Патент на изобретение №2348085

(54) КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И/ИЛИ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к контейнерам для длительного хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива. Контейнер содержит металлический корпус, включающий днище, наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, полость между которыми заполнена материалом для поглощения нейтронов, герметичное перекрытие упомянутой полости и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде, по меньшей мере, двух крышек, установленных одна над другой на общем основании и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура. Через материал для поглощения нейтронов пропущены элементы с высокой теплопроводностью, прикрепленные соответственно к упомянутым оболочкам корпуса. Наружная цилиндрическая оболочка корпуса выполнена из, по меньшей мере, двух кольцевых сегментов с продольным оребрением, соединенных между собой с помощью герметичных соединений. Упомянутые элементы с высокой теплопроводностью выполнены в виде радиальных продольных листовых элементов, которые прикреплены к наружной и внутренней цилиндрическим оболочкам корпуса с поджатием с помощью резьбовых элементов. Крепление резьбовых элементов к наружной цилиндрической оболочке корпуса выполнено с обеспечением герметизации последней. Радиальные продольные листовые элементы имеют сквозные отверстия и/или прерывистые кромки с образованием выемок, которые выполнены с возможностью заполнения упомянутым материалом на этапе изготовления контейнера для ослабления потока нейтронов, проходящего по радиальным продольным листовым элементам в загруженном отработавшим ядерным топливом контейнере. Наружная и внутренняя цилиндрические оболочки корпуса и радиальные продольные листовые элементы выполнены из разнородных материалов. Радиальные продольные листовые элементы выполнены из материала, обладающего более высокой теплопроводностью, чем материалы, из которых выполнены наружная и внутренняя цилиндрические оболочки корпуса. Изобретение позволяет повысить эксплуатационные характеристики контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива. 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к контейнерам для длительного хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), в частности к металлическим контейнерам для транспортировки и/или хранения ОЯТ ядерных реакторов типа ВВЭР-1000.

Известен контейнер для радиоактивных материалов по патенту EP 0116412 (G21F 5/00, 1984 г.). Известный контейнер содержит кожух (корпус), отлитый из чугуна или стали, и экранирующий материал. При изготовлении контейнера экранирующий материал располагают внутри литьевой формы для кожуха, после чего следует заливка, например, чугуна в упомянутую литьевую форму. Таким образом, получают литой корпус, в котором экранирующий материал уже «погружен» в массив боковой стенки корпуса и занимает требуемое положение. С наружной стороны корпус контейнера имеет продольное оребрение для отвода тепла (ребра охлаждения). В верхней и нижней частях контейнера предусмотрены грузоподъемные цапфы. В варианте выполнения контейнера литой корпус размещен внутри кольцевого кожуха, который представляет собой две концентрично расположенные металлические обечайки, зазор между которыми заполнен экранирующим материалом. При этом через экранирующий материал пропущены установленные в массиве литого корпуса теплоотводящие элементы, прикрепленные (приваренные) соответственно к упомянутым обечайкам и выступающие наружу за внешнюю обечайку. Теплоотводящие элементы выполнены в виде радиальных продольных листовых элементов.

Недостатком известного контейнера является то, что для изготовления литого толстостенного металлического корпуса контейнера требуется уникальное металлургическое оборудование. Кроме того, контейнер предполагает высокую трудоемкость изготовления и, следовательно, высокую стоимость. Вместе с этим в вариантах выполнения контейнера, в которых через экранирующий материал пропущены теплоотводящие элементы в виде радиальных продольных листовых элементов (по существу – в виде ребер), возможен «прямой прострел» нейтронов вдоль последних, что снижает уровень защиты от нейтронного излучения и, следовательно, – безопасность обращения с ОЯТ.

Известен контейнер для хранения и транспортировки ТВЭЛ по патенту ЕР 0741628 В1 (В23К 33/00, G21F 5/10, 1996 г.). Известный контейнер содержит металлический корпус, включающий днище, наружную и внутреннюю оболочки, полость между которыми заполнена материалом для поглощения нейтронов, герметичное перекрытие упомянутой полости и защитную герметизирующую крышку, перекрывающую внутреннюю полость контейнера. Между наружной и внутренней оболочками корпуса контейнера установлены продольные теплоотводящие элементы, каждый из которых в поперечном сечении выполнен в виде размалкованного уголка. При этом одна из полок уголка прилегает к наружной цилиндрической поверхности внутренней оболочки корпуса контейнера и закреплена на этой оболочке с помощью резьбовых соединений. Другая полка уголка образует тупой угол с радиальным направлением и своим концом приварена к наружной оболочке корпуса контейнера, которая выполнена составной из отдельных полос, герметично соединенных между собой с помощью сварки.

Однако известный контейнер предполагает большой объем сварочных работ. Вместе с этим отсутствие ребер на наружной оболочке снижает эффективность отвода тепла. Кроме того, так же как и в вышерассмотренном контейнере по патенту ЕР 0116412 в этом контейнере возможен «прямой прострел» нейтронов вдоль теплоотводящих элементов, что снижает уровень защиты от нейтронного излучения и, следовательно, – безопасность обращения с ОЯТ.

Известен контейнер для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 1618179 С (G21F 5/00, 1994 г.). Известный контейнер содержит металлический корпус, включающий внутреннюю (цилиндрическую) и внешнюю обечайки из стали, расположенную между обечайками радиационную защиту и ребра охлаждения (теплоотводящие элементы), установленные на наружной стороне внешней обечайки, выполненные в виде плоских вертикальных пластин. Радиационная защита выполнена в виде отливки из алюминия или сплава на его основе, содержащей включения из радиационно-защитного материала (чугун, доломит, углерод, карбид бора и др.). Внешняя обечайка выполнена составной из полос, изогнутых внутрь корпуса параллельно оси внутренней обечайки. Ребра охлаждения приварены к стыкам изогнутых полос так, что основания ребер охлаждения располагаются внутри радиационной защиты и не касаются внутренней обечайки. Расположение оснований ребер внутри радиационной защиты обеспечивает прочность ребер, хороший тепловой контакт и исключает «прямой прострел» нейтронов вдоль ребер.

Однако для изготовления поковки монолитного металлического корпуса контейнера требуется уникальное кузнечно-прессовое оборудование. Кроме того, выполнение внешней обечайки корпуса контейнера составной из достаточно большого количества полос предполагает большой объем сварочных работ.

Известен контейнер для хранения радиоактивных веществ по патенту FR 2756090 A1 (G21F 5/10, 1998 г.). Известный контейнер содержит корпус, включающий наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, полость между которыми заполнена материалом для поглощения нейтронов, причем через материал для поглощения нейтронов пропущены теплоотводящие элементы, соединенные с упомянутыми оболочками. Обращенная наружу стенка наружной цилиндрической оболочки охлаждается окружающим воздухом с помощью системы канавок, выполненных в этой стенке.

К недостаткам контейнера можно отнести то, что в нем возможен «прямой прострел» нейтронов вдоль теплоотводящих элементов, что снижает уровень защиты от нейтронного излучения и, следовательно, – безопасность обращения с ОЯТ.

Известен контейнер для радиоактивных материалов, приведенный в патенте JP 2761716 В2 (G21F 5/008, 1998 г.). Известный контейнер содержит металлический корпус, включающий внутренний и наружный кожухи, кольцевой зазор между которыми заполнен свинцом. Контейнер обеспечивает надежную радиационную защиту и эффективно излучает тепло.

Недостатком известного контейнера является то, что для изготовления толстостенного металлического корпуса контейнера требуется уникальное металлургическое оборудование.

Известен контейнер для транспортировки и хранения отработавших сборок ТВЭЛ ядерных реакторов по патенту DE 19856685 A1 (G21F 5/008, 2000 г.). Корпус контейнера изготовлен из стали и имеет на своей наружной стенке продольные заполненные замедлителем нейтронов (материалом для поглощения нейтронов) камеры, замкнутые приваренными крышками из листовой стали. Продольные камеры образуют тупой угол с радиальным направлением и изготовлены формовкой из стенки корпуса в радиальном направлении. Упомянутые крышки выполнены с продольным оребрением (ребрами охлаждения).

Однако в известном контейнере возможен прострел нейтронов через массив корпуса контейнера, что снижает безопасность обращения с ОЯТ.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения радиоактивных тепловыделяющих элементов по патенту ЕР 1103984 A1 (G21F 5/10, 2001 г.). Известный контейнер имеет крышку, днище, боковую стенку и внутреннюю полость, причем боковая стенка состоит из наружной и внутренней оболочек, зазор между которыми заполнен материалом. Наружная и внутренняя оболочки соединены между собой теплоотводящими предварительно напряженными элементами, закрепленными своими концами на оболочках.

Также известен контейнер для транспортировки и/или хранения тепловыделяющих радиоактивных элементов по патенту ЕР 1418594 A1 (G21F 5/10, 2004 г.). Известный контейнер имеет оболочку, ограничивающую внутреннюю полость контейнера, днище и по меньшей мере одну крышку. Оболочка контейнера содержит металлическую внутреннюю обечайку и отстоящую от нее наружную металлическую обечайку. Между внутренней и наружной обечайками расположены теплоотводящие упругие трубчатые металлические элементы, прилегающие к внутренней и наружной обечайкам с предварительным напряжением. Остальное пространство между внутренней и наружной обечайками заполнено наполнителем.

Однако конструктивные особенности последних двух контейнеров предполагают использование этих контейнеров для транспортировки и/или хранения относительно низкоактивного ОЯТ, т.е. известные устройства имеют ограниченную область использования. По существу, известные технические решения касаются устройства металлобетонных контейнеров.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является контейнер для хранения и транспортировки радиоактивных материалов по патенту JP 3342994 В2 (G21F 5/10, G21С 19/32, G21F 9/36, 2002 г.). Известный контейнер содержит металлический корпус, включающий днище, наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, между которыми имеется экранирующий слой для защиты от -излучения и экранирующий слой для защиты от нейтронов (материал для поглощения нейтронов). Контейнер также содержит герметичное перекрытие полости между упомянутыми оболочками и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде двух крышек, установленных одна над другой на общем основании и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура. Через экранирующий слой для защиты от -излучения и экранирующий слой для защиты от нейтронов (материал для поглощения нейтронов) пропущены элементы с высокой теплопроводностью, прикрепленные соответственно к упомянутым оболочкам корпуса контейнера. При этом упомянутые элементы расположены таким образом, что образуют тупой угол с радиальным направлением. Для перемещения контейнера в верхней части корпуса контейнера предусмотрены грузоподъемные цапфы.

К недостаткам известного контейнера можно отнести относительно низкую теплоотдачу наружной цилиндрической оболочкой корпуса контейнера, что объясняется отсутствием ребер охлаждения на обращенной наружу поверхности этой оболочки. Кроме того, можно отметить недостаточную эффективность отвода тепла наружу от внутренней цилиндрической оболочки корпуса через зону расположения материала для поглощения нейтронов. Это связано, в частности, с небольшой площадью поперечного сечения установленных между внутренней и наружной оболочками корпуса стальных элементов теплового моста, большим значением теплового сопротивления в местах контакта указанных элементов с оболочками корпуса. Кроме того, стальные элементы, обладая высокой теплопроводностью по отношению к материалу для поглощения нейтронов, имеют все же относительно низкую теплопроводность среди известных материалов с высокой теплопроводностью. К недостаткам известного контейнера можно отнести также то, что в нем возможен «прямой прострел» нейтронов вдоль упомянутых элементов теплового моста, что снижает уровень защиты от нейтронного излучения и, следовательно, – безопасность обращения с ОЯТ.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива реакторов типа ВВЭР-1000, особенностью которого (т.е. – ОЯТ) является, в частности, интенсивное выделение тепла и интенсивное нейтронное излучение.

Указанная задача решается тем, что в контейнере для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащем металлический корпус, включающий днище, наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, полость между которыми заполнена материалом для поглощения нейтронов, герметичное перекрытие упомянутой полости и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на общем основании и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура, причем через материал для поглощения нейтронов пропущены элементы с высокой теплопроводностью, прикрепленные соответственно к упомянутым оболочкам корпуса, согласно изобретению наружная цилиндрическая оболочка корпуса выполнена из, по меньшей мере, двух кольцевых сегментов с продольным оребрением, соединенных между собой с помощью герметичных соединений. Упомянутые элементы с высокой теплопроводностью выполнены в виде радиальных продольных листовых элементов, которые прикреплены к наружной и внутренней цилиндрическим оболочкам корпуса с поджатием с помощью резьбовых элементов. Крепление резьбовых элементов к наружной цилиндрической оболочке корпуса выполнено с обеспечением герметизации последней. Радиальные продольные листовые элементы имеют сквозные отверстия и/или прерывистые кромки с образованием выемок, которые выполнены с возможностью заполнения упомянутым материалом на этапе изготовления контейнера для ослабления потока нейтронов, проходящего по радиальным продольным листовым элементам в загруженном отработавшим ядерным топливом контейнере. Наружная и внутренняя цилиндрические оболочки корпуса и радиальные продольные листовые элементы выполнены из разнородных материалов, при этом радиальные продольные листовые элементы выполнены из материала, обладающего более высокой теплопроводностью, чем материалы, из которых выполнены наружная и внутренняя цилиндрические оболочки корпуса.

Вместе с этим контейнер в качестве материала радиальных продольных листовых элементов содержит алюминий.

В другом варианте выполнения контейнер в качестве материала радиальных продольных листовых элементов содержит алюминиевый сплав.

В последних двух вариантах выполнения радиальные продольные листовые элементы имеют оксидированные поверхности.

Кроме того, контейнер в качестве материала наружной цилиндрической оболочки корпуса содержит коррозионно-стойкую сталь.

Вместе с этим контейнер в качестве материала внутренней цилиндрической оболочки корпуса содержит низколегированную сталь.

В варианте выполнения радиальные продольные листовые элементы прикреплены к наружной и внутренней оболочкам корпуса с помощью общих резьбовых элементов.

В последнем варианте выполнения резьбовые элементы пропущены через соответствующие отверстия, выполненные соответственно в наружной цилиндрической оболочке корпуса и в радиальных продольных листовых элементах, причем упомянутые отверстия загерметизированы с наружной стороны наружной цилиндрической оболочки корпуса.

Возможен вариант выполнения, когда каждый резьбовой элемент с наружной цилиндрической оболочкой корпуса образуют герметизирующий контур.

В другом варианте выполнения каждый резьбовой элемент снабжен стопорной шайбой, причем каждая стопорная шайба с наружной цилиндрической оболочкой корпуса образуют герметизирующий контур.

В последних двух вариантах выполнения упомянутый герметизирующий контур выполнен с помощью сварного шва.

В другом варианте выполнения радиальные продольные листовые элементы прикреплены к внутренней цилиндрической оболочке корпуса с помощью одних резьбовых элементов, а к наружной цилиндрической оболочке корпуса – с помощью других резьбовых элементов.

Возможен вариант выполнения, когда радиальные продольные листовые элементы с помощью одних резьбовых элементов прикреплены к внутренней цилиндрической оболочке корпуса, а с помощью других резьбовых элементов прикреплены к внутренней и наружной цилиндрическим оболочкам корпуса.

В варианте выполнения внутренняя цилиндрическая оболочка выполнена в виде двух концентрично расположенных обечаек, зазор между которыми заполнен свинцом.

В последнем варианте выполнения контейнер в качестве материала упомянутых обечаек содержит низколегированную сталь.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить эксплуатационные характеристики контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива.

На фиг.1 схематично показан контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, общий вид, продольный разрез, вариант выполнения; на фиг.2 – то же, поперечный разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 – устройство крепления наружной цилиндрической оболочки корпуса контейнера на внутренней цилиндрической оболочке последнего, элемент Б на фиг.2; на фиг.4 – устройство фиксации резьбового элемента, скрепляющего наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки корпуса контейнера, вариант выполнения с использованием стопорной шайбы, элемент В на фиг.3; на фиг.5 – расположение сквозных отверстий в радиальном продольном листовом элементе, продольный разрез по Г-Г на фиг.2, повернуто, вариант выполнения; на фиг.6 – радиальный продольный элемент, имеющий прерывистые кромки с выемками, продольный разрез по Г-Г на фиг.2, повернуто, вариант выполнения; на фиг.7 – сварное соединение кольцевых сегментов наружной цилиндрической оболочки корпуса контейнера; элемент Д на фиг.2; на фиг.8 – контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, общий вид, продольный разрез, вариант выполнения внутренней цилиндрической оболочки корпуса контейнера; на фиг.9 – то же, поперечный разрез по Е-Е на фиг.8.

В варианте осуществления изобретения контейнер предназначен для хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива реакторов типа ВВЭР-1000, особенностью которого (т.е. – ОЯТ) является интенсивное выделение тепла и интенсивные -излучение и нейтронное излучение. Контейнер содержит металлический корпус 1, включающий днище 2, наружную 3 и внутреннюю 4 цилиндрические оболочки, полость между которыми заполнена материалом 5 для поглощения нейтронов, герметичное перекрытие 6 упомянутой полости и внутренней полости «а» контейнера. Перекрытие 6 выполнено, например, в виде трех защитных герметизирующих крышек 7-9, установленных одна над другой на общем основании (не показано) и образующих с последним три концентричных герметизирующих контура. Защитные герметизирующие крышки 7 и 8 выполнены под углубление в верхней части корпуса 1 и образуют два контура (барьера) защиты. Конструкция контейнера допускает возможность установки дополнительной наружной защитной герметизирующей крышки 9. В варианте осуществления изобретения крышка 9 выполнена в виде листа, который по периметру приваривают к общему основанию крышек. Установка дополнительной защитной герметизирующей крышки обусловлена возможностью снижения герметичности уплотнений крышек 7 и 8 в условиях длительного радиационного и термоциклического воздействия в процессе хранения ОЯТ и требованием обеспечения надежности и экологической безопасности сухого контейнерного хранения. Корпус 1 контейнера выполнен таким образом, что наружная цилиндрическая оболочка 3 по высоте контейнера перекрывает кольцевые стыковые швы приварки внутренней цилиндрической оболочки 4 к днищу 2 и к общему основанию защитных герметизирующих крышек 7-9.

Через материал 5 для поглощения нейтронов пропущены элементы 10 с высокой теплопроводностью (по существу – выполняющие функцию тепловых мостов). Элементы 10 выполнены в виде радиальных продольных листовых элементов, которые прикреплены соответственно к наружной 3 и внутренней 4 оболочкам корпуса контейнера. В варианте выполнения контейнер в качестве материала 5 для поглощения нейтронов содержит, например, силоксановый каучук КЛ-1505. В полость между наружной и внутренней цилиндрическими оболочками 3 и 4 корпуса контейнера материал 5 заливается в жидком состоянии с последующим твердением.

Наружная цилиндрическая оболочка 3 корпуса контейнера выполнена составной, например, из двух кольцевых сегментов «b» и «с» с продольным оребрением «d», герметично соединенных между собой с помощью сварных швов. По существу оболочка 3 выполняется составной из оребренных полос, которым при изготовлении корпуса 1 (при сборке составной оболочки 3 под сварку) придается заданная форма (т.е. – кривизна). Оболочка 3 закреплена на внутренней цилиндрической оболочке 4 корпуса контейнера с поджатием, в частности, посредством резьбовых элементов, например в виде болтов 11, которые пропущены через соответствующие отверстия, выполненные соответственно в наружной цилиндрической оболочке 3 корпуса 1 и в радиальных продольных листовых элементах 10 (практически элементы 10 с высокой теплопроводностью поджаты к оболочкам 3 и 4, благодаря чему существенно улучшаются условия теплопередачи в местах их соединений). В варианте выполнения каждый резьбовой элемент 11 снабжен стопорной шайбой 12. Каждая стопорная шайба 12 с наружной цилиндрической оболочкой 3 корпуса 1 образуют герметизирующий контур, который в варианте выполнения выполнен с помощью кольцевого сварного шва «е». Возможен вариант выполнения без стопорной шайбы (не показано). В этом варианте каждый резьбовой элемент 11 с наружной цилиндрической оболочкой 3 корпуса 1 образуют герметизирующий контур, который выполняют аналогичным образом. Кольцевой сварной шов обеспечивает надежную фиксацию (стопорение) резьбового элемента 11 относительно скрепляемых им деталей. Благодаря выполнению наружной цилиндрической оболочки 3 составной из кольцевых сегментов достигается плотное соединение и поджатие кольцевых сегментов оболочки 3, радиальных продольных листовых элементов 10 к внутренней цилиндрической оболочке 4. С учетом реальных допусков на изготовление соединяемых элементов (т.е. – кольцевых сегментов оболочки 3 и элементов 10) указанное поджатие может быть обеспечено только при незамкнутой по окружности составной оболочке, т.е. оболочкой, состоящей из кольцевых сегментов (частей оболочки), с компенсацией относительных смещений кольцевых сегментов сварным соединением их между собой, выполняемым после поджатая кольцевых сегментов к радиальным продольным листовым элементам (по существу – радиальным ребрам) 10 и, следовательно, элементов 10 к внутренней цилиндрической оболочке 4. Выполняемое таким образом сварное соединение также обеспечивает дополнительное поджатие за счет усадки сварных швов. При монтаже наружной цилиндрической оболочки 3 в последнюю очередь выполняются сварные швы соединения наружной цилиндрической оболочки 3, соответственно, с общим основанием защитных герметизирующих крышек 7-9 и с днищем 2. Таким образом, обеспечивается плотный контакт в соединениях между радиальными продольными листовыми элементами 10 и наружной 3 и внутренней 4 цилиндрическими оболочками корпуса, необходимый для эффективного отвода тепла изнутри загруженного ОЯТ контейнера. Вместе с этим благодаря герметичному соединению кольцевых сегментов «b» и «с» оболочки 3 между собой, герметичному соединению оболочки 3, соответственно, с днищем 2 и упомянутым общим основанием защитных герметизирующих крышек 7-9, а также герметичным сварным швам «е» достигается герметичность наружной цилиндрической оболочки корпуса контейнера. Таким образом, материал 5 герметично заключен в полости между оболочками 3 и 4, тем самым обеспечивается защита материала 5 от неблагоприятного внешнего воздействия, в частности от кислотно-щелочных растворов, используемых для дезактивации контейнера после выгрузки из него ОЯТ. Кроме того, герметичная наружная оболочка, образуя дополнительный барьер защиты, повышает надежность обеспечения герметичности внутренней полости «а» контейнера, например, в случае возможного нарушения герметичности сварных соединений внутренней оболочки 4 с днищем 2 или с общим основанием защитных герметизирующих крышек 7-9 вследствие возникновения трещин в сварных швах при аварийном динамическом нагружении контейнера при отрицательной температуре окружающей среды (например, от минус 40 до минус 50°С).

Возможен вариант выполнения контейнера, когда радиальные продольные листовые элементы 10 с помощью одних резьбовых элементов прикрепляют к внутренней цилиндрической оболочке 4 корпуса, а с помощью других резьбовых элементов прикрепляют к наружной цилиндрической оболочке 3 корпуса (не показано). В другом варианте выполнения (не показано) элементы 10 с помощью одних резьбовых элементов прикрепляют к внутренней цилиндрической оболочке корпуса, а с помощью других резьбовых элементов прикрепляют к внутренней и наружной цилиндрическим оболочкам корпуса. По существу, в этом варианте предварительно на внутренней цилиндрической оболочке 4 с помощью одних резьбовых элементов устанавливают элементы 10, а затем монтируют составную наружную цилиндрическую оболочку 3, при этом оболочки 3, 4 корпуса и элементы 10 скрепляют с помощью других (общих) резьбовых элементов. В последних двух вариантах герметизацию наружной цилиндрической оболочки 3 корпуса осуществляют по аналогии с вышерассмотренным вариантом выполнения крепления радиальных продольных листовых элементов 10 и оболочек 3, 4 корпуса с помощью резьбовых элементов 11.

Радиальные продольные листовые элементы 10 имеют сквозные отверстия «f», которые выполнены с возможностью заполнения материалом 5 на этапе изготовления контейнера для ослабления потока нейтронов, проходящего по радиальным продольным листовым элементам в загруженном отработавшим ядерным топливом контейнере. В другом варианте выполнения радиальные продольные листовые элементы могут иметь прерывистые кромки с выемками «g», которые выполнены с возможностью заполнения материалом 5 на этапе изготовления контейнера. Возможен вариант выполнения, когда элементы 10 имеют как сквозные отверстия «f», так и прерывистые кромки с выемками «g» (не показано). Конфигурация и расположение отверстий и/или выемок выбраны так, что при заполнении их материалом 5 исключается «прямой прострел» нейтронов через элементы 10. Таким образом, встроенная в тепловые мосты (т.е. элементы 10) нейтронная защита эффективно «перехватывает» нейтроны, распространяющиеся по тепловым мостам, материал которых не является нейтронной защитой.

Наружная 3 и внутренняя 4 цилиндрические оболочки корпуса контейнера и радиальные продольные листовые элементы 10 выполнены из разнородных материалов. При этом элементы 10 выполнены из материала, обладающего более высокой теплопроводностью, чем материалы, из которых выполнены наружная 3 и внутренняя 4 цилиндрические оболочки корпуса контейнера. В варианте выполнения контейнер в качестве материала радиальных продольных листовых элементов 10 содержит алюминий, например, АД1 ГОСТ 17232-71. В другом варианте выполнения контейнер в качестве материала радиальных продольных листовых элементов 10 содержит алюминиевый сплав, например, АМг6 ГОСТ 17232-71. В последних двух отмеченных вариантах выполнения элементы 10 имеют оксидированные поверхности. Оксидная пленка защищает элементы 10 от коррозии и одновременно повышает сцепление их поверхностей с материалом 5 для поглощения нейтронов, что достигается благодаря шероховатости и пористости оксидного слоя и дополнительного сцепления с ним заливаемого в жидком состоянии материала 5 с последующим твердением последнего. Увеличение силы сцепления между элементами 10 и материалом 5 для поглощения нейтронов снижает вероятность образования сквозных трещин по плоскости их контакта и, следовательно, вероятность прострела нейтронов по образовавшейся трещине. В качестве материала радиальных продольных листовых элементов 10 контейнер может содержать, например, медь. Однако последний вариант, в сравнении с вышерассмотренными, является более дорогостоящим. В варианте выполнения контейнер в качестве материала наружной цилиндрической оболочки 3 корпуса 1 содержит коррозионно-стойкую (высоколегированную) сталь, например, 12Х18Н10Т ГОСТ 5632. В сравнении с возможным вариантом выполнения наружной оболочки из обычной конструкционной стали в варианте выполнения наружной оболочки из коррозионностойкой (нержавеющей) стали отпадает необходимость в нанесении антикоррозионного покрытия и, следовательно, исключается необходимость восстановления покрытия в случае его возможного повреждения, например, при транспортировке и перегрузке контейнера или в процессе дезактивации контейнера после выгрузки из него ОЯТ. В качестве материала внутренней цилиндрической оболочки 4 контейнер содержит низколегированную сталь, например, 09Г2С ГОСТ 19282-73.

В другом варианте выполнения изобретения внутренняя цилиндрическая оболочка выполнена в виде двух концентрично расположенных обечаек 13 и 14, зазор между которыми заполнен, например, свинцом 15. В этом варианте в качестве материала обечаек 13 и 14 контейнер может содержать низколегированную сталь, например, 09Г2С ГОСТ 19282-73. В сравнении с вышерассмотренным вариантом монолитной внутренней цилиндрической оболочки корпуса контейнера подобное исполнение внутренней цилиндрической оболочки при том же диаметре внутренней полости «а» контейнера позволяет уменьшить суммарную толщину внутренней цилиндрической оболочки при сохранении ее защитных свойств от – излучения и, соответственно, уменьшить наружный диаметр контейнера и его массу. Например, для контейнера, предназначенного для хранения и/или транспортировки отработавшего ядерного топлива реакторов типа ВВЭР-1000, после определенного срока выдержки ОЯТ в бассейне с водой и, соответственно, снижения уровня активности ОЯТ, толщина монолитной стальной внутренней цилиндрической оболочки корпуса контейнера составляет 260 мм. В варианте выполнения внутренней оболочки многослойной она может быть выполнена из двух стальных обечаек толщиной 50 мм, установленных с радиальным зазором 100 мм, заполненным свинцом. Возможность изготовления внутренней цилиндрической оболочки многослойной (составной) из относительно тонких обечаек с прослойкой свинца между ними является особенно значимой для заводов-изготовителей, не обладающих мощным кузнечно-прессовым оборудованием, необходимым для изготовления поковок, имеющих большую толщину (например, 260 мм). Подобное конструктивное исполнение позволяет при изготовлении оболочек корпуса контейнера вместо толстостенных поковок использовать листовой прокат. Вместе с этим этот вариант выполнения позволяет упростить технологический процесс сварки корпуса контейнера. Кроме того, при близких значениях теплопроводности свинца и стали имеет место некоторое повышение эффективности отвода тепла из внутренней полости «а» контейнера и соответствующее уменьшение возможной температуры нагрева ОЯТ в загруженном контейнере. Благодаря использованию двух обечаек с прослойкой свинца между ними достигается более высокая надежность обеспечения герметичности контейнера в возможных аварийных ситуациях.

В варианте осуществления изобретения днище 2 корпуса контейнера выполнено таким образом, что является одновременно торцевым демпфирующим элементом. Это достигается благодаря тому, что с наружной стороны оно снабжено элементами, пластически деформируемыми в случае аварийного нагружения контейнера. Упомянутые элементы выполнены, например, в виде пустотелых оболочек с ребрами. С наружной стороны на днище 2 также установлена нейтронная защита 16 (материал для поглощения нейтронов, аналогичный материалу, заполняющему полость между наружной 3 и внутренней 4 оболочками корпуса контейнера). Аналогичная нейтронная защита установлена с наружной стороны защитной герметизирующей крышки 7.

Для перемещения и кантования контейнера в верхней и нижней частях корпуса контейнера предусмотрены грузоподъемные цапфы 17. Для слива воды, осушки и заполнения внутренней полости «а» контейнера инертным газом в верхней и нижней частях корпуса контейнера предусмотрены соответствующие клапанные устройства (не показано).

Во внутреннюю полость «а» контейнера устанавливается дистанционирующая решетка (чехол) 18. В варианте осуществления изобретения в ней может быть размещено до 19-ти отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) 19 с ОЯТ с максимальным суммарным тепловыделением 30-40 кВт. Дистанционирующая решетка обеспечивает строго определенное расположение ОТВС во внутренней полости «а» контейнера и передачу тепла, выделяемого ОЯТ, корпусу контейнера. Дистанционирующая решетка выполнена, например, в виде составного цилиндра из отдельных алюминиевых блоков 20, внутри которых расположены шестигранные трубы для установки ОТВС. Для обеспечения ядерной безопасности наружная поверхность шестигранных труб покрыта самофлюсующимся борсодержащим сплавом, обеспечивающим поглощение нейтронов, выделяемых ОЯТ. Каждый блок 20 заключен в герметичную оболочку из нержавеющей стали. Блоки скреплены между собой с помощью стяжек 21. При этом стяжки 21 одновременно являются опорными элементами дистанционирующей решетки (чехла), взаимодействующими с днищем 2 корпуса 1 контейнера. Вместе с этим часть стяжек одновременно выполняет роль такелажных элементов дистанционирующей решетки (чехла).

На период транспортировки контейнер помещают в защитный демпфирующий кожух (не показано). В другом варианте на корпусе контейнера монтируют съемные торцевые защитные демпфирующие элементы.

Использование контейнера в промышленности осуществляется следующим образом.

Отработавшее ядерное топливо сначала загружают в дистанционирующую решетку (чехол) 18, которую затем устанавливают в контейнер. Дистанционирующая решетка опускается в полость «а» контейнера до упора торцов стяжек 21 в днище 2. После загрузки контейнера закрывается внутренняя защитная герметизирующая крышка 7, затягивается болтовое соединение ее крепления и производится контроль герметичности соединения крышки 7 с корпусом 1. Аналогичным образом закрывается защитная герметизирующая крышка 8 и производится контроль герметичности ее соединения с корпусом 1. Защитные герметизирующие крышки 7 и 8 образуют два контура (барьера) защиты. Затем устанавливается наружная защитная герметизирующая крышка 9, выполненная в виде листа, который приваривают к общему основанию крышек 7-9. После при необходимости производится осушение внутренней полости «а» контейнера и заполнение ее инертным газом с помощью предусмотренных на контейнере клапанных устройств (не показано). После этого контейнер с ОЯТ транспортируют к месту промежуточного (предварительного) хранения (на территории АЭС или в прилегающем к ней хранилище). В месте промежуточного хранения загруженный контейнер может находиться длительное время. Затем контейнер с ОЯТ транспортируют к месту окончательного хранения в региональное хранилище или на переработку. На период транспортировки к месту окончательного хранения (захоронения) ОЯТ с целью предохранения контейнера с ОЯТ от разрушения при возможных аварийных ситуациях и повышения радиационной защиты персонала при транспортировке контейнер помещают в защитный демпфирующий кожух. Возможен вариант, когда контейнер оснащают съемными торцевыми защитными демпфирующими элементами (торцевыми колпаками).

Транспортировка и хранение контейнера с ОЯТ сопровождаются достаточно интенсивным тепловыделением активной части ОЯТ. В нормальных условиях эксплуатации контейнера, т.е. в определенных проектом обычных (безаварийных) условиях эксплуатации, тепло от ОЯТ, загруженного в контейнер, нагревает внутреннюю цилиндрическую оболочку 4 корпуса контейнера. После тепло от внутренней оболочки 4 через радиальные продольные листовые элементы 10 передается оребренной наружной цилиндрической оболочке 3, распределяется по ее периметру и далее путем конвекции и излучения рассеивается в окружающей среде. Таким образом, радиальные продольные листовые элементы 10 из материала (металла), обладающего более высокой теплопроводностью, чем материалы, из которых выполнены наружная 3 и внутренняя 4 цилиндрические оболочки корпуса контейнера, служат тепловыми мостами, обеспечивающими теплопередачу от внутренней оболочки корпуса на его наружную оболочку. Благодаря тому что элементы 10 с высокой теплопроводностью плотно поджаты к оболочкам 3 и 4, достигается минимальное значение величины теплового сопротивления в зонах контакта элемента 10 с этими оболочками и достаточно эффективная передача тепла от внутренней цилиндрической оболочки 4 к радиальному продольному листовому элементу 10, а от него – на наружную цилиндрическую оболочку 3. Высокая теплопроводность элемента 10 обеспечивает возможность уменьшить площадь поперечного сечения этого теплопроводящего (теплоотводящего) элемента путем уменьшения его толщины и выполнить его в виде ребер с возможностью размещения между ними материала 5 для поглощения нейтронов, имеющего высокое значение величины сопротивления тепловому потоку, и с достаточной эффективностью позволяет обеспечить теплопередачу через зону (слой) указанного материала. При этом благодаря тому, что отверстия (и/или выемки) в элементах 10 заполнены материалом 5 для поглощения нейтронов, достигается повышение эффективности нейтронной защиты. Таким образом, компенсация большого теплового сопротивления, препятствующего передаче тепла от внутренней цилиндрической оболочки 4 наружу, и, соответственно, ограничение температуры нагрева ОЯТ допустимым пределом обеспечиваются высокой теплопроводностью радиальных продольных листовых элементов 10.

Нейтронная защита обеспечивается замедлением нейтронов при взаимодействии их с ядрами легких элементов материала 5 и последующим поглощением замедленных нейтронов стальной наружной цилиндрической оболочкой 3 корпуса контейнера. Встроенная в тепловые мосты (т.е. в элементы 10) нейтронная защита, заполняющая отверстия (и/или выемки) в последних, эффективно «перехватывает» нейтроны, распространяющиеся по тепловым мостам, материал которых не является нейтронной защитой. Таким образом, достигается повышение безопасности обращения с контейнером, загруженным ОЯТ (т.е. – безопасность обращения с ОЯТ).

Защита от – излучения обеспечивается, в основном, стальной толстостенной внутренней цилиндрической оболочкой 4 (по существу – толщиной и плотностью стали) – ее массовыми характеристиками.

В случае, когда контейнер с ОЯТ транспортируют на переработку после выгрузки ОЯТ, контейнер и дистанционирующая решетка (чехол) подвергаются дезактивации. При этом благодаря тому, что материал 5 герметично заключен в полости между оболочками 3 и 4, обеспечивается его защита от неблагоприятного внешнего воздействия, в частности кислотно-щелочных растворов, используемых для дезактивации. Благодаря выполнению наружных поверхностей контейнера и дистанционирующей решетки из коррозионно-стойкой стали отпадает необходимость нанесения антикоррозионного покрытия и, следовательно, исключается необходимость восстановления покрытия в случае его возможного повреждения, например, при транспортировке и перегрузке контейнера или в процессе дезактивации контейнера после выгрузки из него ОЯТ. Таким образом, существенно упрощается обслуживание контейнера при его эксплуатации.

Таким образом, благодаря особенности исполнения контейнера для транспортировки и/или хранения ОЯТ реакторов типа ВВЭР-1000 изобретение позволяет создать контейнер, обеспечивающий повышение эффективности отвода тепла изнутри загруженного ОЯТ контейнера, повышение эффективности нейтронной защиты и, следовательно, повышение безопасности обращения с ОЯТ. Вместе с этим упрощается обслуживание контейнера при его эксплуатации. Вышеотмеченное, в конечном счете, позволяет повысить эксплуатационные характеристики контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива.

Формула изобретения

1. Контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий металлический корпус, включающий днище, наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, полость между которыми заполнена материалом для поглощения нейтронов, герметичное перекрытие упомянутой полости и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде, по меньшей мере, двух крышек, установленных одна над другой на общем основании и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура, причем через материал для поглощения нейтронов пропущены элементы с высокой теплопроводностью, прикрепленные соответственно к упомянутым оболочкам корпуса, отличающийся тем, что наружная цилиндрическая оболочка корпуса выполнена из, по меньшей мере, двух кольцевых сегментов с продольным оребрением, соединенных между собой с помощью герметичных соединений, упомянутые элементы с высокой теплопроводностью выполнены в виде радиальных продольных листовых элементов, которые прикреплены к наружной и внутренней цилиндрическим оболочкам корпуса с поджатием с помощью резьбовых элементов, причем крепление резьбовых элементов к наружной цилиндрической оболочке корпуса выполнено с обеспечением герметизации последней, радиальные продольные листовые элементы имеют сквозные отверстия и/или прерывистые кромки с образованием выемок, которые выполнены с возможностью заполнения упомянутым материалом на этапе изготовления контейнера для ослабления потока нейтронов, проходящего по радиальным продольным листовым элементам в загруженном отработавшим ядерным топливом контейнере, наружная и внутренняя цилиндрические оболочки корпуса и радиальные продольные листовые элементы выполнены из разнородных материалов, при этом радиальные продольные листовые элементы выполнены из материала, обладающего более высокой теплопроводностью, чем материалы, из которых выполнены наружная и внутренняя цилиндрические оболочки корпуса.

2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала радиальных продольных листовых элементов он содержит алюминий.

3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала радиальных продольных листовых элементов он содержит алюминиевый сплав.

4. Контейнер по п.2 или 3, отличающийся тем, что радиальные продольные листовые элементы имеют оксидированные поверхности.

5. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала наружной цилиндрической оболочки корпуса он содержит коррозионно-стойкую сталь.

6. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала внутренней цилиндрической оболочки корпуса он содержит низколегированную сталь.

7. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что радиальные продольные листовые элементы прикреплены к наружной и внутренней оболочкам корпуса с помощью общих резьбовых элементов.

8. Контейнер по п.7, отличающийся тем, что резьбовые элементы пропущены через отверстия, выполненные соответственно в наружной цилиндрической оболочке корпуса и в радиальных продольных листовых элементах, причем упомянутые отверстия загерметизированы с наружной стороны наружной цилиндрической оболочки корпуса.

9. Контейнер по п.8, отличающийся тем, что каждый резьбовой элемент с наружной цилиндрической оболочкой корпуса образуют герметизирующий контур.

10. Контейнер по п.8, отличающийся тем, что каждый резьбовой элемент снабжен стопорной шайбой, причем каждая стопорная шайба с наружной цилиндрической оболочкой корпуса образуют герметизирующий контур.

11. Контейнер по п.9 или 10, отличающийся тем, что последний упомянутый герметизирующий контур выполнен с помощью сварного шва.

12. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что радиальные продольные листовые элементы прикреплены к внутренней цилиндрической оболочке корпуса с помощью одних резьбовых элементов, а к наружной цилиндрической оболочке корпуса – с помощью других резьбовых элементов.

13. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что радиальные продольные листовые элементы с помощью одних резьбовых элементов прикреплены к внутренней цилиндрической оболочке корпуса, а с помощью других резьбовых элементов прикреплены к внутренней и наружной цилиндрическим оболочкам корпуса.

14. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что внутренняя цилиндрическая оболочка корпуса выполнена в виде двух концентрично расположенных обечаек, зазор между которыми заполнен свинцом.

15. Контейнер по п.14, отличающийся тем, что в качестве материала упомянутых обечаек он содержит низколегированную сталь.

РИСУНКИ