CN104167232B - 一种乏燃料干式贮存装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种乏燃料干式贮存装置，包括桶体、顶盖和吊耳，桶体包括中空的光子屏蔽层以及套设其外的中子屏蔽层，中子屏蔽层外还包覆有保护层，吊耳穿过中子屏蔽层，并通过螺栓与光子屏蔽层固定连接，顶盖包括第一层顶盖、第二层顶盖和第三层顶盖。本发明的优点是：该贮存装置设有气体保护层、光子屏蔽层和中子屏蔽层三层屏蔽，再辅以三层顶盖的设计，能对乏燃料进行多层封装，较好地屏蔽乏燃料产生的光子和中子，安全性更好；同时，不锈钢材质的光子屏蔽层为热塑性成型的一体式桶装结构，无需另外封底，较好地避免了由于焊接导致的焊缝及热影响区等薄弱位置存在的潜在泄露危险，也简化了该贮存装置的制作流程。

Description

一种乏燃料干式贮存装置
技术领域
本发明属于核电站乏燃料贮存技术领域，具体涉及一种乏燃料干式贮存装置。
背景技术
我国是目前世界上拥有在建核电站最多的国家，这些核电站每年都会产生大量具有放射性的乏燃料。乏燃料中的主要放射性核素为241Cm，该核素为自发裂变中子源，且裂变过程中同时放出光子，因此乏燃料同时具有光子放射性和中子放射性，贮存容器需要屏蔽乏燃料产生的光子与中子。根据国家标准GB 11806-2004（放射性物质安全运输规程）及国际原子能机构安全标准TS-R-1（放射性物质安全运输条例）要求，放射源运输容器外表面剂量当量率不超过2 mSv/h，距外表面1 m处剂量当量率不超过0.1 mSv/h。如何妥善、安全地处置这些乏燃料是当前亟需解决的关键问题。但是，不论采取何种方式对乏燃料进行处置，为了确保贮存的安全性，最后都要对其进行整体封装贮存。
现有的乏燃料贮存装置大都采用多层金属桶容器，它是防止乏燃料中放射性物质扩散的重要结构屏障，同时可以承受冲击、碰撞等复杂外部载荷，大大提高乏燃料处置的安全性。但是，这种多层金属结构的乏燃料贮存桶容器需要采用无缝管焊接封底方法制造，在焊接导致的焊缝及热影响区等薄弱位置存在泄露危险，对乏燃料的贮存将构成巨大的潜在威胁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，具有多层封装的乏燃料干式贮存装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种乏燃料干式贮存装置，包括桶体、顶盖和吊耳，桶体包括中空的光子屏蔽层以及套设其外的中子屏蔽层，中子屏蔽层外还包覆有保护层，吊耳穿过中子屏蔽层，并通过螺栓与光子屏蔽层固定连接；顶盖包括第一层顶盖、第二层顶盖和第三层顶盖，第一层顶盖通过螺栓I和垫片与光子屏蔽层的顶部固定连接，且其底部设有与光子屏蔽层中空部分匹配的突起，其顶部与中子屏蔽层的顶部齐平、并开有凹槽，第二层顶盖置于凹槽内，第三层顶盖通过螺栓II和垫片与第一层顶盖的顶部固定连接。
进一步的，上述光子屏蔽层的中空部分填充有氮气，形成气体保护层。
进一步的，上述光子屏蔽层为不锈钢材质，热塑性成型一体式桶状结构。
进一步的，上述中子屏蔽层为树脂基复合材质。
进一步的，上述第一层顶盖和第三层顶盖均为不锈钢材质，第二层顶盖为树脂基复合材质。
进一步的，上述保护层为不锈钢材质。
进一步的，上述垫片为铜垫片。
与现有技术相比，本发明的优点是：该贮存装置设有气体保护层、光子屏蔽层和中子屏蔽层三层屏蔽，再辅以三层顶盖的设计，能对乏燃料进行多层封装，较好地屏蔽乏燃料产生的光子和中子，安全性更好；同时，不锈钢材质的光子屏蔽层为热塑性成型一体式桶状结构，无需另外封底，较好地避免了由于焊接导致的焊缝及热影响区等薄弱位置存在的潜在泄露危险，也简化了该贮存装置的制作流程。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中第一层顶盖的俯视结构示意图；
图3是本发明中第三层顶盖的俯视结构示意图；
图4是本发明外表面剂量当量率的曲线图。
其中，1、第一层顶盖，2、第二层顶盖，3、第三层顶盖，4、气体保护层，5、光子屏蔽层，6、中子屏蔽层，7、保护层，8、吊耳，9、螺栓II，10、螺栓I，11、突起，12、铜垫片。
具体实施方式：
如图1至图3所示，一种乏燃料干式贮存装置，包括桶体、顶盖和吊耳8，桶体包括中空的光子屏蔽层5以及套设其外的中子屏蔽层6，光子屏蔽层5的中空部分填充有氮气，形成气体保护层4，保护光子屏蔽层5的内壁免受氧化腐蚀，中子屏蔽层6外还包覆有保护层7，吊耳8穿过中子屏蔽层6，并通过螺栓与光子屏蔽层5固定连接，本实施例中吊耳8共设上下两组，便于该贮存装置整体的吊装和转运；顶盖包括第一层顶盖1、第二层顶盖2和第三层顶盖3，第一层顶盖1通过螺栓I10和铜垫片12与光子屏蔽层5的顶部固定连接，且其底部设有与光子屏蔽层5中空部分匹配的突起11，其顶部与中子屏蔽层6的顶部齐平、并开有凹槽，第二层顶盖2置于该凹槽内，起中子屏蔽作用，第三层顶盖3通过螺栓II9和铜垫片12与第一层顶盖1的顶部固定连接。
本实施例中，第一层顶盖1、第三层顶盖3、光子屏蔽层5和保护层7均为不锈钢材质，并且，光子屏蔽层5通过热塑性整体成型，无需另外封底，较好地避免了由于焊接导致的焊缝及热影响区等薄弱位置存在的潜在泄露危险，也简化了该贮存装置的制作流程；铜垫片12既具有密封性能，还具有较强的高温承受能力，能较好地延长贮存装置整体的使用寿命。
本实施例中，中子屏蔽层6和第二层顶盖2为树脂基复合材质，该种树脂基复合材质以环氧树脂为基本材料，混合Sm2O3、Gd2O3、LiF粉末作为功能填料，具有良好的中子屏蔽效果。
本实施例中，该贮存装置各部件的具体设计尺寸为：第一层顶盖1的直径为1000mm，厚度为360mm，顶部所开的凹槽的直径为1260mm，高度为80mm，底部突起11的直径小于1000mm，高度为50mm；第二层顶盖2的直径和厚度与凹槽的直径和高度一致，第三层顶盖3的直径为1820mm，厚度为50mm；光子屏蔽层5的内径为1000mm，外径为1660mm，中空部分的深度为3530mm，厚度为330mm；中子屏蔽层6的外径为1820mm，厚度为80mm；保护层7的厚度为6mm。上述设计尺寸为最小尺寸，可根据实际情况扩大相应倍数。
根据上述尺寸设计的乏燃料干式贮存装置，以距其桶体外表面距离为横轴，以相应的剂量当量率为纵轴，绘制出如图4所示的曲线图，可以明显看出，在距桶体外表面100cm处的剂量量率，无论是光子剂量率、中子剂量率还是两者的中剂量率，均远小于0.1 mSv/h，可知，该贮存装置的光子和中子的屏蔽能力相当强，特别适合用于核电站产生的放射性乏燃料的贮存。

Claims (6)

1.一种乏燃料干式贮存装置，包括桶体、顶盖和吊耳，其特征在于：所述桶体包括中空的光子屏蔽层以及套设其外的中子屏蔽层，所述中子屏蔽层外还包覆有保护层，所述吊耳穿过中子屏蔽层，并通过螺栓与光子屏蔽层固定连接；所述顶盖包括第一层顶盖、第二层顶盖和第三层顶盖，所述第一层顶盖通过螺栓I和垫片与光子屏蔽层的顶部固定连接，且其底部设有与光子屏蔽层中空部分匹配的突起，其顶部与中子屏蔽层的顶部齐平、并开有凹槽，所述第二层顶盖置于凹槽内，所述第三层顶盖通过螺栓II和垫片与第一层顶盖的顶部固定连接，所述第一层顶盖和第三层顶盖均为不锈钢材质，所述第二层顶盖为树脂基复合材质。
2.根据权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存装置，其特征在于：所述光子屏蔽层的中空部分填充有氮气，形成气体保护层。
3.根据权利要求1或2所述的一种乏燃料干式贮存装置，其特征在于：所述光子屏蔽层为不锈钢材质、热塑性成型一体式桶状结构。
4.根据权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存装置，其特征在于：所述中子屏蔽层为树脂基复合材质。
5.根据权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存装置，其特征在于：所述保护层为不锈钢材质。
6.根据权利要求1所述的一种乏燃料干式贮存装置，其特征在于：所述垫片为铜垫片。
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