СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
METHOD TO MANUFACTURE DEVICE FOR STORAGE AND TRANSPORTATION OF SPENT NUCLEAR FUEL

Изобретение может использоваться в ядерной энергетике при производстве упаковок для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива и других радиоактивных материалов.
Контейнеры для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива, изготавливаемые из высокопрочного чугуна, имеют, как правило, цилиндрическую форму, при этом их размеры, такие как внешний диаметр и высота, составляют по несколько метров, толщина стенок контейнера может достигать нескольких сотен миллиметров и обладают значительной массой, достигающей 100 и более тонн. Эти особенности конструкции требуют повышения технологичности контейнеров для снижения трудоемкости работ при их изготовлении и сборке. Как правило, контейнер состоит из внутренней и внешней оболочек, между которыми размещен нейтронно-защитный материал, для защиты окружающей среды и обслуживающего персонала от радиоактивного излучения, а также теплоотводящие элементы для предотвращения перегрева содержимого контейнера.
Известен способ изготовления контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, включающий бетонирование полости между металлическими наружной и внутренней цилиндрическими оболочками с днищами и параллельное бетонирование полости образца, идентичного сектору контейнера. Бетонирование в обоих полостях осуществляют в одинаковом режиме. После бетонирования осуществляют разъем оболочек образца, по которому осуществляют оценку качества бетонного заполнения по высоте контейнера и оценку его физико-механических свойств [1].
Недостатками известного способа являются большая трудоемкость заполнения полости между обечайками арматурой и тяжелым бетоном, необходимость изготовления образца, идентичного сектору контейнера, и заполнения его бетоном в одинаковом режиме с заполнением полости между оболочками контейнера, что ведет к увеличению трудоемкости процесса изготовления контейнера и, как следствие, стоимости.
Известен способ изготовления контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, включающий вертикальную установку контейнера и бетонирование полости между наружной и внутренней цилиндрическими оболочками с днищами. Перед бетонированием контейнер устанавливают днищем вверх. Пластичную бетонную смесь подают в единое распределительное устройство, откуда ее подают со стороны днища контейнера в межоболочковую полость последнего, для чего в днище наружной оболочки контейнера выполняют отверстия, через которые в полость опускают рукава, которые подключают к единому распределительному устройству. Рукава равномерно размещают по окружности в межоболочковой полости, а между рукавами размещают глубинные вибраторы, образующие с рукавами вибропакет. По мере заполнения межоболочковой полости бетонной смесью вибропакет и распределительное устройство непрерывно перемещают вверх грузоподъемным средством. После бетонирования отверстия в днище наружной оболочки закрывают крышками [2].
Недостатками известного способа является необходимость сверления в днище отверстий, каждое из которых должно иметь герметичную крышку, необходимость переворачивать контейнер днищем вверх для заливки бетона, что, учитывая его большие размеры и массу, является трудоемкой операцией.
Известно устройство, система и способ хранения высокоактивных отходов (Apparatus, system and method for storing high level waste [3]) сущность которого заключается в том, что между внутренней и внешней оболочками устройства размещаются кольцевые элементы, выполненные с возможностью сборки в пакет с им подобными элементами для формирования единой пакетной структуры, обеспечивающей относительное положение внутренней и внешней оболочек и обеспечивающей отвод тепла от внутренней оболочки. В пустотах кольцевых структур, собранных в пакет, размещается нейтронопоглощающий материал.
Недостатком известного устройства является то, что между внутренней и внешней оболочками находится пакет, собранный из нескольких кольцевых элементов, что усложняет конструкцию и снижает технологичность ее сборки и изготовления.
Технический результат от применения предлагаемого устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива заключается в повышении его технологичности за счет облегчения процесса изготовления и сборки, снижении трудовых и финансовых затрат на его изготовление.
Достигается технический результат тем, что сначала на внешнюю поверхность полого внутреннего стакана напрессовывают дополнительную обечайку, внутреннюю и внешнюю поверхности которой выполняют соответственно по форме внешней поверхности полого внутреннего стакана и внутренней поверхности внешней обечайки и снабжают продольными каналами, далее на внешнюю поверхность дополнительной обечайки напрессовывают внешнюю обечайку, затем, со стороны основания, заполняют продольные каналы, выполненные на внешней и внутренней поверхностях дополнительной обечайки нейтронно-поглощающим материалом, устанавливают днище на внешнюю обечайку.
На фиг.1 показан полый внутренний стакан устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. На фиг.2 показана дополнительная обечайка устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. На фиг.3 показана внешняя обечайка устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. На фиг.4 показан процесс реализации предлагаемого способа изготовления устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива путем напрессовки дополнительной обечайки на полый внутренний стакан. На фиг.5 показана операция напрессовки внешней обечайки на дополнительную обечайку, напрессованную на полый внутренний стакан. На фиг.6 схематично показано устройство для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива в продольном сечении в диаметральной плоскости. На фиг.7 показано сечение А-А устройства для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива.
Способ обеспечивает изготовление устройства для хранения и транспортировки отходов ядерного топлива, включающего полый внутренний стакан 1 для размещения отходов ядерного топлива и внешнюю обечайку 2, между которыми размещена дополнительная обечайка 3, в продольных каналах 4, 5 которой расположен нейтронно-поглощающий материал.
Способ осуществляют путем монтажа внешней обечайки 2 на дополнительную обечайку 3, установленную на полый внутренний стакан 1.
Полый внутренний стакан 1 устанавливают вертикально. На внешнюю поверхность полого внутреннего стакана 1 напрессовывают заранее изготовленную дополнительную обечайку 3, внутренняя поверхность которой выполнена по форме внешней поверхности внутреннего стакана 1, а внешняя поверхность выполнена по форме внутренней поверхности внешней обечайки 2, при этом внутренняя и внешняя поверхности дополнительной обечайки 3 снабжены продольными каналами 4, 5, расположенными в шахматном порядке на ее внутренней и внешней поверхностях таким образом, чтобы размеры каналов 4, располагаемых на внутренней поверхности дополнительной обечайки 3, в поперечном сечении были больше расстояний между соседними каналами 5 на ее внешней поверхности и, наоборот, размеры каналов 5 в поперечном сечении, выполненных на внешней поверхности дополнительной обечайки 3 были больше расстояния между соседними каналами 4 на ее внутренней поверхности. Посадочные размеры дополнительной обечайки 3 назначаются таким образом, чтобы при сборке устройства для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива, а именно при установке дополнительной обечайки 3 на полый внутренний стакан 1 и внешней обечайки 2 на дополнительную обечайку 3, обеспечивались посадки с гарантированным натягом. Для облегчения процесса сборки дополнительную обечайку 3 нагревают до температуры, обеспечивающий необходимое изменение посадочного размера для свободного перемещения дополнительной обечайки 3 вдоль полого внутреннего стакана 1 до размещения ее в требуемом положении, но при этом не превышающей температуры, при которой происходят существенные изменения в структуре материала нагреваемой детали или изменения его физико-механических свойств. После остывания соединенных деталей на внешнюю поверхность дополнительной обечайки 3 устанавливают внешнюю обечайку 2. Для облегчения процесса сборки внешнюю обечайку 2 нагревают до температуры, обеспечивающий необходимое изменение посадочного размера для свободного перемещения внешней обечайки 2 вдоль дополнительной обечайки 3 до размещения ее в требуемом положении, но при этом не превышающей температуры, при которой происходят существенные изменения в структуре материала нагреваемой детали или изменения его физико-механических свойств. После остывания собранных деталей полости, образованные продольными каналами 4, выполненными на внутренней поверхности дополнительной обечайки 3 и внешней поверхностью полого внутреннего стакана 1, а также полости, образованные продольными каналами 5, выполненными на внешней поверхности дополнительной обечайки 3, и внутренней поверхностью внешней обечайки 2, заполняют нейтронно-поглощающим материалом. Заполнение производят по направлению снизу (со стороны днища) вверх. Затем на внешнюю обечайку 2 устанавливают днище 6 с нейтронной защитой 7. Далее сверху на полый внутренний стакан 1 устанавливают герметично закрываемую крышку 8, а на внешнюю обечайку 2 - герметично закрываемую крышку 9 с нейтронной защитой 10.
Предлагаемый способ изготовления устройства для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива будет способствовать повышению технологичности контейнера за счет упрощения его конструкции и снижению затрат труда, времени и средств на его сборку. Это связано с тем, что дополнительная обечайка 3 изготавливается цельной, а не из составных частей, при этом она имеет достаточно простую геометрическую форму, что упрощает ее механическую обработку и процесс сборки контейнера. В процессе сборки без каких-либо дополнительных технологических операций, например сверления, между полым внутренним стаканом 1 и дополнительной обечайкой 3, а также между дополнительной обечайкой 3 и внешней обечайкой 2 автоматически образуются полости для размещения нейтронно-поглощающего материала. Не требуется установки между полым внутренним стаканом 1 и внешней обечайкой 2 дополнительных специальных элементов для отвода тепла, т.к. эту функцию будет выполнять дополнительная обечайка 3, выполненная цельной и имеющая достаточную для этой цели площадь контакта с внешней поверхностью полого внутреннего стакана 1 и внутренней поверхностью внешней обечайки 2.
При предлагаемом способе сборки устройства для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива соединение дополнительной обечайки 3 с полым внутренним стаканом 1 и дополнительной обечайки 3 с внешней обечайкой 2 осуществляется простым методом - посадкой с натягом, не требующим применения каких-либо специальных дополнительных крепежных деталей и обеспечивающим хорошее центрирование соединяемых полого внутреннего стакана 1, дополнительной обечайки 3 и внешней обечайки 2 при их надежной фиксации относительно друг друга в требуемом положении.
Благодаря новизне предлагаемого способа упрощается технология сборки устройства для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива и снижаются трудовые и финансовые затраты на его изготовление.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Описание изобретения к патенту RU 2095865.
2. Описание изобретения к патенту RU 2088984.
3. Описание изобретения к патенту WO 2008005932.