Контейнер защищающий
PROTECTIVE CONTAINER

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к контейнерам для сбора и транспортирования осколков ядерных материалов (ЯМ) с места аварии на пункт сбора, идентификации и упаковывания (ПСИУ), располагаемый рядом с местом аварии с целью переупаковки для дальнейшего транспортирования на переработку и/или длительное хранение.
К контейнерам, предназначенным для сбора осколков ЯМ, оказавшихся разбросанными на территории в результате аварии, предъявляются следующие требования: контейнер должен быть защищающим для обеспечения ядерной безопасности, легким и удобным для возможности его применения одним исполнителем (исполнитель работает в изолирующем костюме с применением средств индивидуальной защиты органов дыхания в условиях ограниченного времени его нахождения на месте аварии, определяемого уровнем радиоактивности и запасом воздуха в средстве индивидуальной защиты). Контейнер должен иметь защиту размещенного в нем ЯМ от внешних нейтронов. Понятие «защищающий» означает определенную норму загрузки контейнера ЯМ и возможность располагать аналогично загруженные контейнеры в бесконечную решетку.
Известен контейнер (патент № ЕР 2827336, МПК G21F 5/02, опубл. 21.01.2015), предназначенный для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов. Контейнер представляет собой корпус (контейнерное основание и оболочка), крышку (внешний контейнерный колпак), фиксирующее устройство (винты) и имеет грузовую камеру (полость) для помещения в нее радиоактивных материалов.
Корпус и крышка выполнены из металлического материала. Внутри корпуса расположена защитная оболочка, выполненная из свинца и ослабляющая γ-излучение от размещаемых в грузовой полости радиоактивных материалов.
Защитная оболочка отделена от корпуса распорными деталями, обеспечивающими воздушный промежуток для тепловой изоляции.
Защитная оболочка закрывается защитным колпаком, над которым устанавливаются внутренний контейнерный колпак, фиксируемый на корпусе стопорным кольцом, и крышка, фиксируемая на корпусе винтами.
Этот известный контейнер позволяет размещать в грузовой камере радиоактивный материал и/или радиоактивные отходы для их транспортирования и/или хранения. Защитная оболочка грузовой камеры, позволяет в зависимости от своей толщины кратно ослабить γ-излучение.
Геометрические размеры корпуса и защитной оболочки, а также закрепление защитной оболочки в корпусе через распорные детали с образованием воздушного промежутка и/или размещением теплоизоляционного материала обеспечивают целостность защитной оболочки в течение одного часа при попадании контейнера в пожар с температурой до 800°С.
Конструкция данного контейнера обеспечивает:
- надежную упаковку и сохранность радиоактивного материала при его транспортировании и/или хранении;
- частичное ослабление мощности γ-излучения.
Однако отсутствие контроля веса помещаемого в контейнер радиоактивного материала, необходимого для предотвращения превышения нормы загрузки контейнера и отсутствие защиты от внешних нейтронов может привести к снижению величины критической массы размещаемого в контейнере радиоактивного материала, если этот радиоактивный материал будет ядерным, что не позволит сделать контейнер ядерно-безопасным.
Кроме того, значительный вес контейнера вследствие применения свинца в качестве материала для защитной оболочки, неудобство в обращении с контейнером вследствие отсутствия ручек и применения винтов и стопорных колец для фиксации внутреннего и внешнего контейнерных колпаков затруднит обращение с ним на месте аварии.
Известна капсула (патент Российской Федерации № 2430436, МПК G21F 5/00, опубл. 27.09.2011), предназначенная для сбора, хранения и транспортирования просыпи твердых радиационно-опасных и ядерно-опасных материалов, образовавшейся, например, при падении тепловыделяющих сборок (ТВС) или пучка тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), или при разделке ТВС на пучки ТВЭЛ, или в других нештатных ситуациях. При этом возможно образование просыпи как в виде целых таблеток, так и в виде их фрагментов различной степени дисперсности.
Капсула для сбора просыпи состоит из емкости (грузовой камеры) для сбора просыпи твердых радиоактивных отходов, корпус которой выполнен в виде полого цилиндра (стенки) с герметичным дном (основанием), крышки и запорного (фиксирующего) устройства.
В верхней части корпуса расположены всасывающий и отводящий патрубки. Запорное устройство включает пробку и крышку, а корпус так же содержит запирающий фильтр для задержки и накопления частиц просыпи. При этом запирающий фильтр выполнен из высокопористого коррозионно-стойкого материала и установлен внутри корпуса перед отводящим патрубком, а всасывающий патрубок соединен с всасывающим каналом, выполненным в форме трубы, длиной, соответствующей длине фильтра. Известная капсула обеспечивает безопасные для обслуживающего персонала сбор, хранение и транспортирование просыпи радиационно-опасных и ядерно-опасных материалов, имея возможность при транспортировании быть установленной в ячейках штатных чехлов контейнеров для тепловыделяющих сборок.
К недостаткам капсулы можно отнести относительно большой вес, необходимость подключения капсулы к вакуумной установке, что создает неудобство в обращении с ней, а также отсутствие возможности контроля веса собранной просыпи.
Известен защитный контейнер (патент Российской Федерации № 2076360, МПК G21F 5/005, 1/12, опубл. 27.03.1997), предназначенный для хранения и перевозки радиоактивных веществ.
Контейнер содержит корпус (цилиндрический стакан), крышку и фиксирующее устройство (байонетный затвор), внутри корпуса образована полость (грузовая камера) для помещения в нее тары с радиоактивными отходами, между крышкой и корпусом находится резиновое уплотнение.
Корпус выполнен из двухслойной полимерной оболочки, в которой в качестве внутреннего защитного слоя используют полимерный композит полистирола, наполненного полиметилсиликонатом свинца, а в качестве внешнего слоя используют полиэтилен.
Известный контейнер имеет высокую надежность герметизации, обладает экологической и радиационной безопасностью, имеет сравнительно небольшой вес, но неудобен в обращении при его доставке на транспортное средство одним исполнителем и не может обеспечить ядерную безопасность в случае транспортирования в нем ЯМ.
Известен защитный контейнер, представленный в описании патента США № 9672498, МПК G21F 5/005, 5/12, опубл. 06.06.2017, выбранный в качестве прототипа.
Контейнер содержит корпус - основание со стенкой (промежуточной оболочкой), крышку и фиксирующее устройство (болты), внутри корпуса образована грузовая камера (внутренняя камера) для размещения в ней радиоактивного материала, причем промежуточная стенка корпуса выполнена из материала, обеспечивающего защиту от нейтронного излучения.
Теплопроводный корпус содержит три концентрически расположенные пустотелые оболочки, а именно, внутренняя, промежуточная и наружная оболочки (стенки).
Внутренняя и промежуточная оболочки герметизируются снизу с помощью основания и сверху с помощью съемных крышек, образуя внутреннюю камеру, в которой размещается радиоактивный материал - сборки ОЯТ и находятся там при хранении и/или транспортировке. Основание соединяется с нижней частью корпуса, тогда как крышки крепятся болтами к верхнему стыковочному шпангоуту. Основание и стыковочный шпангоут представляют собой толстые стальные фальцовки. Материал наружной оболочки - алюминий, а внутренняя оболочка изготовлена из высокопрочной стали и имеет достаточную толщину с учетом ухудшения молекулярной структуры в связи с длительным воздействием нейтронного и гамма-излучения. Промежуточная оболочка изготавливается из двух или трех слоев металлов с разной теплопроводностью. Внутренняя оболочка обеспечивает защиту от гамма-излучения, а промежуточная обеспечивает защиту от нейтронного излучения и концентрически окружает внутреннюю оболочку.
Контейнер обеспечивает защиту от гамма- и нейтронного излучения радиоактивных отходов, находящихся внутри и способствует эффективному охлаждению радиоактивных материалов, хранящихся во внутренней камере за счет эффективного отвода теплоты от высокорадиоактивных отходов.
К недостаткам прототипа можно отнести:
- отсутствие в контейнере возможности контроля веса радиоактивного материала непосредственно перед загрузкой в контейнер, необходимого для предотвращения превышения нормы загрузки что не позволяет считать контейнер ядерно-безопасным;
- сложность конструкции и значительный вес контейнера вследствие применения нескольких металлических оболочек и крышек затрудняет обращение с ним на месте аварии, когда исполнитель работает один в изолирующем костюме с применением средств индивидуальной защиты органов дыхания и ограничен по времени пребывания на месте аварии;
- невозможность оперативной упаковки радиоактивного материала непосредственно на месте его обнаружения вследствие применения болтов и шпангоута для закрепления крышек;
- неудобство транспортировки контейнера вследствие отсутствия ручек.
Таким образом, известный контейнер не может обеспечить необходимую ядерную безопасность при сборе и транспортировке ЯМ и неудобен в оперативном обращении непосредственно на месте обнаружения осколков ЯМ и при транспортировке.
В основу изобретения положена техническая проблема, которая не могла быть решена при осуществлении или использовании аналогов изобретения, а именно: создание контейнера для сбора осколков ЯМ, оказавшихся разбросанными на территории в результате аварии, который:
- должен иметь возможность контроля веса осколков ЯМ, помещаемых в него непосредственно на месте их обнаружения для обеспечения ядерной безопасности;
- должен быть легким и удобным для возможности его применения одним исполнителем при сборе осколков, доставке его до транспортного средства в короткий срок, установке в транспортное средство для дальнейшего транспортирования на ПСИУ;
- контейнер не должен умножать падающий на него извне поток нейтронов для того, чтобы обеспечить ядерную безопасность и подкритичность пространственной решетки из контейнеров при любом числе контейнеров и произвольном их размещении относительно друг друга в транспортном средстве, то есть контейнер должен иметь защиту размещенного в нем ЯМ от внешних нейтронов.
Техническим результатом настоящего изобретения является исключение возникновения самопроизвольной цепной реакции при оперативной загрузке контейнера предварительно взвешенными осколками ЯМ на месте их обнаружения, создание внешней нейтронной защиты, что обеспечивает ядерную безопасность, и создание удобного в эксплуатации контейнера силами одного исполнителя из-за малого веса и простоты конструкции, наличия ручек и удобного фиксирующего крышку устройства, с последующим транспортированием загруженного контейнера или партии аналогичных контейнеров на ПСИУ.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что контейнер защищающий, содержащий корпус - основание со стенкой, крышку, фиксирующее крышку устройство и грузовую камеру, образованную внутри корпуса, причем стенка корпуса выполнена из материала, обеспечивающего нейтронную защиту, согласно изобретению, снабжен электронными весами, расположенными в крышке, и ручкой, закрепленной на корпусе в стопорах, содержащих фигурные выемки, а корпус и крышка выполнены литыми из боросодержащего композиционного материала, обеспечивающего нейтронную защиту, содержащего полипропилен, бор аморфный и/или нитрид бора, при этом толщина крышки и корпуса выбирается не менее 20 мм.
Кроме того, для разделения осколков ЯМ с целю не допущения образования критической массы и возникновения самоподдерживающей цепной реакции для обеспечения необходимой ядерной безопасности при загрузке в контейнер нескольких осколков, контейнер снабжен установленным в грузовой камере сепаратором с тонкостенными перегородками из сплава алюминия, образуя перегородками и основанием со стенкой отделения для размещения в них ЯМ.
Для защиты весов от механических повреждений в транспортном положении и исключения сбоя показаний веса осколков ЯМ, крышка снабжена защитным экраном, закрепленным на ней снаружи с помощью крепежных элементов, также фиксирующих крышку с корпусом в транспортном положении.
Таким образом, снабдив контейнер электронными весами, обеспечивающими контроль веса помещаемого в контейнер ЯМ, расположив их в крышке для удобства определения веса ЯМ, выполнив корпус и крышку литыми с толщиной не менее 20 мм из легкого боросодержащего композиционного материала, обеспечивающего нейтронную защиту и снабдив контейнер ручкой, закрепленной на корпусе винтами в стопорах, содержащих фигурные выемки для надежной фиксации ручки и крышки в открытом положении, предотвращая тем самым удар крышки с весами о поверхность, на которую установлен контейнер и сбой весов, позволило создать защищающий контейнер удобный в эксплуатации и обеспечивающий ядерную безопасность.
Наличие в заявленном изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию изобретения «новизна».
В процессе дополнительного поиска не было выявлено технических решений, содержащих совокупность признаков, сходную с совокупностью отличительных признаков формулы заявленного контейнера, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию изобретения «изобретательский уровень».
Краткое описание чертежей:
на фиг. 1 изображен контейнер защищающий в разрезе;
на фиг. 2 изображен общий вид контейнера защищающего без защитного экрана и уплотняющих винтов;
на фиг. 3 изображен общий вид контейнера защищающего с открытой крышкой;
на фиг. 4 изображен стопор с фигурной выемкой;
на фиг. 5 изображен исполнитель, который собирает осколки ЯМ для взвешивания.
На чертежах даны следующие позиции:
1 – ручка;
2 - винт уплотняющий;
3 - защитный экран;
4 - весы;
5 - кронштейн;
6 - крышка;
7 - герметизирующая прокладка;
8 - выступ;
9 - винт;
10 - стопор;
11 - корпус;
12 - грузовая камера;
13 - сепаратор;
14 - защелка;
15 - бонка;
16 - петля;
17 - крючок;
18 - фигурная выемка.
Контейнер защищающий (далее по тексту контейнер) (фиг. 1, 2) содержит прямоугольный корпус 11 со стенкой и основанием, прямоугольную крышку 6 и ручку 1 для удобства переноса контейнера одним исполнителем с места сбора осколков до транспортного средства. Контейнер имеет форму параллелепипеда с целью удобства его доставки транспортным средством с места аварии на ПСИУ при установке контейнера на транспортное средство рядом с аналогичным или на аналогичный контейнер.
Для плотного прилегания крышки 6 к корпусу 11 и обеспечения герметизации, на внутренней стороне крышки 6 выполнен выступ 8, а в корпусе 11 выполнена соответствующая ему выемка, при этом между крышкой 6 и корпусом 11 находится резиновое уплотнение в виде прокладки 7, закрепленной на внутренней стороне крышки 6, например, при помощи клея. Герметизация необходима для обеспечения ядерной безопасности.
С целью обеспечения ядерной безопасности для определения веса осколков ЯМ и удобства осуществления взвешивания осколков ЯМ, в прямоугольной выемке крышки 6 с наружной стороны расположены электронные весы 4 с заглубленной весовой площадкой, препятствующей соскальзыванию взвешиваемого осколка ЯМ с весов 4. Весы 4 закреплены на крышке 6 с помощью кронштейна 5 и закрыты защитным экраном 3, закрепленным снаружи на крышке 6 с помощью крепежных элементов, например четырех уплотняющих винтов 2, которые одновременно служат для уплотнения прилегания крышки 6 к корпусу 11 контейнера. Уплотняющие винты 2 вкручиваются в бонки 15 корпуса 11. Крышка 6 герметично закреплена на корпусе 11 (фиг. 3) с помощью петель 16 на одной из сторон стенки, на противоположной стороне стенки расположено фиксирующее устройство в виде откидных защелок 14 и закрепленных на крышке 6 крючков 17. Ручка 1 закреплена на двух других противолежащих сторонах стенки корпуса 11 винтами 9 в стопорах 10, содержащих фигурные выемки 18 (фиг. 4), предназначенные для фиксации ручки 1 в таком положении, которое позволяет крышке 6 опереться в открытом положении на ручку 1 и за счет смещенного относительно оси петель 16 центра тяжести остаться в наклонном фиксированном положении, предотвращая удар крышки 6 с весами 4 о почву, на которой установлен контейнер. Это исключает «сбой» весов, обеспечивая точность определения веса осколков и позволяет оперативно осуществить закрывание крышки 6, а так же выполнить удобный захват ручки для переноса контейнера. Внутри корпуса 11 выполнена грузовая камера 12. Размеры грузовой камеры 12 выбираются с учетом заранее рассчитанных размеров осколков радиоактивных ЯМ, которые могут образоваться в результате аварии. В камере 12 расположен сепаратор 13 с тонкостенными перегородками, изготовленными из сплавов алюминия. Перегородки образуют совместно со стенкой корпуса 11 и его основанием отделения препятствующие соприкосновению уложенных в них осколков ЯМ, создавая условия для предотвращения образования критической массы ЯМ.
С целью обеспечения критмассовой безопасности и возможности установки контейнера рядом с аналогичным или на аналогичный контейнер, в нем корпус 11 (стенка с основанием) и крышка 6 выполнены литыми из боросодержащего композиционного материала, обеспечивающего нейтронную защиту и содержащего смесь полипропилена, бора аморфного и/или нитрида бора, при этом толщина крышки и корпуса выбирается не менее 20 мм, что определено расчетами. В качестве боросодержащего композиционного материала могут быть применены, например, материалы БНС -1 - БНС-4, изготавливаемые по техническим условиям на «материал БНС по ЖОТУ 24». При этом в любой контейнер из устанавливаемых рядом или на аналогичный контейнер (пространственную решетку) может быть упаковано не более определенной массы осколков ЯМ приведенной к Pu-239 в α-фазе. Если масса осколка, приведенная к Pu-239 в α-фазе, превышает предварительно рассчитанную норму загрузки, то он упаковывается в контейнер без сепаратора один и контейнер перевозится на ПСИУ индивидуально.
Вес контейнера с различными размерами грузовой камеры и габаритами приведен в таблице 1.
Работа с контейнером
При подготовке контейнера к сбору осколков исполнитель, прибыв на место сбора осколков на транспортном средстве, используя систему жизнеобеспечения, описанную в патенте РФ №2544131 «Система жизнеобеспечения исполнителя работ», снимает защитный экран 3, для чего выкручивает винты 2 из бонок 15 и крышки 6, и затем вкручивает обратно винты 2 в крышку 6.
На месте расположения осколков ЯМ (фиг. 5), исполнитель включает весы 4, и с помощью грузозахватного приспособления перемещает осколок на весовую площадку. После взвешивания открывает крышку 6, для чего необходимо сначала отвести ручку 1 до ее упора в боковую поверхность фигурной выемки каждого стопора 10, освободить крючки 17 от откидных защелок 14 фиксирующего устройства, снять осколок с весовой платформы и опереть крышку 6 на ручку 1. После чего осколок ЯМ помещается в грузовую камеру 12. Корпус 11 накрывают крышкой 6, которая герметично фиксируется на корпусе 11. Исполнитель с контейнером переходит к следующему осколку. Операции повторяются, включая взвешивание осколка. Если суммарный вес двух осколков не превышает установленное максимальное значение, второй осколок помещается в другое отделение сепаратора. Если суммарный вес этих двух (и следующих) осколков превышает установленное значение, то загрузка прекращается. Контейнер герметизируется с помощью фиксирующего устройства и резиновой прокладки 7 путем завинчивания винтов 2 через отверстия экрана 3 в бонки 15 корпуса 11, устанавливается на транспортное средство и транспортируется на ПСИУ.
Вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- заявляемый контейнер защищающий относится к ядерной технике, а именно, к контейнерам для сбора и транспортирования осколков ядерных материалов (ЯМ) с места аварии;
- заявляемый контейнер имеет высокую надежность герметизации, имеет не большой вес, удобен в обращении при сборе осколков ЯМ и его доставке на транспортное средство одним исполнителем и обеспечивает ядерную безопасность;
- для заявляемого контейнера в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявляемый контейнер соответствует условию изобретения «промышленная применимость».