СТЕЛЛАЖ ДЛЯ УПЛОТНЕННОГО РАЗМЕЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
RACK FOR PACKED DISPOSITION AND STORAGE OF SPENT FUEL ASSEMBLIES OF NUCLEAR REACTORS

Изобретение относится к области ядерной техники, в частности к средствам для хранения отработавших топливных элементов ядерных реакторов, и предназначено для использования в хранилищах отработанного ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
Хранение отработавшего ядерного топлива(ОЯТ) является существенной частью любого ядерного топливного цикла, который включает временное (до 10 лет) хранение ОЯТ в приреакторных бассейнах АЭС с последующей их транспортировкой на заводы переработки РТ-1 или РТ-2. На заводах РТ-1 или РТ-2 ОЯТ до переработки хранится в водозаполненных хранилищах.
Выдержка и хранение отработанного ядерного топлива осуществляется в специально предназначенных для этой цели стеллажах хранения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), устанавливаемых в бассейны выдержки. Габариты стеллажей определяются количеством загружаемых ОТВС и безопасным шагом размещения ОТВС. Соответственно габариты бассейнов определяются количеством устанавливаемых в бассейн стеллажей и сроком хранения ОТВС до их транспортировки на заводы РТ или отправки на переработку.
В настоящее время особенно актуальным является вопрос увеличения емкости стеллажей без изменения размеров бассейна выдержки, в связи с требованиями по увеличению срока хранения отработавших ТВС, что вызвано тем, что в большинстве стран по ряду причин экономического, технического, экологического характера не форсируется развитие способов переработки отработавшего ядерного топлива.
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:
Отверстия в дистанционирующих решетках и трубы, устанавливаемые в них, выполнены круглыми, а в верхней части круглых труб установлены три ребра, образующих незамкнутый шестигранник. По периферии квадратного сечения известный чехол обрамлен ребрами жесткости, расположенными симметрично относительно центральной оси чехла (см. патенты РФ №№2331943, 2387032, кл. G21C 19/06, G21F 5/00).
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является увеличение коэффициента полезной загрузки бассейна выдержки для отработавших тепловыделяющих сборок..
Заявляемый стеллаж для уплотненного размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2, 3, 4 и 5.
На фиг.1 показан стеллаж для уплотненного размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, вид спереди.
На фиг.2 показан стеллаж для уплотненного размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, вид сверху.
На фиг.3 показан вид спереди и продольный разрез многогранной трубы с установленными соединительно-дистанционирующими элементами.
На фиг.4 показан вид сверху многогранной трубы с установленными соединительно-дистанционирующими элементами.
На фиг.5 показан разрез А-А на фиг.3, иллюстрирующий соединение отдельных многогранных труб в стеллаж для уплотненного размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов.
Стеллаж 1 для уплотненного размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов с ячейками 2, предназначенными для упорядоченного размещения ОТВС, представляет собой сварную конструкцию из труб 3 многогранного сечения, выполненных из нейтронопоглащающего материала, например бористой стали. Взаимное расположение многогранных труб 3 в стеллаже 1 определяется по условиям радиационной и ядерной безопасности.
а
Верхние и нижние концы многогранных труб 3 соответственно соединены по смежным граням посредством верхних 4 и нижних 5 монтажно-дистанционирующих элементов, устанавливающих разрешенное расстояние  между смежными гранями 6 многогранных труб 3, определяемое исходя из минимально допустимого безопасного шага размещения ОТВС.
На каждой грани 6 многогранной труб 3 смонтированы по два дистанционатора: на верхнем торце грани - верхний дистанционатор 7, на нижнем торце грани - нижний дистанционатор 8. Каждый из указанных дистанционаторов представляет собой ступенчатую пластину, изготовленную из нержавеющей марки стали. При этом, общая толщина H пластины определяется выражением:
a
H=/2+b,
a
где  - разрешенное расстояние между смежными гранями многогранных труб, определяемое исходя из минимально допустимого безопасного шага размещения ОТВС;
b - толщина стенки многогранной трубы,
а высота h ступени 9 соответствует толщине стенки многогранной трубы, т.е. h=b.
На внутренней плоскости 10 верхнего дистанционатора 7 выполнен направляющий скос 11, служащий для облегчения ввода ОТВС в ячейку 2 стеллажа.
Для монтажа дистанционаторов 7 и 8 на грани 6 трубы в них, соответственно, выполнены соосные сквозные отверстия: в грани трубы - конусные 12 (вершина конуса направлена наружу); в дистанционаторе - ступенчатое 13 с проточкой 14 со стороны наружной 15 плоскости дистанционатора.
Монтаж дистанционаторов 7 и 8 на грани 6 трубы 3 осуществляется посредством крепежной детали 16 из нержаваеющей стали, состоящей из конусной головки 17, соразмерной конусному отверстию 12 в грани 6, и цилиндрического хвостовика 18, соразмерного ступени малого диаметра ступенчатого отверстия 13 дистанционатора. На торце цилиндрического хвостовика 18 выполнена разделка под приварку крепежной детали 16 к дистанционатору. В утолщенной части дистанционатора выполнены технологические отверстия 19, обеспечивающие предварительную сборку многогранных труб 3 между собой по наружным плоскостям дистанционаторов с последующей их сваркой в монолитный стеллаж.
Сборка многогранных труб в стеллаж осуществляется следующим образом.
На конечные (верхний и нижний) торцы грани 6 многогранной трубы 3 устанавливают соответствующие верхний и нижний дистанционаторы 7 и 8, совмещая предварительно выполненные в них взаимно соосные отверстия 12 и 13. Изнутри трубы 3 в отверстия вставляются крепежные детали 16 и производится их вварка в дистанционатор по окружности торца 20 цилиндрического хвостовика указанной крепежной детали. Таким образом устанавливаются дистанционаторы на каждой грани многогранной трубы.
После установки дистанционаторов трубы 3 последовательно устанавливаются относительно друг друга по регулярной сетке путем соединения по наружным плоскостям верхних и нижних дистанционаторов смежных граней соседних труб. После этого в технологические отверстия 19 смежных верхних дистанционаторов 7 вставляется разъемный крепежный элемент 21 и производится предварительная сборка смежных труб под дальнейшую их сварку. Окончательное соединение предварительно собранных, указанным выше способом, многогранных труб в единый монолитный стеллаж для уплотненного размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов осуществляется путем попарной сварки верхних и нижних дистанционаторов по их наружным торцам 22 и 23. По окончании сварки разъемный крепежный элемент 21 удаляется.
Для повышения стойкости стеллажа против воздействия сейсмических нагрузок верхняя часть стеллажа «обвязывается» охватывающей гребенкой 24, образующей замкнутый контур и состоящей из последовательно сваренных между собой металлических гнутых полос, изготовленных из нержавеющей марки стали, повторяющих конфигурацию внешнего периметра собранного стеллажа по наружным плоскостям верхних дистанционаторов.