ТРАНСПОРТНЫЙ УПАКОВОЧНЫЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ХРАНЕНИЯ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
TRANSPORT PACKAGING SET FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF NUCLEAR FUEL

Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано для транспортирования и хранения ядерного топлива, в частности свежего смешанного уран-плутониевого топлива, при его перевозках в нормальных условиях и с учетом возникновения аварийных ситуаций от завода-изготовителя тепловыделяющих сборок к потребителю на атомные станции, а также при его хранении в складских помещениях.
Из уровня техники известен транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива (смотри патент РФ №2241268, МПК G21F 5/008). Известный транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива (ТУК) содержит корпус, образованный трубами с фланцами и опорными стойками. К опорным стойкам присоединены верхние опоры с фиксаторами, нижние опоры с отверстиями под размещение фиксаторов и грузовые проушины. Крышки с крепежными деталями закреплены на фланцах труб. Пеналы и деревянные вкладыши, устанавливаемые внутри труб, образуют рабочие ячейки для размещения тепловыделяющих сборок. На фланцах труб закреплены конической формы демпферы, опирающиеся на крышки. К нижним опорам присоединены с помощью амортизаторов опорные листы с отверстиями для размещения фиксаторов. Деревянные вкладыши снабжены выемками, в которых по длине активной зоны тепловыделяющей сборки размещены поглощающие поток нейтронов, примыкающие к пеналам стальные пластины. Суммарная толщина стенки пенала и пластины определяется по формуле (1,05-0,01S) меньше 1, где S - суммарная толщина стенки пенала и пластины.
К недостаткам известного ТУК относится то, что использование стальных пластин для поглощения потока нейтронов не является оптимальным решением исходя из соотношения их массы к коэффициенту поглощения нейтронов. Более эффективными нейтронопоглощающими материалами являются боросодержащие сплавы, органические полимерные материалы.
Кроме того, применение деревянных вкладышей не позволяет проводить эффективную дезактивацию известного ТУК.
Известен комплект транспортный упаковочный ТК-С68 (проект Л.65.713.00.000, разработанный ОАО «Восточно-Европейский головной научно-исследовательский и проектный институт энергетических технологий», г.Санкт-Петербург), предназначенный для транспортировки и хранения тепловыделяющих сборок со свежим смешанным уран-плутониевым топливом (МОКС-топливом) ядерных реакторов на быстрых нейтронах БН-600, БН-800, который выбран заявителем в качестве прототипа.
Комплект транспортный упаковочный ТК-С68 (далее по тексту - ТК-С68) состоит из корпуса и двух крышек. Корпус состоит из следующих основных частей: обечайка, гнездо и гнездо выемное. Обечайка представляет собой трубу, на торцах которой установлены фланцы, к которым на болтах крепятся крышки. Сверху и снизу к обечайке на сварке присоединены опоры и сверху - строповочные проушины. Верхние опоры снабжены фиксаторами, а нижние - отверстиями для возможности штабелирования ТК-С68 при транспортировке и хранении. Опоры также служат в качестве амортизаторов, предназначенных для снижения возможных динамических нагрузок, действующих на ТК-С68 в аварийных условиях. Внутри обечайки установлено гнездо с шестигранным сечением, образуемым свариваемыми между собой по всей длине контактной сваркой шестью ванночками. В части гнезда, в которой располагается топливная зона тепловыделяющей сборки, внутри ванночек установлены продольные ребра с Т-образным профилем, а по краям ребер - поперечные ограничители, закрывающие ванночки по торцам продольных ребер. Ванночки между поперечными ограничителями заполнены твердой биологической защитой, предназначенной для защиты обслуживающего персонала от фотонного и нейтронного излучения свежего МОКС-топлива. В качестве нейтронной защиты применяется компаунд КЛ-1505 ТУ 38.103684-89. Внутри гнезда устанавливается выемное гнездо шестигранного сечения, образуемого при сварке двух полуоболочек. На каждую грань выемного гнезда установлены фторопластовые накладки.
К недостаткам известного ТК-С68 относится то, что гнездо с шестигранным сечением образовано свариваемыми между собой контактной сваркой шестью ванночками. Гнутые из тонколистовой стали ванночки длиной 3667 мм после сварки не образуют шестигранное сечение необходимой точности в результате воздействия сварочных напряжений и не обладают достаточной жесткостью.
После сварки между ванночками остаются сквозные зазоры, соединяющие внутреннюю и наружную полости гнезда. Наличие сквозных зазоров затрудняет дезактивацию внутренней поверхности гнезда, так как в зазорах могут оставаться загрязнения. Кроме того, дезактивирующий раствор с загрязнениями может через зазоры проникать в замкнутую, недоступную для дезактивации полость между наружной поверхностью гнезда и обечайкой и в последующем загрязнить тепловыделяющие сборки. Кроме того, через сквозные зазоры после заполнения ванночек компаундом поток нейтронов проходит без поглощения, что снижает биологическую защиту.
Также отмечены затруднения при извлечении из гнезда шестигранного сечения выемного гнезда тоже шестигранного сечения вследствие недостаточной их жесткости и изменения формы в результате воздействия сварочных напряжений.
Кроме того, технология изготовления гнезда шестигранного сечения, включающая значительное количество сварных соединений, сложна и трудоемка и требует высокой точности изготовления.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является улучшение условий дезактивации внутренней поверхности гнезда и повышение биологической защиты обслуживающего персонала
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в исключении зазоров в гнезде и повышении технологичности его изготовления.
Для достижения указанного технического результата в транспортном упаковочном комплекте для транспортирования и хранения ядерного топлива, в отличие от известного, гнездо выполнено из трубы круглого сечения, а к полуоболочкам выемного гнезда прикреплены полудиски, образующие круглое сечение с наружным диаметром, образующим зазор с внутренним диаметром трубы гнезда.
Выполнение гнезда из трубы круглого сечения исключает зазоры на внутренней поверхности гнезда и между секциями нейтронопоглощающего компаунда, что повышает радиационную защиту и облегчает дезактивацию внутренней поверхности гнезда. Также выполнение гнезда из трубы круглого сечения делает его конструкцию более жесткой, сокращает количество сварных соединений и упрощает технологию его изготовления.
Прикрепление к полуоболочкам выемного гнезда полудисков, образующих круглое сечение с наружным диаметром, образующим зазор с внутренним диаметром трубы гнезда, позволяет извлекать выемное гнездо без затруднений.
Предлагаемый транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.
На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого ТУК в вертикальном положении;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Предлагаемый ТУК (см. фиг.1) содержит корпус 1, переднюю 2 и заднюю 3 крышки. Корпус 1 состоит из обечайки 4, гнезда 5 и выемного гнезда 6, во внутреннюю полость которого устанавливается тепловыделяющая сборка 7. Обечайка 4 представляет собой трубу, на торцах которой установлены фланцы 8, к которым на болтах 9 крепятся крышки 2 и 3. К обечайке 4 на сварке присоединены опоры 10 и проушины 11. Верхние опоры 10 снабжены фиксаторами 12, а нижние - отверстиями 13 для возможности штабелирования ТУК при транспортировке и хранении. Установленное внутри обечайки 4 гнездо 5 имеет круглое сечение и состоит из трубы 14, на наружной поверхности которой равномерно по окружности установлены на сварке продольные ребра 15 с Т-образным профилем. Продольные ребра 15 установлены в части гнезда 5, в которой размещается топливная зона тепловыделяющей сборки 7, транспортируемой в предлагаемом ТУК. По краям продольных ребер 15 устанавливаются кольца 16, образующие вместе с ребрами 15 и трубой 14 ванночки 17 для их заполнения твердой биологической защитой 18 (компаундом).
Внутри гнезда 5 устанавливается выемное гнездо 6 шестигранного сечения, образуемого при сборке двух полуоболочек 19 сваркой на электрозаклепках 20.
С наружной поверхности на полуоболочки 19 установлены на сварке верхние 21 и нижние 22 полудиски, образующие круглое сечение с наружным диаметром, образующим зазор с внутренним диаметром трубы 14 гнезда 5. На каждую внутреннюю грань выемного гнезда 5 установлены фторопластовые накладки 23 на заклепках 24.
Передняя и задняя крышки 2 и 3 содержат фланцы 25, к которым прикреплены конические амортизаторы 26 и твердая биологическая защита 27. В передней крышке установлен клапан 28, на штуцер которого установлена заглушка 29.
Предлагаемый ТУК эксплуатируется аналогично эксплуатации ТК-С68.
На предприятии-поставщике при загрузке ТУК переводится в вертикальное положение и с него снимается передняя крышка 2. Тепловыделяющая сборка 7 опускается в выемное гнездо 6, при этом ее грани скользят по фторопластовым накладкам 23. Затем устанавливается передняя крышка 2 и динамометрическим ключом осуществляется затяжка болтов 9 крепления передней крышки 2. ТУК переводится в горизонтальное положение и переносится на участок обслуживания, где осуществляется дозиметрический контроль и, при необходимости, дезактивация наружных поверхностей. Далее осуществляется контроль герметичности присоединения передней крышки 2. Специальное приспособление (на чертеже не показано) присоединяется к штуцеру клапана 28, во внутреннюю полость ТУК подается избыточное давление и контролируется его падение. При положительных результатах испытаний на герметичность специальное приспособление отсоединяется от клапана 28 и на штуцер клапана устанавливается заглушка 29. ТУК готов к перевозке.
На предприятии-потребителе перед выгрузкой тепловыделяющей сборки осуществляется снижение избыточного давления воздуха, которое может возникнуть в результате теплового расширения, для чего со штуцера клапана 28 снимается заглушка 29, к клапану 28 присоединяется специальное приспособление для сдувки (на чертеже не показано). Давление внутри ТУК снижается до атмосферного, причем воздух из ТУК сдувается в систему газоочистки. Клапан 28 закрывается и специальное приспособление для сдувки отсоединяется от клапана 28. ТУК переносится на кантователь, устанавливается им в вертикальное положение. Отсоединяется передняя крышка 2 и тепловыделяющая сборка извлекается из ТУК. После ее выгрузки ТУК переводится в горизонтальное положение и доставляется на участок обслуживания, где осуществляется дозиметрический контроль и, при необходимости, дезактивация внешних и внутренних поверхностей ТУК протиркой ветошью, смоченной дезактивирующими растворами.
Устанавливается передняя крышка 2, заглушка 29 на клапан 28 и порожний ТУК отправляется предприятию-поставщику.