CN104282351A - 一种核电乏燃料干法贮存专用容器 - Google Patents

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汤晓斌
王鹏
郁海燕
陈飞达
柴浩
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Abstract

本发明提供了一种核电乏燃料干法贮存专用容器，包括圆柱形套筒结构，圆柱形套筒结构内部设有通过阻燃气体填充的乏燃料贮存空间，乏燃料贮存空间内设有对称栅板结构的乏燃料吊篮；所述的圆柱形套筒结构侧壁从内向外依次包括导热层、伽马屏蔽层、中子屏蔽层和外包壳，圆柱形套筒结构顶部设有密封顶盖结构。本发明不仅满足国家放射性物质运输安全要求，相较于国外同类产品，本发明提高了乏燃料贮存容器的结构稳定性以及耐腐蚀能力和导热能力。

Description

一种核电乏燃料干法贮存专用容器
技术领域
    本发明涉及核电站乏燃料干法贮存技术领域，具体是一种核电乏燃料干法贮存专用容器。
背景技术
核安全是核电发展的生命线。我国正处于核电产业快速发展的时期，在建核电机组规模世界第一。核电站运行将产生大量带有放射性的乏燃料，确保核电乏燃料的安全贮存、运输是核安全的重要环节。乏燃料的湿法贮存（置于水中）存在较大安全隐患，国际原子能机构IAEA建议世界各国推广使用干法贮存（使用专用容器贮存）。
我国当前使用的乏燃料干法贮存容器均依赖于国外进口，每年耗费大量外汇；而且国内也尚未开展此类特殊容器的研发工作。随着我国核电产业的发展，必须着手解决乏燃料干法贮存专用容器的国产化问题，必须研发出具有中国自主知识产权的乏燃料干法贮存专用容器。
发明内容
本发明为了解决现有技术核电乏燃料不易贮存的问题，提供了一种核电乏燃料干法贮存专用容器，不仅满足国家放射性物质运输安全要求，相较于国外同类产品，本发明提高了乏燃料贮存容器的综合性能：该容器整体结构稳定性更好，耐腐蚀能力和导热能力更高。
本发明提供了一种核电乏燃料干法贮存专用容器，包括圆柱形套筒结构，圆柱形套筒结构内部设有通过保护气体（优选氮气）填充的乏燃料贮存空间，乏燃料贮存空间内设有对称栅板结构的乏燃料吊篮。燃料吊篮起到支撑乏燃料组件的作用且有力吸收乏燃料释放的中子，避免出现超临界事故。对称栅板结构是根据计算验证得存放24组乏燃料组件时最安全经济的贮存方式而设计的。乏燃料吊篮采用含碳化硼含量为20%~30%的铝合金材料，厚度1~2cm。
所述的圆柱形套筒结构侧壁从内向外依次包括导热层、伽马屏蔽层、中子屏蔽层和外包壳，圆柱形套筒结构顶部设有密封顶盖结构。
所述容器壁的导热层采用纯铜或含铜量不低于95%的铜合金材料，侧面厚度不小于2.5cm，下壁厚度不小于10cm。
所述容器壁的伽马屏蔽层采用304型不锈钢材料，侧面厚度不小于27 cm，下壁厚度不小于18cm。
所述容器壁的中子屏蔽层采用树脂基复合材料，侧面及下壁厚度均不小于8 cm。
该外壁排放次序可有效降低辐照及高温对中子屏蔽层的损伤，提高容器整体传热性能，使其正常贮存甚至发生极端事故时仍符合国家放射性物质安全运输标准。
进一步改进，所述的密封顶盖结构包括三层顶盖。
第一层顶盖为圆柱形结构，顶盖顶部开有圆柱形凹槽，底部有圆柱形突起，采用304型不锈钢材料，总厚度不小于30 cm，突起厚度为8 cm。顶盖与容器体接触位置放有铜垫片，顶盖与容器体由螺栓连接。本层可屏蔽伽马射线、提高容器的整体传热性能，并承担第一层容器体封装作用。
第二层顶盖为圆柱形结构，采用树脂基中子屏蔽材料，厚度不小于8 cm，放置于第一层顶盖凹槽位置。本层起到中子屏蔽作用。
第三层顶盖为圆柱形结构，采用304型不锈钢材料，厚度5~10 cm，第三层顶盖与第一层顶盖通过螺栓连接，接触位置放有垫片。本层起到伽马屏蔽作用，并对容器体进行第二层封装，大大提高乏燃料贮存安全性。
进一步改进，所述的乏燃料吊篮四周安置有栅板固定器，栅板固定器通过螺栓连接圆柱形套筒内壁及底部。栅板固定器提高了乏燃料贮存容器结构的强度和稳定性：在乏燃料运输过程中，起缓冲保护作用，有效防止乏燃料组件及乏燃料吊篮的破损，同时，有利于乏燃料内部的衰变热导出。
进一步改进，导热层与伽马屏蔽层通过螺栓连接，伽马屏蔽层与中子屏蔽层及中子屏蔽层与外包壳之间采用粘接的方式连接。
进一步改进，容器侧壁装有吊耳，吊耳通过螺栓与不锈钢伽马屏蔽层连接，吊耳内填充有中子屏蔽材料和钢塞。
附图说明
图1为本发明主视剖面图。
图2为本发明俯视剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明的主视图和俯视图的剖面图分别如图1和图2所示，该核电站乏燃料干法贮存专用容器为圆柱形套筒结构，中间为由保护气体填充的乏燃料贮存空间1，能有效阻止容器氧化腐蚀。圆柱形套筒结构从内至外依次包括导热层3、伽马屏蔽层5、中子屏蔽层6和外包壳7四层，分别用于导出容器内部乏燃料释放的衰变热、屏蔽乏燃料释放的伽马辐射、屏蔽乏燃料释放的中子辐射和保护支撑。
在本实例中，圆柱形套筒结构的伽马屏蔽层5采用304型不锈钢材料；中子屏蔽层6采用特殊设计的全能谱协同/梯度吸收树脂基中子屏蔽材料，该种材料以环氧树脂为基体材料，混合Sm2O3、Gd2O3、LiF粉末作为功能填料，具有优良中子屏蔽效果。
在本实例中，导热层3为铜层，铜层内径152cm，外径157cm，内部空腔高370 cm，内充氮气，侧壁铜层高度380cm；不锈钢伽马屏蔽层5外径211 cm，高398cm；中子屏蔽材料层6外径227 cm，高434cm。最外层包覆厚度为1cm的304不锈钢外包壳7。因此整个容器（包含上盖）的高度为440cm，外径为229cm。侧壁及底壁铜层与304型不锈钢层通过螺栓4连接成整体，作为伽马屏蔽层5及外包壳7的304型不锈钢与中子屏蔽层6树脂基复合材料之间采取粘接、套合成为整体，即在伽马屏蔽层表面均匀地粘接包裹中子屏蔽材料，最后与外包壳套合。
圆柱形套筒结构顶盖包括三层，第一层顶盖11为圆柱形结构，直径210 cm，高度30 cm，采用304型不锈钢材料。顶盖顶部开有圆柱形凹槽，凹槽直径180cm，高度为8 cm，用于放置第二层顶盖12。第一层顶盖11底部有圆柱形突起，突起高度8 cm，合盖时深入容器体内部，防止顶盖滑动。顶盖与容器体接触位置放有铜垫片15，用于密封容器体,可以承受高温。第一层顶盖11与容器体由螺栓4连接。本层起到伽马屏蔽作用，并承担第一层容器体封装作用；
第二层顶盖12为圆柱形结构，直径180 cm，高度为8 cm，采用树脂基中子屏蔽材料，放置于第一层顶盖11凹槽位置。本层起到中子屏蔽作用；
第三层顶盖13为圆柱形结构，直径224 cm，高度5 cm，采用304型不锈钢材料，第三层顶盖13与第一层顶盖11通过螺栓4连接，接触位置放有铜垫片15。本层起到伽马屏蔽作用，并对容器体进行第二层封装，大大提高乏燃料贮存安全性。
容器体上下均装有吊耳10，吊耳10呈圆环状，内径20 cm，外径36 cm，长度25 cm，采用304不锈钢材料制造。本实例中为上部两只，下部两只。吊耳10通过螺栓4与不锈钢伽马屏蔽层5连接。吊耳10的目的在于方便专用容器的吊装与转运。正常贮存于厂房时，吊耳10内需塞入直径为20cm，厚度为6cm的中子屏蔽材料8及直径为20cm，厚度为25cm的304不锈钢塞9。填充材料和钢塞吊装与转运时取下。
容器内部的乏燃料吊篮内的每个栅格的规格为22.61cm×22.61cm×370cm，可贮存24组燃料组件，栅格板选用的是碳化硼含量为30%的铝合金，利用模型浇铸成型，不需焊接。
容器内部的乏燃料吊篮14四周均匀装置了栅板固定器2，选用铸铁作材料。正方向为规格为7cm×20cm×370cm四个长方体，及倾斜角45度为规格12cm×45cm×370cm的长方体，靠吊篮14一侧挖去15cm×15cm×370cm的三棱柱，便于固定乏燃料吊篮14的位置。通过螺栓4将栅板固定器2与容器内壁及底部连接。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种核电乏燃料干法贮存专用容器，其特征在于：包括圆柱形套筒结构，圆柱形套筒结构内部设有通过阻燃气体填充的乏燃料贮存空间（1），乏燃料贮存空间（1）内设有对称栅板结构的乏燃料吊篮（14）；所述的圆柱形套筒结构侧壁从内向外依次包括导热层（3）、伽马屏蔽层（5）、中子屏蔽层（6）和外包壳（7），圆柱形套筒结构顶部设有三层顶盖结构。
2.根据权利要求1所述的核电乏燃料干法贮存专用容器，其特征在于：所述的密封顶盖结构包括三层顶盖，其中第一层顶盖（11）与圆柱形套筒结构侧壁固定连接，第一层顶盖（11）顶部开有圆柱形凹槽，底部有与乏燃料贮存空间（1）直径相等的圆柱形突起；第一层顶盖（11）顶部圆柱形凹槽内设有树脂基中子屏蔽材料制成的第二层顶盖（12）；第三层顶盖（13）设置于第二层顶盖（12）上方，与第一层顶盖（11）固定连接。
3.根据权利要求2所述的核电乏燃料干法贮存专用容器，其特征在于：所述的第一层顶盖11与圆柱形套筒结构侧壁接触面上以及第一层顶盖（11）与第三层顶盖（13）的接触面上均设有铜垫片（15）。
4.根据权利要求1或2或3所述的核电乏燃料干法贮存专用容器，其特征在于：所述的乏燃料吊篮（14）四周安置有栅板固定器（2），栅板固定器（2）通过螺栓（4）连接圆柱形套筒内壁及底部。
5.根据权利要求1或2或3所述的核电乏燃料干法贮存专用容器，其特征在于：容器侧壁装有吊耳（10），吊耳（10）通过螺栓（4）与不锈钢伽马屏蔽层（5）连接，吊耳（10）内填充有中子屏蔽材料（8）和钢塞（9）。
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