КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ПРОСЫПЕЙ ТАБЛЕТОК ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
CONTAINER FOR STORAGE OF SPILLS OF TABLETS OF SPENT NUCLEAR FUEL

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 из транспортных чехлов в чехлы хранилища и предназначено для использования в водонаполненных хранилищах отработавшего ядерного топлива.
Основу ядерно-энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-1000 и РБМК-1000. На Изотопно-химическом заводе ФГУП «Горно-химический комбинат» действует «мокрое» хранилище, где отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реакторов ВВЭР-1000 хранится в водонаполненном бассейне выдержки. Отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) реакторов ВВЭР-1000 поступают в бассейн выдержки в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле. Из транспортного чехла в отсеке перегрузки бассейна выдержки ОТВС перегружаются в чехлы хранилища, которые из отсека перегрузки устанавливаются на хранение в бассейне хранения ОТВС. В настоящее время строится сухое хранилище, где ОТВС реакторов ВВЭР-1000 будут храниться в герметичных пеналах, установленных в гнездах хранения.
Проведенный анализ безопасности показал, что при перегрузке ОТВС в «мокром» хранилище из транспортного чехла в чехлы хранилища существует вероятность падения ОТВС и просыпания топлива массой около 13,2 кг диоксида урана на дно бассейна. Топливо, диоксид урана или смесь диоксида урана и трехокиси гадолиния, при россыпи находятся в форме таблеток, представляющих собой цилиндры диаметром 7,53 мм и высотой 10,7 мм. Глубина нахождения просыпи таблеток на дне бассейна составляет
13,4 м от щелевого перекрытия бассейна. Сбор просыпи таблеток осуществляется без их извлечения из под защитного слоя воды в бассейне.
Также под слоем воды собранные таблетки необходимо поместить в контейнер, в котором они могут храниться в специальном чехле, предназначенном для хранения дефектных ОТВС. По завершении строительства сухого хранилища контейнер с таблетками должен размещаться в герметичном пенале, а в последующем передаваться на переработку после введения в эксплуатацию завода по переработке ОЯТ.
При сухом хранении, ОТВС поступают из бассейна выдержки в камеру комплектации пеналов сухого хранилища, где помещаются в гнездо вакуумной сушки. Затем осушенные ОТВС помещаются в пеналы, заполняемые азотно-гелиевой смесью, и герметизируемые приваркой крышки. Герметичные пеналы с ОТВС поступают в сухое хранилище на долговременное хранение.
Известна ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010, G21F 5/008), содержащая цилиндрический корпус с дном, выполненный высотой, позволяющей захвату иметь доступ к силовой решетке пучка твэлов, устанавливаемого с опиранием каркасной трубой на дно ампулы, в котором помещен пучок отработавших твэлов, крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства, в виде пружинного разрезного кольца, снабженную пружиной, обеспечивающей фиксацию в ампуле пучка твэлов разной длины и установленную в корпусе с зазором в виде лабиринтного уплотнения, препятствующего высыпанию частиц топлива из ампулы и обеспечивающего возможность проведения осушки пучка твэлов, загруженного в ампулу. Фиксация крышки осуществляется запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, требующего при снятии крышки его сжатия стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы.
Недостатком известной ампулы при ее использовании для загрузки таблеток ОЯТ в бассейне выдержки является то, что она предназначена только для работы в защитной камере с атмосферной средой. Загрузка ампулы таблетками ОЯТ в бассейне выдержки потребует ее кантования для слива воды из герметичного корпуса, что влечет за собой необходимость создания дополнительного оборудования. Кроме того, фиксация крышки запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, требующего при снятии крышки его сжатия стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы, также требует создания дополнительных технических средств для проведения этой операции.
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является кюбель (контейнер) по патенту №2308777 МПК G21С 19/40, предназначенный для приема, транспортировки и хранения отработавших твэлов в бассейнах, заполненных водой. Известный кюбель содержит цилиндрическую стенку и днище со сливными отверстиями. Кюбель содержит установленную коаксиально стенке полую цилиндрическую вставку с герметичным нижним торцом и отверстиями в верхней части. Отверстия в верхней части исключают попадание твэлов в полость вставки.
Недостатком известного кюбеля является то, что он не может быть размещен для хранения в специальном чехле, предназначенном для хранения дефектных ОТВС, в мокром хранилище, так и в пенале сухого хранилища с помощью существующих технических средств. Кроме того, герметичный нижний конец вставки содержит не выдаваемый при извлечении кюбеля из бассейна объем воды, что потребует длительной выдержки в гнезде вакуумной сушки.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в создании контейнера, обеспечивающего хранение просыпи таблеток отработавшего ядерного топлива как в мокром, так и в сухом хранилище без их перегрузки при применении существующих технических средств.
Для достижения указанного технического результата в известном контейнере (кюбеле), содержащем стенки, днище, установленную коаксиально стенкам верхнюю часть полой цилиндрической вставки с заглушенным верхним торцом и с отверстиями, исключающими попадание таблеток в полость вставки, крышку с лабиринтным уплотнением, стенки образуют корпус шестигранного сечения, идентичного шестигранному сечению ОТВС. В верхней части к шестигранному корпусу присоединено донышко с горловиной, а к нижней части - коническое днище. На горловину установлена фиксируемая на ней крышка, верхняя часть которой по внешнему контуру идентична головке ОТВС, а расстояние между торцами нижней части вставки и верхней части крышки равно высоте ОТВС.
В частном случае нижний ряд отверстий, выполненных в верхней части вставки расположен в месте ее примыкания к коническому днищу, а на верхнюю часть вставки установлена сетка.
Учитывая условия эксплуатации, на нижнем торце вставки выполнены пазы, а толщина стенок корпуса, диаметр и толщина стенки вставки определяются, исходя из обеспечения ядерной безопасности при хранении таблеток в мокром и сухом хранилищах.
В другом частном случае фиксирование крышки на горловине осуществляется с помощью байонетного соединения, причем на горловине установлены штифты, а на крышке выполнены пазы с канавками для размещения штифтов и установлены ролики, взаимодействующие с выступами, выполненными на верхнем донышке корпуса, при вхождении штифтов в канавки для их размещения.
Образование стенками корпуса шестигранного сечения, идентичного шестигранному сечению ОТВС и равенство расстояния между торцами нижней части вставки и верхней части крышки высоте ОТВС позволяют при установке контейнера в специальный чехол, предназначенный для хранения дефектных ОТВС в мокром хранилище: во-первых, установить шестигранный корпус контейнера в ячейку специального чехла, предназначенного для хранения дефектных ОТВС, и зафиксировать его от поворота между пластинами ячейки, аналогично ОТВС, что позволяет, в свою очередь, осуществлять зацепление и расцепление существующей штанги с верхней частью крышки, осуществляемое поворотом штанги: во-вторых, обеспечить выступание верхней части крышки над чехлом аналогично выступанию ОТВС и, тем самым, создать возможность для установки и извлечения контейнера имеющимися штангами, предназначенными для перегрузки ОТВС.
Присоединение в верхней части к шестигранному корпусу горловины, а к нижней части - конического днища позволяет получить замкнутую полость для размещения таблеток и при снятой крышке осуществить в корпус загрузку таблеток отработавшего ядерного топлива.
Установка на горловину фиксируемой на ней крышки, по внешнему контуру идентичной головке ОТВС, позволяет использовать при снятии и постановке крышки на горловину корпуса штатные штанги, применяемые при перегрузке ОТВС из транспортных чехлов в чехлы хранилища, а также осуществить транспортные операции с применением существующих технических средств по установке и извлечению контейнера из чехла для хранения дефектных ОТВС в мокром хранилище, а также по установке контейнера в гнездо вакуумной сушки и далее в пенал сухого хранилища.
Расположение нижнего ряда отверстий во вставке в месте примыкания ее верхней части к коническому днищу позволяет обеспечить при извлечении контейнера из бассейна полное опорожнение его внутренней полости от воды и облегчает процесс осушения таблеток при размещении контейнера в гнезде вакуумной сушки.
Установка на верхнюю часть вставки сетки позволяет осуществить загрузку и хранение в контейнере частично разрушенных таблеток.
Выполнение на нижнем торце вставки пазов облегчает отведение паров воды из контейнера в гнезде вакуумной сушки.
Фиксирование крышки на горловине, осуществляемое с помощью байонетного соединения с установкой на горловине штифтов, и выполнением на крышке пазов с канавками для размещения штифтов, позволяет осуществить сцепление крышки с горловиной. Тем самым обеспечивается установка и снятие крышки с горловины контейнера поворотом штатной штанги, сцепленной с верхней частью крышки, а также транспортирование контейнера штатной штангой.
Установка роликов, взаимодействующих с выступами, выполненными на верхнем донышке корпуса, позволяет при расположении штифтов над канавками приподнимать крышку за счет взаимодействия роликов с выступами и вводить штифты в канавки, жестко фиксируя их в этом положении, обеспечивая надежность сцепления крышки с горловиной и, тем самым, безопасность транспортирования контейнера существующими техническими средствами,
Определение толщины стенок корпуса, диаметра и толщины стенки вставки, исходя из обеспечения ядерной безопасности при хранении таблеток как в воде, так и в воздушной среде при извлечении контейнера из воды и сушке, а также в азотно-гелиевой среде при хранении в пенале, позволяют использовать заявляемый контейнер без перегрузки таблеток как в мокром, так и в сухом хранилищах.
Предлагаемый контейнер иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 показан предлагаемый контейнер в разрезе;
На фиг.2 показан предлагаемый контейнер, размещенный в чехле мокрого хранилища.
Предлагаемый контейнер содержит корпус 1 шестигранного сечения, образованный стенками 2, верхним донышком 3 и нижним коническим днищем 4. Шестигранное сечение корпуса 1 идентично шестигранному сечению ОТВС реактора ВВЭР-1000. Верхняя часть корпуса 1 снабжена горловиной 5, на которую устанавливается крышка 6.
К горловине 5 присоединены два штифта 7, на которых крышка 6 фиксируется с помощью пазов 8, выполненных на внешнем кольце 9 крышки 6 в виде байонетного соединения. Пазы 8 заканчиваются канавками 10 для размещения штифтов 7. На внешнем кольце 9 крышки 6 установлены ролики 11, взаимодействующие с выступами 12, выполненными на верхнем донышке 3 при размещении штифтов 7 над канавками 10. Верхняя часть 13 крышки 6 также снабжена двумя штифтами 14, причем внешний контур верхней части 13 и размещение штифтов 14 на ней выполнены как на головке ОТВС, что создает возможность зацепления крышки 6 существующей штангой 15, предназначенной для перегрузки ОТВС из транспортного чехла в чехлы хранилища. Крышка 6 также содержит внутреннее кольцо 16 с лабиринтным уплотнением 17, входящим внутрь горловины 5.
В корпусе 1 расположена коаксиально стенкам 2 верхняя часть 18 полой цилиндрической вставки 19, снабженная отверстиями 20 и установленной на ее верхний торец заглушкой 21. Верхняя часть 18 вставки 19 присоединена к коническому днищу 4 таким образом, чтобы в месте их примыкания друг к другу располагался нижний ряд отверстий 20, обеспечивающий полное опорожнение корпуса 1 при его извлечении из воды. В случае частичного разрушения таблеток на верхнюю часть 18 вставки 19, расположенную внутри корпуса 1, устанавливается сетка 22, препятствующая попаданию их частей во вставку 19.
Нижняя часть 23 вставки 19 расположена ниже корпуса 1. Длина нижней части 23 выполнена такой, чтобы расстояние от ее нижнего торца 24 до верхнего торца верхней части 13 крышки 6 было равно высоте ОТВС. На торце 24 выполнены пазы 25.
Толщина стенок 2 корпуса 1, диаметр и толщина стенок верхней части 18 вставки 19 определяются исходя из обеспечения ядерной безопасности при хранении как в воде, так и в воздушной среде при извлечении контейнера из воды и сушке, а также в азотно-гелиевой среде при хранении в пенале сухого хранилища. В бассейне выдержки предлагаемый контейнер, после заполнения его таблетками ОЯТ, хранится в одной из ячеек специального чехла 26 (см. фиг.2), предназначенного для хранения дефектных ОТВС, закрытой крышкой 27. При передаче на сухое хранение предлагаемый контейнер помещается в ячейке герметичного пенала, предназначенного для сухого хранения ОТВС ВВЭР-1000 (на чертежах не показан).
Предлагаемый контейнер для хранения просыпей таблеток ОЯТ используется в качестве аварийного инструмента и эксплуатируется следующим образом. При возникновении аварийной ситуации, связанной с возникновением просыпи таблеток ОЯТ на дне отсека перегрузки ОТВС в бассейне выдержки, предлагаемый контейнер устанавливается вблизи просыпи в специальной подставке. Существующей штангой 15, предназначенной для перегрузки ОТВС из транспортного чехла в чехлы хранилища, с горловины 5 корпуса 1 снимается крышка 6. Зацепление крышки 6 за штифты 14 штангой 15 осуществляется аналогично зацеплению ОТВС. Штангой 15 крышка 6 поворачивается, при этом ролик 11 съезжает с выступа 12 и крышка 6 подается вниз, выводя штифты 7 из канавок 10. Дальнейшим поворотом крышки 6 и ее подъемом крышка 6 снимается с горловины 5. Устройством для сбора просыпи таблеток (на чертеже не показано) через горловину 5 в кольцевое пространство между верхней частью 18 вставки 19 и стенками 2 корпуса 1 загружаются таблетки, рассыпанные на дне бассейна. Так как диаметр таблеток превышает диаметр отверстий 20 в верхней части 18 вставки 19, то попадание таблеток во внутреннюю полость вставки 19 исключается. При частичном разрушении таблеток, попаданию их частей во вставку 19 препятствует сетка 22. После загрузки таблеток в корпус 1 на его горловину 5 устанавливается крышка 6, зацепленная существующей штангой 15. При этом крышка 6 заводится своими пазами 8 на штифты 7 горловины 5 и поворачивается штангой 15. При повороте крышки 6 в момент размещения штифтов 7 над канавками 10, ролики 11 наезжают на выступы 12 и приподнимают крышку 6 относительно горловины 5, заводя и фиксируя штифты 7 в канавках 10. Далее штангой 15 предлагаемый контейнер устанавливается в одну из ячеек специального чехла 26, предназначенного для хранения дефектных ОТВС реактора ВВЭР-1000. Затем на ячейку чехла 26 устанавливается крышка 27, и контейнер хранится в ячейке до его перегрузки в сухое хранилище. При извлечении предлагаемого контейнера из бассейна вода из корпуса 1 стекает по отверстиям 20, причем нижний ряд отверстий 20 обеспечивает полное опорожнение корпуса 1. Так как предлагаемый контейнер по высоте и внешнему контуру крышки 6 и корпуса 1 идентичен ОТВС, то он может быть оттранспортирован, аналогично ОТВС, в камеру комплектации пеналов и помещен в гнездо вакуумной сушки. При осушении таблеток пары воды удаляются вакуумом через лабиринтное уплотнение 17 и пазы 25, выполненные на нижнем торце 24 вставки 19. После гнезда вакуумной сушки контейнер размещается в одной из ячеек герметичного пенала сухого хранилища по технологии, установленной для хранения ОТВС реактора ВВЭР-1000.