Капсула для транспортировки и хранения отработавших поглощающих стержней системы управления и защиты
CAPSULE FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF USED ABSORBING RODS OF CONTROL AND PROTECTION SYSTEM

Изобретение относится к области ядерной энергетики, а именно предлагается конструкция капсулы, в которую осуществляется загрузка отработавших поглощающих стержней системы управления и защиты (ПС СУЗ) реакторов ВВЭР-1000, ВВЭР-1200 для транспортировки и/или долговременного хранения (далее по тексту - «капсула»).
ПС СУЗ представляют собой конструкцию из головки и закрепленных в ней поглощающих элементов (ПЭЛ) (патент RU 2473991, 07.12.2011, G21C 3/32, G21C 7/08, опубл. 27.01.2013 Бюл. №3). ПЭЛ выполнены в виде гладких труб, заполненных поглощающим материалом. ПЭЛ подвешены на специальной головке и подпружинены. Головка ПС СУЗ представляют собой втулку с консольными ребрами, в которой выполнены отверстия для установки ПЭЛ.
Согласно концепции обращения с радиоактивными отходами Государственной корпорации «Росатом», одним из основных стратегических направлений определено создание надежной системы долговременного контролируемого хранения радиоактивных отходов (РАО). Оптимальные режимы хранения РАО должны обеспечивать безопасные условия хранения сроком до 60 лет.
В настоящее время отработавшие ПС СУЗ вместе с отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС) атомных реакторов после вывода из эксплуатации размещаются в бассейне выдержки реакторного отделения АЭС. Далее ОТВС с отработавшими ПС СУЗ направляются в хранилища отработанного ядерного топлива (ОЯТ) для длительного хранения и последующей переработки. В связи со спецификой отработавших ТВС и ПС СУЗ, требуется их безопасное хранение в специально предусмотренных условиях.
В настоящее время известны схожие по назначению ампулы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок атомных реакторов:
- способ загрузки отработавшей тепловыделяющей сборки ядерного реактора в ампулу и ампула для осуществления этого способа (заявка на изобретение RU 2006129048, 10.08.2006, G21F 7/00, G21F 5/008, опубл. 2008.02.20 Бюл. №5),
- ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (патент RU 2353010, 19.03.2008, G21F 5/008, опубл. 20.04.2009 Бюл. №11).
Ампулы с тепловыделяющими сборками размещаются в контейнере (пенале) с целью транспортирования и долговременного сухого хранения:
- герметичный пенал хранения отработавшего ядерного топлива (патент RU 2372678, 31.10.2008, G21F 5/008, опубл. 10.11.2009 Бюл. №31)
- герметичный пенал хранения ампул с пучками отработавших тепловыделяющих элементов (патент RU 2500045, 04.06.2012, G21F 5/008, G21C 19/06, опубл. 27.11.2013 Бюл. №33)
Известны также другие устройства для хранения и транспортировки отработавших тепловыделяющих сборок:
- чехол размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок от реакторов типа ВВЭР-1000 (патент RU 2331943, 24.10.2016, G21F 5/00, G21C 19/06, опубл. 20.08.2008 Бюл. №23), чехол используется для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок от реакторов типа ВВЭР-1000. Вместимость чехла хранения - 18 шт. ОТВС.
- чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок от реактора ВВЭР-1000» (патент RU 2593388, 04.08.2015, G21F 5/00, опубл. 10.08.2016 Бюл. №22).
Однако, как показали патентные исследования, специализированных устройств для размещения отработавших ПС СУЗ, на момент поиска, в опубликованных патентных материалах не обнаружено. Таким образом, заявляемое изобретение известных аналогов не имеет.
Технической задачей изобретения является разработка конструкции капсулы для отработавших ПС СУЗ, для их транспортировки и длительного хранения, которая обеспечит максимальное использование полезного объема капсулы для хранения отработавших ПС СУЗ и максимальное использование полезного объема хранилища ОЯТ при обеспечении надежной установки ПС СУЗ внутрь капсулы и сохранении их надежной фиксации в капсуле в течение не менее 60 лет, возможность ревизии и обследования капсулы, а также минимальные затраты на изготовление самой капсулы. Для защиты персонала от радиации при транспортировке капсула с отработавшими ПС СУЗ может размещаться внутри контейнера с биологической защитой.
Как решение задачи, позволяющее достигнуть эффекта с указанными техническими характеристиками, предлагается конструкторское решение - капсула для транспортировки и хранения отработавших ПС СУЗ в специальном хранилище сухого типа с обеспечением возможности извлечения капсулы из хранилища для ревизии и обследования в течении всего срока хранения (не менее 60 лет).
Сущность изобретения: капсула, предназначенная для размещения и хранения ПС СУЗ в вертикальном положении в количестве не более трех. Капсула состоит из корпуса с расположенным внутри него упором для установки ПС СУЗ и съемной крышки. В составе корпуса имеется цилиндрическая обечайка, головка в верхней части корпуса для установки съемной крышки, опора внизу для установки капсулы вертикально. Съемная крышка капсулы оснащена грузозахватным элементом. ПС СУЗ устанавливаются в капсулу сверху при открытой съемной крышке. После загрузки ПС СУЗ внутрь капсулы на нее устанавливается съемная крышка. ПС СУЗ размещаются в капсуле в положении, в котором оси ПЭЛ параллельны оси корпуса. Внутри корпуса капсулы закреплен упор, на который устанавливается первый ПС СУЗ. Упор фиксирует первый ПС СУЗ в двух направлениях: в вертикальной плоскости от падения, так чтобы ПЭЛ не касались внизу опоры корпуса, а также от поворота и смещения в плоскости, перпендикулярной оси ПЭЛ. В конструкции упора имеются элементы для решения этих двух задач. Для удержания в вертикальной плоскости первый ПС СУЗ опирается на упор нижними плоскостями ребер головки ПС СУЗ, соединяющими центральную часть головки с ПЭЛ внешнего радиуса. Для решения задачи фиксации от поворота и смещения в плоскости, перпендикулярной оси ПЭЛ, в конструкции упора используются вертикально расположенные пластины. Пластины расположены в зазорах, образующихся между соседними ПЭЛ трех ПС СУЗ в случае, когда все они загружены в капсулу. Толщина пластин не более зазора между соседними ПЭЛ. Боковые поверхности пластин контактируют с ПЭЛ. Пластины препятствуют повороту или смещению ПЭЛ, а через ПЭЛ и всего ПС СУЗ. Контакт боковой поверхности одной пластины с ПЭЛ обеспечивает фиксацию ПС СУЗ от поворота в одном направлении. Для фиксации ПС СУЗ от поворота в двух направлениях необходим контакт ПЭЛ с боковыми поверхностями двух пластин. В этом случае, либо один ПЭЛ принадлежащий одному СУЗ оказывается между двумя пластинами, либо два ПЭЛ принадлежащие одному ПС СУЗ контактируют с двумя поверхностями принадлежащими разным пластинам. Расположение пластин подбирается так что каждый контакт обеспечивает фиксацию от поворота ПС СУЗ в одном из двух направлений. Пластины также препятствуют смещению ПС СУЗ в плоскости перпендикулярной оси ПЭЛ.
Второй и третий ПС СУЗ опираются центральной частью головки на ранее установленный ПС СУЗ. При установке в капсулу ПС СУЗ устанавливаются с углом поворота 20° относительно друг друга в плоскости перпендикулярной оси ПЭЛ. Второй и третий ПС СУЗ аналогично первому фиксируется двумя боковыми поверхностями пластин от поворота в обоих направлениях или смещения в плоскости перпендикулярной оси ПЭЛ. Для каждого ПС СУЗ в упоре есть своя пара поверхностей, принадлежащая двум разным пластинам, то есть для фиксации второго и третьего ПС СУЗ также необходимы две пластины. При этом одна пластина, находясь между ПЭЛ, принадлежащим разным СУЗ, может фиксировать два ПС СУЗ, для каждого в одном из направлений. Для фиксации трех ПС СУЗ минимальное необходимое число пластин равно трем. Для улучшения жесткости упора, а также для дополнительной фиксации ПС СУЗ число вертикальных пластин, входящих в упор может быть увеличено.
Предлагаемая конструкция капсулы поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-6:
фиг.  1 - общий вид капсулы;
фиг.  2 - сечение капсулы с установленным упором;
фиг.  3 - общий вид упора;
фиг.  4 - капсула с загруженными ПС СУЗ;
фиг.  5 - разрез А-А, размещение ПЭЛ ПС СУЗ в цилиндрической обечайке капсулы;
фиг.  6 - ПС СУЗ.
Капсула состоит из корпуса, представляющего собой цилиндрическую обечайку 1, к которой в верхней части присоединена головка 2, в которую устанавливается крышка 3, а в нижней части обечайки 1 имеется опорное кольцо 4 для установки капсулы в вертикальное положение (фиг. 1). Конструкция на фиг. 1 выполнена сварной. Крышка 3 капсулы оснащена грузозахватным элементом, выполненным в виде центрального грибка 5. Установка закрытой капсулы в ячейку хранилища радиоактивных отходов и перемещение закрытой капсулы осуществляется за центральный грибок 5 крышки 3. Для ориентации капсулы, в том числе относительно контейнера с биологической защитой в опорном кольце 4 выполнены пазы 6, в которые входят направляющие контейнера для транспортировки капсулы с отработавшими ПС СУЗ.
Крышка 3 капсулы имеет защелки 7, которые закрываются при опускании крышки 3 на головку 2 (фиг. 2). Внутри капсулы закреплен упор 8. Упор 8 крепится штырями 9 к цилиндрической обечайке 1. Общий вид упора 8 приведен на фиг. 3. Конструкция упора 8 на фиг. 3 выполнена сварной. Упор 8 представляет собой конструкцию, состоящую из пластин 10, скрепляющих две соосные цилиндрические обечайки; большего диаметра - наружная обечайка упора 11 и меньшего диаметра - внутренняя обечайка упора 12. Наружная обечайка упора 11 входит в цилиндрическую обечайку 1 корпуса (фиг. 2). Для фиксации ПС СУЗ от поворота и смещения в плоскости перпендикулярной оси ПЭЛ служат вертикальные пластины 10 упора 8. В частном случае реализации, число пластин в упоре равняется четырем. Каждый ПС СУЗ 13 фиксируется путем обеспечения контакта входящих в него ПЭЛ с боковыми поверхностями пластин 10 (фиг. 5). Как минимум два ПЭЛ принадлежащие одному ПС СУЗ контактируют с двумя поверхностями принадлежащими разным пластинам. Расположение пластин подобрано так что контакт пластин с ПЭЛ обеспечивает фиксацию каждого ПС СУЗ от поворота в каждом из двух направлений. Пластины также препятствуют смещению ПС СУЗ в плоскости перпендикулярной оси ПЭЛ.
Толщина каждой из пластин 10 не более зазора, образующегося между соседними ПЭЛ трех ПС СУЗ в случае, когда все они загружены в капсулу. В головке 2 и опорном кольце 4 имеются отверстия 14, 15 соответственно для слива воды в случае загрузки ПС СУЗ в капсулу из бассейна выдержки. Капсула предназначена для хранения максимум трех ПС СУЗ.
ПС СУЗ устанавливаются в капсулу сверху при открытой крышке 3. Первый ПС СУЗ опирается на поверхность Б1 упора 8 (фиг. 3) нижними плоскостями ребер головки ПС СУЗ, соединяющими центральную часть головки с ПЭЛ внешнего радиуса (поверхность Б на фиг. 6). Второй и третий ПС СУЗ опираются центральной частью головки (поверхность В на фиг. 6) на ранее установленный ПС СУЗ. При установке в капсулу ПС СУЗ устанавливаются с углом поворота 20° относительно друг друга в плоскости перпендикулярной оси ПЭЛ. Упор 8 устанавливается на расстоянии от верхнего торца цилиндрической обечайки 1 достаточном для размещения трех ПС СУЗ.