Способ замены цезиевой ловушки и узел цезиевой ловушки
METHOD FOR REPLACING CESIUM TRAP AND CESIUM TRAP NODE

[0001] Приоритет настоящей заявки, поданной 29 марта 2018 года, как международная заявка РСТ, заявляется по предварительной заявке на патент США №62/478419, поданной 29 марта 2017 года, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Ядерные реакторы деления содержат реакторы-размножители на быстрых нейтронах (обычно называемые реакторами на бегущей волне или TWR - Traveling wave reactor). Под реактором на бегущей волне понимается реактор, который выполнен с возможностью работы неограниченное время с использованием природного урана, обедненного урана, отработанного топлива легководных реакторов, или тория в качестве топлива для перезагрузки после запуска и в котором волны размножения, а затем выгорания перемещаются относительно топлива. Таким образом, в некоторых аспектах TWR является однопроходным реактором на быстрых нейтронах, работающим на топливе с докритической загрузкой, которое доводится до полезного состояния и выгорает на месте. В TWR волна размножения и деления («бегущая волна») возникает в активной зоне реактора и перемещается относительно топлива. В случаях, когда топливо является неподвижным, волна размножения и выгорания расширяется наружу от точки воспламенения. В некоторых случаях топливо перемещается так, что волна размножения и выгорания остается неподвижной относительно активной зоны (например, стоячая волна), однако, она перемещается относительно топлива, при этом стоячая волна относится к типу TWR. Перемещение тепловыделяющих сборок называется «перетасовкой топлива» и используется для поддержания стоячей волны, а также для регулирования характеристик реактора (тепла, потока, мощности, выгорания топлива и т.д.). Ядерное деление возникает в активной зоне, в которой происходит перетасовка тепловыделяющих сборок, в корпусе реактора. Тепловыделяющие сборки состоят из сборок делящегося ядерного топлива и сборок фертильного ядерного топлива. Управление реакционной способностью в основном достигается с помощью использования сборок управляющих стержней, также расположенных в активной зоне для регулирования характеристик реактора.
[0003] Энергия деления, создаваемая стоячей волной, обеспечивает тепловую энергию, передаваемую последовательно через один или более контуров теплопередачи к парогенераторам для выработки электроэнергии, а низкотемпературное тепло отводится через ряд вакуумных конденсаторов с водяным охлаждением. Разделение систем охлаждения на первичные и промежуточные охлаждающие контуры способствует поддержанию целостности активной зоны и первичных охлаждающих контуров. В TWR как первичный, так и промежуточный охлаждающий контур использует жидкий натрий.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В одном аспекте предложенное изобретение относится к способу замены цезиевой ловушки, включающему замораживание первой цезиевой ловушки, по меньшей мере частично содержащей в себе цезий, при этом первая цезиевая ловушка расположена внутри экранированной секции; отсоединение первой цезиевой ловушки от экранированной секции; удаление первой цезиевой ловушки из экранированной секции; введение второй цезиевой ловушки в экранированную секцию; и прикрепление второй цезиевой ловушки к экранированной секции. В одном примере отсоединение первой цезиевой ловушки включает по меньшей мере одно из следующего: дистанционное отделение по меньшей мере одной боковой поддерживающей опоры, проходящей между первой цезиевой ловушкой и экранированной секцией; дистанционное отделение первой цезиевой ловушки от обрабатывающего натрий контура; и дистанционное отсоединение приспособлений для электроснабжения и контрольно-измерительных средств, проходящих между первой цезиевой ловушкой и экранированной секцией. В другом примере дистанционное отделение указанной по меньшей мере одной боковой поддерживающей опоры включает удаление соединительного элемента, присоединяющего опору секции, проходящую от экранированной секции, к опоре ловушки, проходящей от первой цезиевой ловушки. В еще одном примере соединительный элемент является по меньшей мере одним из штыря или болта. В еще одном примере дистанционное отделение первой цезиевой ловушки от обрабатывающего натрий контура включает обжатие по меньшей мере одной натриевой линии, проходящей от первой цезиевой ловушки, и отрезание указанной по меньшей мере одной натриевой линии смежно с обжатой частью так, что первая часть указанной по меньшей мере одной натриевой линии проходит от верхней части первой цезиевой ловушки, при этом вторая часть указанной по меньшей мере одной натриевой линии остается частью обрабатывающего натрий контура.
[0005] В другом примере вышеупомянутого аспекта дистанционное отсоединение приспособлений для электроснабжения и контрольно-измерительных средств включает отсоединение по меньшей мере одного из приспособлений для электроснабжения или контрольно-измерительных средств от соответствующего приемного средства, размещенного на верхней части первой цезиевой ловушки. В одном примере удаление первой цезиевой ловушки включает присоединение с возможностью отсоединения первой цезиевой ловушки к подъемному инструменту, и подъем с помощью подъемного инструмента первой цезиевой ловушки из экранированной секции с обеспечением выхода основания первой цезиевой ловушки скольжением из взаимодействия по меньшей мере с одним установочным штырем, проходящим от нижней части экранированной секции. В другом примере способ включает отделение впускной части линии охлаждения, проходящей от первой цезиевой ловушки, от закрепленной линии охлаждения, проходящей от экранированной секции, с помощью операции подъема. В еще одном примере присоединение с возможностью отсоединения первой цезиевой ловушки к подъемному инструменту включает поворот и подъем по меньшей мере одного крюка подъемного инструмента в соответствующую подъемную проушину, размещенную на первой цезиевой ловушке. В еще одном примере введение второй цезиевой ловушки включает присоединение с возможностью отсоединения второй цезиевой ловушки к подъемному инструменту, при этом подъемный инструмент содержит по меньшей мере один крюк, и вторая цезиевая ловушка содержит по меньшей мере одну соответствующую подъемную проушину; размещение с помощью подъемного инструмента второй цезиевой ловушки в экранированной секции и одновременное выравнивание основания второй цезиевой ловушки по меньшей мере с одним установочным штырем, проходящим от нижней части экранированной секции.
[0006] В другом примере вышеупомянутого аспекта предложенный способ включает присоединение с помощью взаимодействия скольжением впускной части линии охлаждения, проходящей от второй цезиевой ловушки, к закрепленной линии охлаждения, проходящей от экранированной секции. В одном примере прикрепление второй цезиевой ловушки включает по меньшей мере одно из следующего: присоединение опоры секции, проходящей от экранированной секции, к опоре ловушки, проходящей от второй цезиевой ловушки, с образованием по меньшей мере одной боковой поддерживающей опоры, проходящей между первой цезиевой ловушкой и экранированной секцией; приваривание по меньшей мере одной первой натриевой линии, проходящей от второй цезиевой ловушки, к по меньшей мере одной второй натриевой линии, проходящей от обрабатывающего натрий контура; и присоединение приспособлений для электроснабжения и контрольно-измерительных средств с помощью подключения данных приспособлений в соответствующее приемное средство, размещенное на верхней части второй цезиевой ловушки. В другом примере первая цезиевая ловушка содержит заданное количество цезия, а вторая цезиевая ловушка не содержит цезия. В еще одном примере экранированная секция является отдельной экранированной секцией.
[0007] В другом аспекте предложенное изобретение относится к цезиевой ловушке, содержащей корпус, имеющий верхнюю часть и вмещающий фильтр и активный материал, выполненные с возможностью удаления цезия из потока натрия; охлаждающую рубашку, размещенную по существу вокруг корпуса; и по меньшей мере одну первую натриевую линию, проходящую от верхней части, при этом указанная по меньшей мере одна первая натриевая линия выполнена с возможностью соединения по потоку с соответствующей по меньшей мере одной второй натриевой линии обрабатывающего натрий контура. В одном примере цезиевая ловушка дополнительно содержит по меньшей мере одну опору, проходящую от охлаждающей рубашки, при этом опора ловушки выполнена с возможностью разъемного присоединения к по меньшей мере одной соответствующей опоре секции, проходящей от экранированной секции, с обеспечением формирования по меньшей мере одной боковой поддерживающей опоры. В другом примере цезиевая ловушка содержит по меньшей мере одну подъемную проушину, расположенную на верхней части, причем указанная по меньшей мере одна подъемная проушина выполнена с возможностью приема подъемного инструмента для размещения цезиевой ловушки в экранированной секции и извлечения цезиевой ловушки из экранированной секции. В еще одном примере цезиевая ловушка дополнительно содержит впускную линию охлаждения, проходящую от нижней части охлаждающей рубашки, причем впускная линия охлаждения имеет свободный конец, который по потоку соединяется с возможностью отсоединения с соответствующей закрепленной линией охлаждения внутри экранированной секции. В еще одном примере цезиевая ловушка содержит по меньшей мере одно приемное средство, размещенное в верхней части, при этом приспособления для электроснабжения и контрольно-измерительных средств выполнены с возможностью разъемного подключения к указанному по меньшей мере одному приемному средству. В другом примере цезиевая ловушка содержит основание, присоединенное к нижней части корпуса, при этом в основании выполнено по меньшей мере одно отверстие, обеспечивающие возможность позиционирования основания в пределах нижней части экранированной секции с помощью по меньшей мере одного соответствующего установочного штыря.
[0008] В другом аспекте предложенное изобретение относится к цезиевой ловушке, содержащей корпус, имеющий верхнюю часть и вмещающий фильтр и активный материал, выполненные с возможностью удаления цезия из потока натрия, содержащего цезий и аргон; и по меньшей мере одну первую натриевую линию, проходящую от верхней части, при этом указанная по меньшей мере одна первая натриевая линия выполнена с возможностью соединения по потоку с соответствующей по меньшей мере одной второй натриевой линии из обрабатывающего натрий контура, при этом фильтр установлен для предотвращения выхода активного материала из цезиевой ловушки при одновременном обеспечении возможности прохождения натрия и аргона, причем фильтр имеет средний размер пор от 40 до 160 мкм. В одном примере нижний передел среднего размера пор фильтра выбран из значений 40, 50, 60, 70, 80 и 90 мкм. В другом примере верхний передел среднего размера пор фильтра выбран из значений 100, 110, 120, 130, 140, 150 и 160 мкм. В еще одном примере фильтр является фильтром, изготовленным из металлических порошков методом спекания. В другом примере фильтр, изготовленный из металлических порошков методом спекания, образован из одного или более компонентов - нержавеющей стали, семейств сплавов Hastelloy, Monel, Inconel, никеля, сплава НТ-9 и титана.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0009] Приведенные ниже чертежи, составляющие часть настоящей заявки, предназначены для пояснения изобретения и ни в каком случае не ограничивают объем правовой охраны заявленного изобретения, при этом объем правовой охраны основан на прилагаемой формуле изобретения.
[0010] На фиг. 1 в виде структурной схемы показаны некоторые из основных компонентов реактора на бегущей волне.
[0011] На фиг. 2 представлен схематический вид иллюстративного узла цезиевой ловушки.
[0012] На фиг. 3 представляет вид сверху узла цезиевой ловушки, показанного на фиг. 2, в разрезе, взятом по линии 3-3.
[0013] На фиг. 4 представлен перспективный вид иллюстративной цезиевой ловушки.
[0014] На фиг. 5 представлена блок схема, иллюстрирующая способ замены цезиевой ловушки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] На фиг. 1 в виде структурной схемы показаны некоторые из основных компонентов реактора 100 на бегущей волне (TWR). В целом, TWR 100 содержит активную зону 102 реактора, содержащую множество тепловыделяющих сборок (не показано). Активная зона 102 размещена внутри бассейна 104, удерживающего объем жидкого натриевого теплоносителя 106. Бассейн 104 рассматривается как горячий бассейн, имеющий температуру натрия, превышающую температуру окружающего холодного бассейна 108 (вследствие энергии, вырабатываемой тепловыделяющими сборками в активной зоне 102 реактора), который также содержит жидкий натриевый теплоноситель 106. Горячий бассейн 104 отделен от холодного бассейна 108 разделителем (реданом) 110. Свободное пространство 112 над уровнем натриевого теплоносителя 106 заполнено инертным буферным газом, таким как аргон. Корпус 114 реактора окружает активную зону 102, горячий бассейн 104 и холодный бассейн 108, и герметично закрыт крышкой 116 корпуса реактора. Крышка 116 реактора обеспечивает различные точки доступа во внутреннюю часть корпуса 114.
[0016] Размер активной зоны 102 выбран на основании нескольких факторов, включая характеристики топлива, требуемую выработку энергии, доступное пространство реактора 100 и так далее. Различные варианты выполнения TWR могут быть использованы в областях применения, требующих малую мощность (около 300-500 МВт электрической энергии), среднюю мощность (около 500-1000 МВт электрической энергии) или большую мощность (около 1000 МВт электрической энергии и более того). Характеристики реактора 100 могут быть улучшены с помощью обеспечения одного или более отражателей (не показано), расположенных вокруг активной зоны 102 для отражения нейтронов обратно в активную зону 102. Кроме того, фертильные и делящиеся ядерные сборки перемещаются (или «перетасовываются») внутри или около активной зоны 102 для регулирования возникающей в ней ядерной реакции.
[0017] Натриевый теплоноситель 106 циркулирует внутри корпуса 114 с помощью насоса 118 для первичного натриевого теплоносителя. Насос 118 для первичного теплоносителя перемещает натриевый теплоноситель 106 из холодного бассейна 108 и вводит его в камеру под активной зоной 102 реактора. Теплоноситель 106 принудительно продвигается вверх через активную зону и нагревается вследствие реакций, происходящих внутри активной зоны 102 реактора. Нагретый теплоноситель 106 поступает в промежуточный теплообменник (теплообменники) 120 из горячего бассейна 104, затем выходит из промежуточного теплообменника 120 и повторно поступает в холодный бассейн 108. Таким образом, этот контур 122 первичного теплоносителя полностью обеспечивает циркуляцию натриевого теплоносителя 106 внутри корпуса 114 реактора.
[0018] Промежуточный теплообменник 120 содержит сегмент замкнутого контура с жидким натрием, который физически всегда отделен от бассейнов 104 и 108 с первичным натрием (то есть промежуточный и первичный натрий никогда не перемешиваются). Промежуточный теплообменник 120 переносит тепло из контура 122 первичного теплоносителя (полностью находящегося внутри корпуса 114) в контур 124 промежуточного теплоносителя (который лишь частично расположен внутри корпуса 114). Промежуточный теплообменник 120 проходит через разделитель 110, связывая, таким образом, горячий бассейн 104 и холодный бассейн 108 (для обеспечения возможности прохождения натрия 106 в контуре 122 первичного теплоносителя между ними). В одном варианте выполнения внутри корпуса 114 распределено четыре промежуточных теплообменника 120. Как вариант, внутри корпуса 114 распределено два или шесть промежуточных теплообменников 120.
[0019] Контур 124 промежуточного теплоносителя обеспечивает циркуляцию натриевого теплоносителя 126, проходящего через трубопроводы, в корпус 114 и из него через крышку 116 корпуса реактора. Насос 128 для промежуточного натрия, расположенный снаружи корпуса 114 реактора, обеспечивает циркуляцию натриевого теплоносителя 126, например, через вырабатывающую энергию систему 129. В промежуточном теплообменнике 120 тепло переносится от натриевого теплоносителя 106 контура первичного теплоносителя 122 к натриевому теплоносителю 126 контура 124 промежуточного теплоносителя. Натриевый теплоноситель 126 контура 124 промежуточного теплоносителя проходит через множество труб 130, расположенных внутри промежуточного теплообменника 120. Эти трубы 130 удерживают натриевый теплоноситель 106 контура 122 первичного теплоносителя отдельно от натриевого теплоносителя 126 контура 124 промежуточного теплоносителя во время переноса тепловой энергии между ними.
[0020] Теплообменник 132 прямого обмена проходит в горячий бассейн 104 и обеспечивает охлаждение натриевого теплоносителя 106 внутри контура 122 первичного теплоносителя, как правило, в случае аварийной ситуации. Теплообменник 132 прямого обмена конструктивно выполнен с обеспечением возможности входа и выхода натриевого теплоносителя 106 из теплообменника 132 из горячего бассейна 104. Теплообменник 132 прямого обмена имеет конструкцию, подобную конструкции промежуточного теплообменника 120, в которой трубы 134 удерживают NaK (натрий-калиевый теплоноситель) контура 122 первичного теплоносителя отдельно от теплоносителя (NaK) 136 теплообменника прямого обмена для прямого охлаждающего контура 138 реактора во время переноса тепловой энергии между ними.
[0021] Кроме того, TWR реактор 100 содержит обрабатывающий натрий контур 140, проходящий в горячий бассейн 104. Контур 140 способствует проведению через него натриевого (Na) теплоносителя 106 для приема, хранения, очищения и/или взятия проб и анализа одной или более подсистем. Например, контур 140 может содержать, но без ограничения указанным, на месте эксплуатации любое количество резервуаров-хранилищ, холодных ловушек (например, средств, используемых для удаления загрязнений из натрия), цезиевых ловушек (например, средств для захвата цезия (Cs), которые более подробно будут рассмотрены в дальнейшем), электромагнитных насосов, теплообменников, трубопроводов, испытательного оборудования и/или регулирующих клапанов.
[0022] Другие вспомогательные компоненты реактора (как внутри, так и снаружи корпуса 114 реактора) содержат, но без ограничения указанным, насосы, обратные клапаны, запорные клапаны, фланцы, резервуары для слива и т.д., которые, хотя и не изображены, но специалисту в данной области техники будут очевидны. На чертежах не изображены дополнительные проходы через крышку 116 корпуса реактора (например, проход для насоса 118 для первичного теплоносителя, инертного буферного газа и проходы для обследования, обработки натрия и проходы для буферного газа и т.д.). Для управления и текущего контроля различных компонентов и систем, являющихся частью реактора 100, используют систему 142 управления.
[0023] В общих чертах, настоящий документ описывает конструктивные выполнения, улучшающие характеристики реактора 100, изображенного на фиг. 1. Более конкретно, варианты выполнения, формы и размещение узла цезиевой ловушки, выполненной с возможностью дистанционного удаления, показаны и описаны более подробно в дальнейшем со ссылкой на фиг. 2-5.
[0024] В целом, во время работы реактора, радиоактивный цезий поступает в первичный натриевый теплоноситель. Для уменьшения неблагоприятного радиационного воздействия этого радионуклида, цезиевые ловушки устанавливают как части обрабатывающего натрий контура. Описываемый ниже узел цезиевой ловушки обеспечивает возможность удаления загруженной цезиевой ловушки из обрабатывающего натрий контура и его экранированной секции и ее замены другой новой пустой цезиевой ловушкой для содействия непрерывному поглощению и фильтрованию радиоактивного цезия из первичного натриевого теплоносителя. Например, узел цезиевой ловушки содержит подъемные проушины, боковые поддерживающие опоры, натриевые линии и приспособления для электроснабжения и контрольно-измерительных средств, все из которых расположены в верхней части ловушки для улучшения дистанционного доступа и облегчения удаления. Кроме того, дистанционно управляемые инструменты и подъемники обеспечивают возможность транспортировки подлежащей удалению загруженной цезиевой ловушки из ее экранированной секции к другому местоположению без непосредственного доступа к радиоактивному цезию. Установка новой цезиевой ловушки может быть выполнена при непосредственном доступе к экранированной секции после удаления радиоактивного цезия с уменьшением тем самым времени установления.
[0025] В результате обеспечения возможности удаления и замены цезиевой ловушки, загруженные цезиевые ловушки больше не хранятся на своем месте в установке и смежно с реактором. Загруженные цезиевые ловушки могут быть оттранспортированы к оборудованию, расположенному вне установки, для хранения и/или подготовки для утилизации. Таким образом, может быть уменьшено количество экранированных секций, смежных с ректором, с увеличением тем самым пространства для установки около реактора. Кроме того, благодаря удаленному доступу к загруженной цезиевой ловушке и прямому доступу к новой цезиевой ловушке, время удаления и замены может быть уменьшено, что обеспечивает возможность замены ловушки, пока реактор продолжает работать и за короткое время. Кроме того, замена высокорадиоактивной цезиевой ловушки происходит при уменьшенном воздействии на осуществляющий замену персонал. Поскольку такая опасность для персонала и работы установки уменьшается, то общая эффективность и жизнеспособность реактора могут быть увеличены.
[0026] На фиг. 2 представлен схематический вид примера узла 200 цезиевой ловушки, а на фиг. 3 представлен вид сверху узла 200 цезиевой ловушки в разрезе, взятом по линии 3-3. В соответствии как с фиг.2, так и с фиг. 3 узел 200 цезиевой ловушки содержит удаляемую ловушку 202, размещенную во внутренней камере 204 отдельной экранированной секции 206, которая выполнена с возможностью содержания в ней радиоактивного материала. Секция 206 может быть закрываемой с использованием съемной крышки 208, изображенной на фиг.2 пунктирными линиями.
[0027] В данном примере цезиевая ловушка 202 содержит корпус 210, по меньшей мере частично окруженный охлаждающей рубашкой 212, как будет рассмотрено более подробно в дальнейшем. Ловушка 202 соединена по потоку с натриевой линией 214, образующей по меньшей мере часть обрабатывающего натрий контура 140 (показанного на фиг. 1), так что поток 216 натрия может быть проведен через корпус 210. Поток 216 натрия может содержать, но без ограничения указанным, натрий, цезий и аргон. Например, впускная натриевая линия 218 проходит от корпуса 210 в верхней части 220 ловушки 202, и выпускная натриевая линия 222 также проходит от корпуса 210 в верхней части 220. Кроме того, цезиевая ловушка 202 соединена по потоку с закрепленной линией 224 охлаждения с обеспечением возможности прохождения потока теплоносителя 226 через охлаждающую рубашку 212. Впускная линия 228 охлаждения проходит от охлаждающей рубашки 212 в непосредственной близости от нижней части 230 ловушки 202 и имеет свободный конец 232. Свободный конец 232 выполнен с возможностью разъемного соединения по потоку с закрепленной линией 224 охлаждения. В одном примере свободный конец 232 имеет увеличенный диаметр, обеспечивающий возможность введения свободного конца 232 скольжением во взаимодействие поверх и вокруг закрепленной линии 224 охлаждения. В других примерах впускная линия 228 охлаждения может быть соединена с возможностью отсоединения с закрепленной линией 224 охлаждения с использованием любого другого соединения, которое обеспечивает возможность работы цезиевой ловушки 202, как изложено в настоящем документе. Выпускная натриевая линия 234 также проходит от охлаждающей рубашки 212 с обеспечением возможности выпуска потока 226 теплоносителя во внутреннюю камеру 204.
[0028] Цезиевая ловушка 202 присоединена к секции 206 во внутренней камере 204. Основание 236 присоединено к нижней части 230 и имеет по меньшей мере одно выполненное в нем отверстие 238. Отверстия 238 соответствуют установочным штырям 240, проходящим от пола 242 секции 206, и выполнены с возможностью взаимодействия скольжением с установочными штырями 240. Установочные штыри 240 имеют пулевидный конец 244 или другой суженый конец, способствующий размещению и взаимодействию с отверстиями 238. Кроме того, установочные штыри 240 уменьшают чрезмерное перемещение нижней цезиевой ловушки 202 во время сейсмических явлений. В данном примере основание 236 выполнено с большим размером, чем цезиевая ловушка 202 для увеличения ее устойчивости внутри секции 206. Ловушка 202 также соединена с внутренней камерой 204 посредством поддерживающих опор 246, предназначенных для выдерживания боковых и вертикальных нагрузок, таких как сейсмические нагрузки. Боковая поддерживающая опора 246 содержит опору 248 секции, проходящую от стенки 250 секции и присоединенную к ней, и опору 252 ловушки, проходящую от охлаждающей рубашки 212 и присоединенную к ней. Опора 248 секции с возможностью отсоединения присоединена к верхней части опоры 252 ловушки с помощью соединительного элемента 254. Соединительный элемент 254 является невыпадающим охватываемым крепежным элементом, расположенным на опоре 248 секции, которая имеет вход для пулевидного конца для обеспечения возможности использования дистанционного поворотного средства для извлечения соединительного элемента из соответствующей накидной охватывающей гайки, расположенной на опоре 252 ловушки. В альтернативных примерах соединительный элемент 254 может быть штырем, болтом или другим соединительным элементом, обеспечивающим возможность функционирования боковой поддерживающей опоры 246, как изложено в настоящем документе.
[0029] Цезиевая ловушка 202 с возможностью передачи информации соединена с системой управления, например системой 142 управления, с помощью приспособления 256 для электроснабжения и приспособления 258 для контрольно-измерительных средств, проходящих от секции 206. Приспособления 256 и 258 для электроснабжения и контрольно-измерительных средств подключают к ловушке 202 с помощью по меньшей мере одного приемного средства 260, размещенного на верхней части 220. Кроме того, ловушка 202 содержит по меньшей мере одну подъемную проушину 262, например две или четыре проушины для резерва, проходящие от верхней части 220. В одном примере подъемные проушины 262 приварены к корпусу 210, тогда как в других примерах подъемные проушины 262 образуют единое целое с корпусом 210. Подъемные проушины 262 могут быть выполнены с возможностью содействия повороту цезиевой ловушки 202 после подъема.
[0030] Над секцией 206 расположен подвижный съемный контейнер 264, облегчающий замену ловушки 202 внутри секции 206. Съемный контейнер 264 ограничивает внутреннюю камеру 266, предназначенную для содержания в ней радиоактивного материала. Кроме того, напольный затвор 268 расположен над секцией 206, которая может быть закрыта после удаления крышки 208. Съемный контейнер 264 содержит дистанционный подъемный инструмент 270, присоединенный к ловушке 202 с возможностью отсоединения и облегчающий удаление ловушки 202 из секции 206. Например, подъемный инструмент 270 содержит рычаг 272 с присоединенной к нему пластиной 274. Пластина 274 содержит по меньшей мере один крюк 276, отходящий от нее. Крюки 276 могут иметь по существу J-образную форму и соответствуют подъемным проушинам 262, размещенным на ловушке 202. В других примерах подъемный инструмент 270 имеет любое другое конструктивное выполнение, которое обеспечивает возможность работать, как изложено в настоящем документе.
[0031] Во внутренней камере 266 съемный контейнер 264 также содержит дистанционный инструмент 278 для натриевой линии 214, который содействует обжатию и отрезанию натриевой линии 214, как изложено дополнительно в дальнейшем, дистанционный инструмент 280 для опор, содействующий отсоединению боковых поддерживающих опор, как изложено дополнительно в дальнейшем, и дистанционный инструмент 282 для приспособлений, содействующий отключению приспособлений 256 и 258 для электроснабжения и контрольно-измерительных средств, как изложено дополнительно в дальнейшем. В данном примере каждый инструмент 270, 278, 280 и 282 функционально соединены с системой управления, например системой 142 управления, для дистанционного управления. Дополнительно предусмотрена одна или более камер (не показано), способствующих дистанционному управлению. В других примерах съемный контейнер 264 может содержать один инструмент, который объединяет все функции инструментов 270, 278, 280 и 282, с обеспечением возможности работы съемного контейнера 264, как изложено в настоящем документе.
[0032] При работе натриевый теплоноситель 106 циркулирует через реактор 100, как изложено выше со ссылкой на фиг.1. По мере проведения натриевого теплоносителя 106 через активную зону 102 реактора расщепляемое топливо передает тепло натриевому теплоносителю 106, кроме того, летучие продукты ядерного распада такие, как цезий, поступают в натриевый теплоноситель 106. Часть 216 натриевого теплоносителя 106 проводится через обрабатывающий натрий контур 140, содержащий впускающую и выпускающую натриевые линии 218 и 222, а также цезиевую ловушку 202, для частичного удаления содержащихся в нем летучих продуктов ядерного распада с уменьшением тем самым любого неблагоприятного радиационного воздействия. По мере проведения потока 216 натрия через цезиевую ловушку 202 содержащийся в нем цезий поглощается и отфильтровывается из потока 216 натрия перед его введением обратно в реактор 100. Работа цезиевой ловушки 202 будет рассмотрена более подробно далее.
[0033] В некоторых известных реакторах цезиевые ловушки закреплены в экранированных секциях, и, по существу, после загрузки ловушек извлеченным цезием всю ловушку и извлеченный радиоактивный цезий хранят на рабочем месте. Однако длительная эксплуатация таких реакторов может привести к образованию некоторого количества ловушек, загруженных радиоактивным цезием, с некоторым количеством радиоактивных экранированных секций, расположенных в непосредственной близости от активной зоны реактора. В противоположность этому, описываемый выше узел 200 цезиевой ловушки способствует удалению и замене ловушек 202, загруженных радиоактивным цезием. По существу ловушка 202 с находящимся в ней радиоактивным цезием может быть перемещена в более подходящее место для длительного хранения или на месте, и/или на удаленном объекте. Кроме того, некоторая часть площади реактора, окружающая активную зону реактора, может быть использована для других реакторных систем и процессов.
[0034] Когда ловушка 202 содержит заранее заданное количество цезия, поток 216 натрия перенаправляется из ловушки 202, а оставшемуся внутри линий 214 натрию и ловушке 202 дают возможность замерзнуть. Например, поток 216 натрия замерзает при температуре 208° по Фаренгейту (97,78°С), при этом отключение электронагревателей контура (не показано) и остановка потока 216 натрия на протяжении времени способствует замерзанию цезиевой ловушки. В других примерах для увеличения времени замерзания может быть обеспечена циркуляция охлаждающего газа через охлаждающую рубашку 212. Для удаления цезиевой ловушки 202 из экранированной секции 206 поверх секции 206 установлен напольный затвор 268, при этом крышку 208 из секции 206 удаляют и перемещают к местоположению на рабочем месте для временного хранения. Напольный затвор 268 выполнен с возможностью закрытия с обеспечением защиты персонала реактора от полей с высокой радиацией (гамма излучения), создаваемых ловушкой 202, после удаления крышки 208. Съемный контейнер 264 сопряжен с напольным затвором 268, при этом напольный затвор 268 открывается для обеспечения доступа во внутреннюю камеру 204 секции 206 при одновременной ее герметизации. Например, напольный затвор 268, крышка 208 и съемный контейнер 264 все могут быть выполнены с возможностью расположения с помощью крана (не показано) внутри реактора 100 и с возможностью дистанционного управления. В других примерах напольный затвор 268, крышка 208 и съемный контейнер 264 выполнены с возможностью перемещения с помощью любой другой системы, которая делает возможной удаление и замену ловушки 202, как изложено в настоящем документе.
[0035] Когда съемный контейнер 264 сопряжен с напольным затвором 268, цезиевая ловушка 202 может быть дистанционно отсоединена от экранированной секции 206. Для отсоединения ловушки 202 удаляют натриевые линии 214, боковые поддерживающие опоры 246 и приспособления 256 и 258 для электроснабжения и контрольно-измерительных средств, проходящие к ловушке 202. Например, выполняют дистанционное управление инструментом 278 для натриевой линии для его прохождения во внутреннюю камеру 204 и отсоединения ловушки 202 от обрабатывающего натрий контура 140. Инструмент 278 для натриевой линии обжимает как впускную, так и выпускную натриевые линии 218 и 222, проходящие от цезиевой ловушки 202, и отрезает натриевые линии 218 и 222 смежно с обжатой частью 284. По существу каждая натриевая линия 218 и 222 теперь содержит две части, первую часть 286, которая остается проходящей от ловушки 202, и вторую часть 288, который остается частью контура 140. Выполняют дистанционное управление инструментом 280 для опоры для прохождения инструмента во внутреннюю камеру 204 и отсоединения боковой поддерживающей опоры 246, проходящей между ловушкой 202 и секцией 206. Инструмент 280 для опоры удаляет соединительный элемент 254, например штырь или болт, с обеспечением отсоединения опоры 252 ловушки от опоры 248 секции. Выполняют дистанционное управление инструментом 282 для приспособлений для его прохождения во внутреннюю камеру 204 и отсоединения приспособлений 256 и 258 для электроснабжения и контрольно-измерительных средств от ловушки 202. Инструмент 282 отсоединяет приспособления 256 и 258 от соответствующих приемных средств 260. С помощью дистанционного отсоединения ловушки 202 уменьшается прямой доступ к радиоактивной секции 206. Кроме того, при расположении каждого из компонентов натриевой линии 214, боковой поддерживающей опоры 246 и приспособлений 256 и 258 в непосредственной близости от верхней части 220 облегчается дистанционный доступ с уменьшением тем самым времени замены.
[0036] Для удаления ловушки 202 из экранированной секции 206 подъемный инструмент 270 проходит во внутреннюю камеру 204 и с возможностью отсоединения присоединяется к ловушке 202. Например, подъемный инструмент 270 поворачивается и поднимает крюки 276 в соответствующие подъемные проушины 262 с обеспечением возможности перемещения цезиевой ловушки 202. Подъемный инструмент 270 вертикально поднимает ловушку 270 из секции 206 в съемный контейнер 264 так, что основание 236 скольжением выходит из взаимодействия с установочными штырями 240. По мере вертикального подъема инструментом 270 ловушки 202 впускная линия 228 охлаждения также отсоединяется от закрепленной линии 224 охлаждения, так как свободный конец 232 автоматически скольжением выходит из взаимодействия с закрепленной линией 224 охлаждения. В других примерах впускная линия 228 охлаждения может быть отрезана для отсоединения ловушки 202 наподобие процедуры с натриевыми линиями 214. Кроме того, опора 252 ловушки расположена над опорой 248 секции с обеспечением возможности вертикального подъема цезиевой ловушки 202. После размещения ловушки 202 внутри съемного контейнера 264 ловушка 202 с находящимся в ней цезием и съемный контейнер 264 могут быть перемещены в другое местоположение либо на рабочем месте, либо в удаленном месте для дополнительной обработки и/или длительного хранения. Кроме того, после удаления радиоактивного цезия может быть получен непосредственный доступ к секции 206 для размещения новой цезиевой ловушки 202.
[0037] При пустой внутренней камере 204 секции 206 в экранированную секцию 206 может быть введена новая сменная цезиевая ловушка, подобная удаленной цезиевой ловушке 202, но уже без содержания в ней какого-либо цезия, с использованием обычного персонала и такелажа на мостовом кране. Сменную цезиевую ловушку 202 с возможностью отсоединения присоединяют к подъемному инструменту, например к подъемному инструменту 270, с помощью соответствующих крюков 276 и подъемных проушин 262 с обеспечением возможности размещения сменной ловушки 202 во внутренней камере 204 секции 206. В альтернативных примерах сменную цезиевую ловушку 202 присоединяют к другому подъемному инструменту, например к крану, расположенному внутри реактора 100. При опускании сменной цезиевой ловушки 202 в секцию 206 одновременно выравнивают основание 236 с установочными штырями 240 для расположения сменной ловушки 202 вдоль пола 242. При выравнивании с установочными штырями 240 свободный конец 232 впускной линии 228 охлаждения автоматически скольжением входит во взаимодействие с закрепленной линией 224 охлаждения.
[0038] После размещения сменной цезиевой ловушки 202 внутри секции 206 сменную ловушку 202 прикрепляют к экранированной секции 206. Это прикрепление может быть выполнено при непосредственном доступе к секции, так как в ней не присутствует радиоактивный цезий. Для прикрепления сменной ловушки 202 натриевые линии 214, боковые поддерживающие опоры 246 и приспособления 256 и 258 для электроснабжения и контрольно-измерительных средств подводят к цезиевой ловушке 202. Например, сменную ловушку 202 присоединяют к обрабатывающему натрий контуру 140. Первую часть 286 натриевой линии 214, проходящую от цезиевой ловушки 202, выравнивают и приваривают ко второй части 288 натриевой линии 214, проходящей от обрабатывающего натрий контура с образованием тем самым впускной и выпускной натриевых линий 218 и 222. Опору 248 секции присоединяют к опоре 252 ловушки с помощью соединительного элемента 254, например штыря или болта, с образованием боковой поддерживающей опоры 246. Приспособления 256 и 258 для электроснабжения и контрольно-измерительных средств присоединяют посредством подключения к соответствующим приемным средствам 260. После того, как сменная цезиевая ловушка 202 прикреплена к экранированной секции 206, к контуру 140 и к другим трубным и электрическим соединениям возвращают крышку 208 обратно на место, при этом сменная цезиевая ловушка 202 может начинать принимать поток 216 натрия и содействовать фильтрации и извлечению цезия из потока 216 натрия, как рассмотрено в дальнейшем.
[0039] На фиг. 4 представлен перспективный вид примера цезиевой ловушки 300, содержащей корпус 302, по меньшей мере частично окруженный охлаждающей рубашкой 304, подобно описываемой выше цезиевой ловушке. Корпус 302 содержит впускную линию 306 и выпускную линию 308, обеспечивающие прохождение потока 310 натрия через них. Внутри корпуса 302 цезиевая ловушка 300 содержит колонну активного материала 312. Например, активный материал является стекловидным углеродом сетчатой структуры (RVC, Reticulated Vitreous Carbon), который поглощает цезий и удаляет его из натриевого потока 310. Корпус 302 также содержит фильтр 314, обеспечивающий фильтрацию частиц стекловидного углерода, которые могут быть захвачены в натриевый поток 310. Кроме того, охлаждающая рубашка 304 содержит впускную 316 и выпускную 318 линии, обеспечивающие прохождения поток 320 теплоносителя через них. Например, теплоноситель 320 является азотом, который понижает рабочую температуру цезиевой ловушки 300.
[0040] В других примерах впускная линия 306 и/или выпускная линия 308 могут проходить в цезиевую ловушку 300 так, что уровень натрия в ней должен быть понижен при подготовке к утилизации. В других альтернативных примерах цезиевая ловушка 300 может содержать линию с заглушкой (не показано), которая способствует сливу натрия из нее в специально созданную установку с горячей камерой, и введению материала для снижения химической реактивности натрия, например свинца, при подготовке к утилизации.
[0041] В примере цезиевой ловушки 300 фильтр 314, препятствующий выходу частиц стекловидного углерода из ловушки, имеет средний размер пор в диапазоне от 40 до 160 мкм. В частности, рассматривается фильтр 314, имеющий средний размер пор в диапазоне от нижнего передела любого из значений 40, 50, 60, 70, 80 или даже 90 мкм до верхнего передела любого из значений 100, 110, 120, 130, 140, 150 или даже 160 мкм. В результате испытаний вышеупомянутые диапазоны среднего размера пор были определены как более эффективные для поддержания соответствующей фильтрации и пропускной способности ожидаемого потока натрия и захваченного в него аргона, проходящего через цезиевую ловушку 300. Было определено, что средние размеры пор, равные 25 или менее того для фильтра 314, имеют пониженную пропускную способность при наличии значительных количеств аргона, захваченного в натрий, для пропускания через ловушку 300, что ограничивает выходную мощность реактора 100. Фильтр 314 может быть любым подходящим фильтрующим материалом. В одном примере фильтр 314 является фильтром, изготовленным из металлических порошков методом спекания. Фильтр, изготовленный спеканием металлических порошков, может быть образован из одного или более компонентов - нержавеющей стали, семейств сплавов Hastelloy, Monel, Inconel, никеля, сплава НТ-9 и титана, но это лишь некоторые из возможных металлов. Как вариант, могут быть использованы другие типы фильтров и фильтрующих материалов, имеющих средний размер пор, как изложено выше.
[0042] На фиг. 5 представлена блок схема, иллюстрирующая способ 400 замены цезиевой ловушки. Способ 400 включает замораживание 402 первой цезиевой ловушки, по меньшей мере частично содержащей в себе цезий. Отсоединение 404 первой цезиевой ловушки от экранированной секции, и затем удаление 406 первой цезиевой ловушки из экранированной секции. Введение 408 второй цезиевой ловушки в экранированную секцию, и затем прикрепление 410 второй цезиевой ловушки к экранированной секции.
[0043] Отсоединение 404 первой цезиевой ловушки включает удаление боковых поддерживающих опор, натриевых линий, и проходящих к ним силовых и электрических соединений. Например, первая цезиевая ловушка может быть дистанционно отсоединена 412 от боковой поддерживающей опоры. По существу, соединительный элемент может быть удален 414 между опорой секции и опорой ловушки. Первая цезиевая ловушка может быть дистанционно отсоединена 416 от обрабатывающего натрий контура. По существу, натриевую линию обжимают 418 и отрезают 420. Первая цезиевая ловушка также может быть дистанционно отсоединена 422 от приспособлений для электроснабжения и контрольно-измерительных средств. По существу, приспособления для электроснабжения и контрольно-измерительных средств отсоединяют 424 от соответствующего приемного средства.
[0044] Удаление 406 первой цезиевой ловушки включает присоединение 426 с возможностью отсоединения первой цезиевой ловушки к подъемному инструменту. Например, подъемный инструмент может содержать крюк, выполненный с возможностью поворота и подъема 428 в соответствующую проушину цезиевой ловушки. Затем первую цезиевую ловушку поднимают 430 из экранированной секции с помощью подъемного инструмента. Операция подъема также может одновременно обеспечивать отсоединение 432 впускной линии охлаждения от закрепленной линии охлаждения.
[0045] Введение 408 второй цезиевой ловушки включает присоединение 434 второй цезиевой ловушки к подъемному инструменту, например с помощью крюка, проходящего от подъемного инструмента, и соответствующей подъемной проушины цезиевой ловушки. Затем вторую ловушку размещают 436 в экранированной секции с помощью подъемного инструмента и одновременно выравнивают 438 основание второй ловушки по меньшей мере с одним установочным штырем, проходящим от пола экранированной секции.
[0046] Прикрепление 410 второй цезиевой ловушки включает повторное присоединение к ней боковых поддерживающих опор, натриевых линий и силовых и электрических соединений. Например, опора секции может быть присоединена 440 к опоре ловушки с образованием боковой поддерживающей опоры внутри секции. Первая натриевая линия второй цезиевой ловушки может быть приварена 442 ко второй натриевой линии обрабатывающего натрий контура с образованием натриевых линий второй цезиевой ловушки. Кроме того, приспособления для электроснабжения и контрольно-измерительных средств могут быть присоединены 444 к соответствующему приемному средству.