ЧЕХОЛ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ОТ РЕАКТОРОВ ВВЭР-1000
COVER FOR ARRANGING AND STORING WASTE FUEL ASSEMBLIES OF REACTORS VVER-1000

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для хранения отработавших ядерных топливных элементов реактора ВВЭР 1000 и предназначено для использования в хранилищах отработавшего ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
Хранение отработавшего ядерного топлива является существенной частью любого ядерного топливного цикла. Это может быть временное хранение до переработки отработавшего ядерного топлива либо достаточно длительное хранение до захоронения топлива в могильниках. Суммарные объемы отработавшего топлива, подлежащего хранению, непрерывно возрастают из-за значительно меньших производственных возможностей перерабатывающих заводов. Растет не только объем хранящегося топлива, но и увеличиваются предполагаемые сроки хранения, поскольку задача захоронения отработавшего ядерного топлива не решена ни в одной стране.
Основу ядерно-энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-440, ВВЭР-1000 и РБМК. Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерно-топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо АЭС с реакторами ВВЭР-440 перерабатывается на заводе РТ-1, а топливо реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на заводе РТ-2 после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание завода РТ-2 запланировано на 2020-2025 гг. На площадке РТ-2 действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ хранится в водонаполненном бассейне так называемое «мокрое» хранение. Переработка отработавшего топлива реакторов ВВЭР на этих заводах пока не проводится, и его хранение в безопасных условиях в течение длительного времени становится актуальной проблемой, учитывая отсутствие свободных объемов в приреакторных бассейнах. Таким образом, основной практикой обращения с отработавшим ядерным топливом в России на сегодняшний день является хранение.
Первоначальная проектная емкость «мокрого» хранилища 3000 тонн была увеличена до 6000 тонн за счет разработки и внедрения сначала двенадцатиместного чехла-хранилища вместо первоначального шестиместного чехла, а затем до 8600 тонн за счет внедрения шестнадцатиместного чехла.
Из уровня техники известно устройство, именуемое «Контейнер, для транспортировки отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000» (см. Авторское свидетельство СССР №1653456, кл. G21F 5/00, 1989). Транспортный чехол известного контейнера для транспортировки отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 выполнен из нержавеющей стали, содержит центральную трубу, дистанционирующие решетки, а также трубы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок.
Указанный известный чехол имеет круглое сечение и при размещении круглых чехлов в хранилище будет невозможно обеспечить полное и равномерное заполнение хранилища отработавшими тепловыделяющими сборками. Кроме того, чехол содержит только двенадцать труб, что также не обеспечивает полной загрузки хранилища. Применение в конструкции чехла шестигранных труб усложняет конструкцию чехла и технологию его изготовления из-за необходимости выполнения шестигранных отверстий в дистанционирующих решетках, что приводит к увеличению стоимости его изготовления.
Известен чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок от реакторов типа ВВЭР-1000, выполненный из нержавеющей стали и содержащий центральную трубу, квадратные дистанционирующие решетки с двадцатью отверстиями для установки труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, оси труб расположены симметрично относительно центральной оси чехла в точках с номинальными значениями полярных координат:
R<sub>i</sub>
α<sub>i</sub>
R<sub>i</sub>
α<sub>i</sub>
R<sub>1</sub>=0,1758
α<sub>1</sub>=0°
R<sub>11</sub>=0,1758
α<sub>11</sub>=180°
R<sub>2</sub>=0,4069
α<sub>2</sub>=15°
R<sub>12</sub>=0,4069
α<sub>12</sub>=195°
R<sub>3</sub>=0,2952
α<sub>3</sub>=45°
R<sub>13</sub>=0,2952
α<sub>13</sub>=225°
R<sub>4</sub>=0,5138
α<sub>4</sub>=45°
R<sub>14</sub>=0,5138
α<sub>14</sub>=225°
R<sub>5</sub>=0,4069
α<sub>5</sub>=75°
R<sub>15</sub>=0,4069
α<sub>15</sub>=255°
R<sub>6</sub>=0,1758
α<sub>6</sub>=90°
R<sub>16</sub>=0,1758
α<sub>16</sub>=270°
R<sub>7</sub>=0,4069
α<sub>7</sub>=105°
R<sub>17</sub>=0,4069
α<sub>17</sub>=285°
R<sub>8</sub>=0,2952
α<sub>8</sub>=135°
R<sub>18</sub>=0,2952
α<sub>18</sub>=315°
R<sub>9</sub>=0,5138
α<sub>9</sub>=135°
R<sub>19</sub>=0,5138
α<sub>19</sub>=315°
R<sub>10</sub>=0,4069
α<sub>10</sub>=165°
R<sub>20</sub>=0,4069
α<sub>20</sub>=345°
i
i
где R - номинальное значение полярного радиуса для i-й трубы в единицах стороны А квадратного сечения чехла, а α - номинальное значение полярного угла для i-ой трубы.
Отверстия в дистанционирующих решетках и трубы, устанавливаемые в них, выполнены круглыми, а в верхней части круглых труб установлены три ребра, образующие незамкнутый шестигранник. По периферии квадратного сечения известный чехол обрамлен ребрами жесткости, расположенными симметрично относительно центральной оси чехла (см. патент РФ №2331943, кл. G21C 19/06, G21F 5/00).
Недостатком известного чехла является то, что при заполнении бассейна известными чехлами увеличивается нагрузка на фундамент и облицовку бассейна хранилища за счет увеличения веса как самого чехла, так и веса установленных в него отработавших тепловыделяющих сборок, что не позволяет заполнить всю площадь бассейна известными чехлами. Кроме того, использование известных чехлов требует повышения грузоподъемности кранов.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении нагрузок на фундамент и облицовку бассейна хранилища, а также на краны при повышении коэффициента полезной загрузки хранилища для отработавших тепловыделяющих сборок.
i
I
Указанный технический результат достигается тем, что в чехле для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок от реакторов типа ВВЭР-1000, выполненном из нержавеющей стали и включающем в себя центральную трубу, квадратные дистанционирующие решетки с двадцатью отверстиями для установки труб, оси которых расположены симметрично относительно центральной оси чехла в точках с определенными значениями полярных координат R и α, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, к верхней и нижней дистанционирующим решеткам герметично на сварке присоединены трубы, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, а по периметру чехла - облицовки с образованием герметичного межтрубного пространства, причем расстояние между верхней и нижней дистанционирующими решетками определяется из условия, чтобы в воде вес чехла превышал выталкивающую силу герметичного межтрубного пространства на 200-300 кг.
Отличительными признаками предлагаемого чехла от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются герметичное на сварке присоединение труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, а по периметру чехла-облицовок с образованием герметичного межтрубного пространства, причем расстояние между верхней и нижней дистанционирующими решетками определяется из условия, чтобы в воде вес чехла превышал выталкивающую силу герметичного межтрубного пространства на 200-300 кг.
Благодаря наличию этих признаков при работе заявляемого чехла в условиях, когда его загрузка и транспортировка кранами осуществляются дистанционно под водой, герметичное на сварке присоединение труб, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, а по периметру чехла - облицовок с образованием герметичного межтрубного пространства, позволило получить выталкивающее усилие герметичного межтрубного пространства, направленное противоположно весу загруженного чехла и, тем самым, уменьшить нагрузки на фундамент бассейна хранилища и на перегрузочную машину при повышении коэффициента полезной загрузки хранилища для отработавших тепловыделяющих сборок.
Определение расстояния между верхней и нижней дистанционирующими решетками из условия, чтобы в воде вес чехла превышал выталкивающее усилие герметичного межтрубного пространства на 200-300 кг, позволяет избежать всплытия порожнего чехла при установке его в бассейн хранилища перед загрузкой.
При исследовании заявителем отличительных признаков описываемого чехла для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 не было выявлено из имеющихся патентных и научно-технических источников информации каких-либо аналогичных известных решений, характеризующихся признаками, идентичными всем существенным признакам данного изобретения
Предлагаемый чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2, 3.
На фиг.1 показан вид спереди чехла в разрезе; на фиг.2 показан вид чехла сверху; на фиг.3 - схема размещения чехлов в хранилище.
Предлагаемый чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 содержит (см. фиг.1) центральную трубу 1, присоединенные к центральной трубе 1 верхнюю 2, промежуточные 3 и нижнюю 4 дистанционирующие решетки, и установленные в них трубы 5 (20 штук). К центральной трубе 1 также присоединены плита 6 и основание 7, соединенные между собой ребрами 8. Трубы 5 присоединены к верхней 2 и нижней 4 дистанционирующим решеткам герметично на сварке, а по внешнему контуру чехол обрамлен облицовкой 9, также присоединенной к верхней 2 и нижней 4 дистанционирующим решеткам герметично на сварке, в результате чего в межтрубном пространстве 10 образовалась герметичная полость, заполненная воздухом.
Дистанционирующие решетки 2, 3 и 4 и плита 6 выполнены квадратными, со стороной квадрата меньшей, чем ширина транспортного коридора хранилища. Дистанционирующие решетки 2, 3 и 4 (см. фиг.2) имеют двадцать круглых отверстий 11, в которых установлены круглые трубы 5, оси которых симметричны центральной оси чехла. В верхней части круглых труб 5 установлены три ребра 12, образующие незамкнутый шестигранник.
Оси труб 5 располагаются в точках со следующими номинальными
значениями полярных координат.
R<sub>i</sub>
α<sub>i</sub>
R<sub>i</sub>
ai
R<sub>1</sub>=276
α<sub>1</sub>=0°
R<sub>11</sub>=276
α<sub>11</sub>=180°
R<sub>2</sub>=639
α<sub>2</sub>=15°
R<sub>l2</sub>=639
α<sub>12</sub>=195°
R<sub>3</sub>=463
α<sub>3</sub>=45°
R<sub>13</sub>=463
α<sub>13</sub>=225°
R<sub>4</sub>=806
α<sub>4</sub>=45°
R<sub>l4</sub>=806
α<sub>14</sub>=225°
R<sub>5</sub>=639
α<sub>5</sub>=75°
R<sub>l5</sub>=639
α<sub>15</sub>=255°
R<sub>6</sub>=276
α<sub>6</sub>=90°
R<sub>16</sub>=276
α<sub>16</sub>=270°
R<sub>7</sub>=639
α<sub>7</sub>=105°
R<sub>17</sub>=639
α<sub>17</sub>=285°
R<sub>8</sub>=463
α<sub>8</sub>=135°
R<sub>18</sub>=463
α<sub>18</sub>=315°
R<sub>9</sub>=806
α<sub>9</sub>=135°
R<sub>19</sub>=806
α<sub>19</sub>=315°
R<sub>10</sub>=639
α<sub>10</sub>=165°
R<sub>20</sub>=639
α<sub>20</sub>=345°
Область допустимых значений полярных координат обуславливается расстояниями между осями труб, наименьшее из которых превышает минимально допустимое условиями ядерной безопасности расстояние.
3
Предлагаемый чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 имеет вес, превышающий вес известного чехла на вес облицовки, и составляет 4250 кг. Его дистанционирующие решетки 2, 3 и 4 в сечении представляют собой квадрат со стороной 1570 мм, а установленные в дистанционирующих решетках 2, 3 и 4 трубы 5 имеют внутренний диаметр 284 мм и длину - 4000 мм. При данных геометрических размерах объем герметичного межтрубного пространства составляет 4,8 м, т.е. выталкивающее усилие составит 4800 кг, что не соответствует условию превышения веса чехла в воде на 200-300 кг выталкивающей силе герметичного межтрубного пространства. Исходя из этого условия расстояние между верхней 2 и нижней 4 дистанционирующими решетками составит 3360 мм, при этом выталкивающее усилие межтрубного пространства составит 4000 кг, т.е. нагрузка при хранении от каждого чехла с двадцатью отработавшими тепловыделяющими сборками на фундамент и облицовку бассейна, а при транспортировке - на перегрузочную машину, уменьшится на 4000 кг.
Заявляемый чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок от реактора ВВЭР-1000 эксплуатируется аналогично известному чехлу следующим образом.
Отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) в транспортном контейнере поступают в приемный отсек хранилища, где осуществляется их подводная перегрузка из транспортного контейнера в трубы 5 чехла. Затем загруженные чехлы с ОТВС (см. фиг.3) кранами 13 передаются в бассейн 14 и далее по транспортному коридору подаются до места хранения. При транспортировке чехла под водой выталкивающее усилие межтрубного пространства, направленное противоположно весу чехла, снижает нагрузку на перегрузочной машине на 4000 кг, а при установке чехлов на место хранения на облицовку и фундамент бассейна хранилища.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о том, что при использовании заявленного чехла выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение, - чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в атомной, в хранилищах отработанного ядерного топлива на заводах по регенерации отработавшего топлива или на АЭС;
- для заявленного чехла в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- устройство - чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000, воплощающее изобретение, при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.