющей сборки" (патент JP №3516990, G21F 5/008, опубл. 1994 г.), содержащий пучок стержневых твэлов между верхней и нижней концевыми решетками, который имеет основной корпус с дном и боковой стенкой, причем на дно установлен амортизатор, примыкающий к стенке. Амортизатор пластически деформируется, когда нагрузка превышает заданное значение.
Особенностью данного контейнера является возможность использования его для хранения и транспортирования свежих тепловыделяющих сборок, прочность и герметичность конструкции которых гарантирована.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является ампула (заявка RU №2006129048, G21F 7/00, G21F 5/008, опубл. 2008.02.20, Бюл. №5), содержащая цилиндрический корпус с дном, в котором помещен пучок твэлов отработавшей тепловыделяющей сборки, и крышку, зафиксированную в верхней части корпуса ампулы, отличающаяся тем, что крышка ампулы, выполненная в виде крышки-захвата, снабжена захватным устройством в виде цанги с направляющими элементами, удерживающими пучок твэлов за силовую решетку, в котором выполнена проточка для установки втулки с возможностью предотвращения раскрытие цанги, и снабжена запирающим устройством в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке.
Необходимо отметить, что отработавшие тепловыделяющие сборки после длительной эксплуатации и многолетнего хранения в бассейне выдержки могут иметь неизвестные физические свойства, способные привести даже при незначительных воздействиях на твэл к просыпям топлива, что снижает надежность и радиационную безопасность.
При долговременном хранении в бассейне выдержки возможно нарушение правильной геометрии ОТВС, ПТ и самой силовой решетки, под которую рассчитаны направляющие элементы цангового захвата. Возможным слабым местом цангового захвата может стать то, что силовая решетка зажимается в ней только за шесть выступов (см. фиг.2 позиция 22).
Кроме того, при установке ПТ в ампулу по заявке RU №2006129048 силовая решетка и хвостовик находятся ниже верхнего среза корпуса ампулы, и в аварийной ситуации, когда ПТ, сорвавшись с крышки-захвата, находится в ампуле, извлечение ПТ с помощью крышки-захвата становится проблематичным, т.к. фиксирующее кольцо и внутренний диаметр трубы ампулы не позволят раскрыть цангу.
Известно, что в процессе эксплуатации РБМК применялись различные конструкции ТВС. В настоящее время насчитывается несколько десятков таких конструкций. При сохранении высоты и внешнего диаметра ТВС исполнение верхнего и нижнего хвостовиков, силовых и дистанционирующих решеток, конструктивное исполнение дистанционирования пучков твэлов было различным.
В процессе эксплуатации РБМК применялись ТВС с различным закреплением твэлов в силовых решетках. Кроме использования ТВС, в которых силовые решетки расположены около соответствующих хвостовиков и удлинение твэлов в которых при работе реактора происходит к центру ТВС, использовались ТВС с центральным расположением силовых решеток и фиксированным расстоянием между ПТ, удлинение твэлов в них происходит от центра ТВС.
В результате при разделке ОТВС для последующего сухого хранения получаются ПТ, длина которых может отличаться на 40 мм.
Технической задачей изобретения является разработка конструкции ампулы для хранения отработавших пучков твэлов, которая позволяет разместить в ней пучки твэлов ОТВС реактора РБМК-1000 различных модификаций.
Эта задача решается тем, что ампула содержит цилиндрический корпус с дном, в котором помешен пучок твэлов отработавшей тепловыделяющей сборки, и крышку, устанавливаемую в верхней части корпуса ампулы, при этом корпус ампулы согласно изобретению имеет такую длину, при которой силовая решетка возвышается над ней на высоту, достаточную для гарантированного захвата ПТ.
Целесообразно в крышке ампулы установить пружину, поджимающую ПТ с усилием не превосходящим допустимое для ПТ максимального размера.
Целесообразно крышку выполнить с запирающим устройством в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке.
Предпочтительно кольцевую канавку в крышке выполнить с конусной поверхностью.
Желательно в горловине корпуса ампулы выполнить конусную поверхность для установки крышки в корпус.
Желательно в горловине корпуса ампулы выполнить отверстия для вскрытия замка крышки ампулы стержнями механизма вскрытия.
Предпочтительно в горловине корпуса ампулы выполнить выточку с возможностью запирания крышки в корпусе.
Целесообразно конструктивный зазор между крышкой и корпусом ампулы выполнить в виде лабиринтного уплотнения, препятствующего высыпанию частиц топлива из ампулы и обеспечивающего, в тоже время, возможность проведения осушки ПТ загруженного в ампулу за счет собственного остаточного тепловыделения.
Целесообразно дно корпуса ампулы выполнить плоским с последующей установкой ПТ каркасной трубой на дно, исключающей касание твэлов дна ампулы.
Желательно в трубчатом демпфере, прикрепленном к торцу ампулы и служащим для поглощения энергии при падении ампулы на нижний торец, установить трубку, которая обеспечит автоматическое совпадение отверстий для вскрытия замка крышки ампулы со стержнями механизма вскрытия в момент установки ампулы в шахту отделения разделки.
При использовании предлагаемого изобретения могут проявиться, в частности, следующие технические результаты:
- обеспечение сохранения целостности ПТ;
- обеспечение возможности установки в ампулу ПТ различных модификаций;
- облегчение извлечения ПТ из ампулы, особенно в аварийных ситуациях;
- автоматическое ориентирование отверстий для вскрытия замка крышки ампулы со стержнями механизма вскрытия в момент установки ампулы в шахту отделения разделки;
- обеспечение мониторинга пучков твэлов в период длительного хранения.
Технический результат достигается тем, что корпус ампулы имеет такую длину, при которой силовая решетка возвышается над ней на высоту, достаточную для гарантированного захвата ПТ минимальной длины.
Установка в крышке ампулы пружины, поджимающую ПТ с усилием, не превосходящим допустимое усилие для ПТ максимального размера, позволяет обеспечить сохранность ПТ.
Данная конструкция ампулы, при которой силовая решетка ПТ возвышается над ее корпусом, позволяет применить захват, который своими рычагами может надежно осуществлять захват силовой решетки и, следовательно, быть лучше приспособленным для вытаскивания из ампулы пучка твэлов, застрявшего по каким-либо причинам при установке в корпус ампулы.
Использование в конструкции ампулы демпфера снижает вероятность разрушения ампулы при возможных ее падениях и, следовательно, исключает возможность просыпей топлива, обеспечивая надежность и радиационную безопасность.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-6:
фиг.1 - двухпучковая топливная сборка ядерного реактора, подлежащая разделке;
фиг.2 - разрез по А-А (фиг.1);
фиг.3 - ампула для размещения пучка твэлов;
фиг.4 - крышка;
фиг.5 - запирающее устройство в исходном положении (фиг.3);
фиг.6 - запирающее устройство при подъеме крышки (фиг.3).
Подлежащая разделке двухпучковая топливная сборка 1 (фиг.1, 2) состоит из двух пучков твэлов 2 и 3, образованных твэлами 4, размещенных в силовой решетке 5 и в дистанционирующих решетках 6. Силовая решетка жестко соединена с каркасной трубой 7. Через каркасную трубу 7 проходит стержень 8. Пучки твэлов закреплены в силовой решетке 5 и зафиксированы на стержне 8 с помощью верхнего 9 и нижнего 10 хвостовиков и гайки 8а. Силовые решетки 5 расположены около соответствующих хвостовиков. Пучки твэлов 2 и 3 отделены друг от друга втулкой 11. К верхнему концу стержня 8 прикреплена подвеска 12.
Патентуемая ампула 13 (фиг.3, 4) содержит корпус 14, выполненный в виде трубы с дном 15, в который размешают отработавшие пучки твэлов 2 или 3, крышку 16, входящую в горловину 17 корпуса 14 ампулы, и демпфер 18, выполненный соосно с корпусом 14 ампулы на наружном торце дна 15 корпуса ампулы.
В горловине 17 корпуса 14 ампулы 13 (фиг.3) выполнены отверстия 19 (например, в количестве шести), предназначенные для раскрытия запирающего устройства 21 при извлечении крышки 16 из корпуса 14 ампулы 13.
В крышке 16 выполнена кольцевая канавка 23 с возможностью размещения пружинного разрезного кольца 24. Кольцевая канавка 23 выполнена с конусной поверхностью 25.
В крышке 16 ампулы 13 выполнено запирающее устройство 21, состоящее из кольцевой канавки 23 с конусной поверхностью 25 и пружинного разрезного кольца 24, с возможностью фиксации крышки 16 в корпусе 14 ампулы 13.
В горловине 17 корпуса 14 ампулы выполнена выточка 26 с возможностью фиксации крышки 16 в корпусе 14 ампулы, а также конусная поверхность 27 для обеспечения сборки крышки 16 с корпусом 14.
Верхняя часть крышки 16 выполнена в виде демпфера 28 (шок-адсорбера) с возможностью поглощения энергии при падении ампулы на верхний торец и имеет проточку под захват крышки ампулы.
Внутри крышки 16 установлена пружина 20. которая фиксирует I1T в ампуле 13 после закрытия крышки.
В исходном состоянии крышка 16 расположена в корпусе 14 ампулы (фиг.5). При этом пружинное разрезное кольца 24 висит на конусной поверхности 25 кольцевой канавки 23.
В случае подъема ампулы 13 за крышку 16 (фиг.6) происходит утыкание пружинного разрезного кольца 24, висящего на конусной поверхности 25 кольцевой канавки 23, в верхнюю стенку кольцевой выточки 26 и заклинивание пружинного разрезного кольца 24 между вышеуказанной поверхностью 25 и верхней стенкой кольцевой выточки 26.
При установке крышки 16 в корпус 14 ампулы происходит сжатие пружинного разрезного кольца 24 конусной поверхностью 27 горловины 17 ампулы. При этом пружинное разрезное кольцо 24 размещается в кольцевой канавке 23 и позволяет опуститься крышке 16 в исходное положение.
При подъеме крышки 16, то есть открытии ампулы 13, необходимо через отверстия 19 сжать пружинное разрезное кольцо 24 стержнями механизма вскрытия крышки и затем вынуть крышку 16 из корпуса 14 ампулы.
После установки ампулы с ПТ в контейнер удаление паров воды из ампулы производится через кольцевой зазор между крышкой 16 (Фиг.5) и корпусом ампулы 14 и отверстия 19.
Демпфер 18 прикреплен к наружному торцу дна 15 корпуса 14 ампулы 13 способом приваривания. Конструкция демпфера 18 выполнена в виде тонкостенной вертикальной трубы с возможностью поглощения энергии при падении ампулы 13 на нижний ее торец.
Трубка 29 закреплена в демпфере 18 способом приваривания и предназначена для ориентации ампулы при загрузке ПТ в корпус ампулы, то есть обеспечивает автоматическое совпадение отверстий для вскрытия замка крышки ампулы со стержнями механизма вскрытия.