CN111247603A - 改变具有中子吸收剂和热导体的粒子的密度 - Google Patents
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Abstract
组合物、制造和它们的制造和使用方法，示例性地为包括下列步骤的方法：改变包括组合成具有至少0.9982g/mL和最多2.0g/ml的密度的粒子的中子吸收剂和热导体的组合物的密度，所述吸收剂具有大于或等于包含至少19.7％硼‑10同位素的硼的中子吸收截面，所述热导体具有在海平面处在100℃的冷却剂热导率的至少10％的热导率，所述改变与在不位于核反应堆安全壳中的桶中的核燃料或核废料相关进行，所述桶是核燃料桶或乏核燃料桶，所述改变通过由至少一个下列子步骤再布置所述组合物进行：(A)运行连接到储器的中空导管以将至少一些粒子从储器移动到桶中，和/或(B)通过实施从粒子的静摩擦系数到粒子的动摩擦系数的改变，改变粒子的密堆积形式，由此将桶内的粒子再分配成改变的密堆积形式，和/或(C)将至少一些粒子从桶移动到储器中。
Description
交叉引用
本申请要求2017年3月28日提交的美国临时专利申请No.62/478,024的权益和专利申请No.PCT/US18/24612的权益和优先权，两者都全文经此引用并入本文。
背景
核安全当然提出重要的技术问题。可以根据下列Engineering CalculationNote#13-006-001.0.0-Section 2.(ref:Hoi Hg,Stanford University,2014年3月19日)理解核材料，如核燃料、乏核燃料和核废料的贮存：
“乏燃料是已在核反应堆中“燃烧”的核燃料。其通常高放射性，并且其由于可裂变产物的β衰变而生成极大量的衰变热，尽管裂变链式反应已停止。在数量上，乏燃料在反应堆停堆后5分钟仍可释放大约800千瓦热/公吨铀。尽管衰变热的生产速率会随时间经过继续减慢(例如，衰变热会在1天后降到原始堆芯功率水平的0.4％)，但乏燃料在送往再加工或长期处置之前必须冷却和安全存放。
对于干桶贮存，可将已在乏燃料池中冷却至少一年的乏燃料封装在钢制干桶中，其在从水中移出时焊接或用螺栓密封。向桶内泵入惰性气体，然后放入另一由钢、混凝土或其它辐射屏蔽材料制成的桶中。随后，可将这种防漏和辐射屏蔽的干桶水平贮存在混凝土外包装(over-pack)中或直立贮存在混凝土基座(concrete pad)上。垂直取向的桶的一种设计被称为厚壁桶(thick-walled cask)，而具有外包装的桶通常是用于水平贮存的设计。前者利用极厚的外壁作为各桶的辐射防护，而后者对各桶使用薄壁并依赖于混凝土贮仓(concrete bunker)提供辐射防护。由于其独立防护，垂直竖立的厚壁桶如今更盛行。干桶的示意性结构显示在图1中并在两种取向下，显示在图2a和图2b中。
·无论桶类型如何，干桶的冷却机制遵循这些传热事件。
·归因于放射性衰变的在燃料基体中的热释放。
·在燃料中和穿过包壳的热传导。
·由于在垂直或水平取向桶内的气体冷却剂的自然对流，从燃料棒对流传热。
·桶内的热辐射、在燃料棒排之间和在燃料与吊篮包围元件(basket-surrounding element)之间的辐射传热。
·穿过桶的内部元件和穿过其厚体壁的导热。
·从桶的外表面到环境的自然对流和热辐射。
干桶贮存较不容易发生巨灾。不同于乏燃料池，干桶利用通过自然对流的被动冷却，这由乏燃料本身的衰变热驱动。换言之，干桶不易发生冷却剂损失，相比之下，这在乏燃料池中会造成一连串事故。此外，考虑到核电站周围通常有足够禁区的事实，可在各桶仅含少量放射性物质时散放这些桶。这意味着，如果要造成大量空中排放或大火，必须有大量的桶同时失效或被攻击，更不用说各桶具有坚固的防护壁。干桶的其它优点包括没有活动部件、无电、维护相对简单(检查通气口堵塞)和贮存与运输工具的双重用途。
妨碍将陈旧的乏燃料从池移动到干桶的两个主要原因是桶的高成本和低可获得性。每个桶成本大约100万USD，并且将每个桶装载燃料花费另外50万USD。用于放置桶的混凝土基座(见图1)花费另外1百万USD。在美国转移已在池中冷却至少5年的所有燃料的粗略估计成本可能为70亿USD。除高成本外，桶的低生产率是另一限制因素。干桶有其它问题，如额外的人为误差和辐射危险的几率。将乏燃料从池移动到桶中的额外步骤，与保留在池中直至长期处置相比，带来更高的由人为误操作造成事故的几率；其还对从水中转移乏燃料的工人施加额外的辐射剂量。另外，干桶的寿命是一个问题，因为它们易受环境条件影响”。
如Donna Gilmore在2014年8月21日的公告,Premature failure of U.S.spentnuclear fuel storage canisters所指出，贮存会受到公众抗议，在其中报告
“The California Public Utilities Commission(CPUC)应该延迟资助新的SanOnofre干桶贮存系统直至Southern California Edison提供解决了下述主要问题的书面证明……基于Nuclear Regulatory Commission(NRC)技术人员提供的信息，Edison正在考虑的干桶系统可能在30年内或可能更快失效。没有充分检查罐(canister)的技术。没有到位的系统减轻失效罐的损害。Edison应该考虑没有这些问题的其它干桶系统。”
在Nuclear Monitor Issue#454(1996年6月21日)Loading of spent nuclearfuel into dry storage containers was suspended at the nuclear plant in PointBeach(Wisconsin,US)following an explosion during a welding procedure 28 May中报告:
(454.4491)WISE Amsterdam-依据Nuclear Regulatory Commission(NRC)的初步报告，当天上午2:45在含有14吨乏燃料棒的核废料满载桶内引燃的不明气体造成爆炸。该爆炸就在重量大约4,400磅的9英寸厚桶盖焊接前发生。桶内的爆炸抬起2吨重的盖子，使其倾斜一定角度，一边比正常高1英寸。没有人受伤。
NRC已暂停进一步加载核废料桶直至其可确定事故原因和爆炸是否破坏任何乏燃料棒。各18英尺高的桶载有14吨放射性废物，包括170磅钚。各满载筒仓含有240个广岛式爆炸的等效放射性。根据美国指南，该废料必须保持安全状态10,000年。
该爆炸证实了环保团体关于尚未充分审查VSC-24干桶贮存系统以保护公众健康和环境的担忧。这种放射性废物贮存爆炸证实对大湖生态系统的现实威胁。
概述
响应对更好的核安全性的需要(包括核材料，如核燃料、乏核燃料和核废料的贮存)，将组合物添加到贮存结构的环境中。贮存结构通常是桶，如核燃料桶或乏核燃料桶。该组合物或添加剂可包括包含具有大于包含至少19.7％硼-10同位素的硼的中子吸收截面的非气态中子吸收剂和具有在海平面处在100℃的水热导率的至少10％的热导率的热导体的粒子，它们组合以具有至少0.9982g/mL和最多2.0g/ml的密度。该粒子可以，但不必须是玻璃、陶瓷、它们的一些组合或聚集体。该粒子可以，但不必始终是，复合材料。本文中公开的组合物的技术效果可包括在吸收中子辐射和从核材料中导出热的同时稳定核材料，并且使用该组合物的方法，如在装载、贮存和卸载中，附带地比传统方法先进。相信这样的组合物伴随方法代表与常规冷却剂如水相比的进步，并且使用伴随方法的方法代表与传统方法相比的进步。方法可包括如与在不位于核反应堆安全壳中的桶中的核燃料或核废料相关进行的改变该组合物的密度。
根据实施，存在相关装置、制造、组合物、和它们的使用方法和制造方法，以及由此制成的产品和它们的必要中间体。
工业适用性
根据实施，工业适用性示例性地涉及核科学、核工程学、材料科学和机械工程学。这些可能涉及核材料如核燃料、乏核燃料、核废料的贮存，以及与其协作运营的工业。
援引加入
本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请经此引用并入本文就像各个出版物、专利或专利申请明确地逐一被指明经此引用并入本文。
附图
图1是现有技术的干桶的指示。
图2A是如现有技术中垂直取向的干桶的示意图。
图2B是如现有技术中水平取向的干桶的示意图。
图3是包含核的粒子的一种可能的配置的示意图。
图4是包含泡沫的粒子的另一可能的配置的图示。
图5是包含聚集体的粒子的另一可能的配置的图示。
图6是密堆积(close pack)取向的图示。
图7是含有粒子和核材料的桶的示意图。
图8是指示装载的工艺流程图。
图9是继续图9的工艺流程的工艺流程图。
图10是指示运输和贮存的工艺流程图。
图11是指示卸载的工艺流程图。
图12是继续图11的工艺流程的工艺流程图。
如上文提到，使用一种组合物作为核环境的添加剂，如在核材料和桶，例如核燃料桶、乏核燃料桶等之间的空间的添加剂。该添加剂可以是由复合材料制成的粒子，所述复合材料包括中子吸收剂，所述吸收剂具有大于或等于包含至少19.7％硼-10同位素的硼的中子吸收截面，和具有在海平面处在100℃的水热导率的至少10％的热导率的热导体，它们组合以使粒子具有至少0.9982g/mL和最多2.0g/ml的密度。尽管中子吸收截面可由包含至少19.7％硼-10同位素的硼提供，但情况不一定总是如此，因为中子吸收截面可由具有大于0.300靶恩的热中子俘获截面的任何材料提供。这些材料的实例列在下表1中：
表1
| 元素名 | 同位素 |
| 硼 | B-10 |
| 氢 | H-1 |
| 氖 | Ne-21 |
| 钠 | Na-23 |
| 硫 | S-32 |
| 氯 | Cl-35；Cl-36；Cl-37 |
| 氩 | Ar-36；Ar-39；Ar-40；Ar-41 |
| 钾 | K-39；K-40；K-41 |
| 钙 | Ca-40；Ca-41；Ca-42；Ca-43；Ca-44；Ca-45；Ca-46；Ca-48 |
| 钪 | Sc-45；SC-46 |
具有在海平面处在100℃的水热导率的至少10％的热导率的热导体包括：
表2
尽管可以使用上述材料的任何组合制造具有大于或等于包含至少19.7％硼-10同位素的硼的中子吸收截面的中子吸收剂和具有在海平面处在100℃的水热导率的至少10％的热导率的热导体的粒子，但是要指出，上述有些是特别危险的材料，这妨碍它们的优选使用。另一限制在于该粒子具有至少0.9982g/mL和最多2.0g/ml的密度。一些实施方案具有复合材料粒子并且一种(但不是唯一的)布置显示在图3中。
图3提供外层1、中间层2和核3的指示。例如，粒子可包括金属作为外层1、玻璃中间层2和惰性气体作为核。下面论述这种和其它配置。
实施例1-玻璃
可存在一种或多种玻璃、一种或多种金属和/或一种或多种惰性气体。玻璃可以是硼硅玻璃-主要的形成玻璃的成分是二氧化硅和氧化硼的玻璃类型。硼硅玻璃已知具有极低的热膨胀系数(在20℃下～3×10-6/℃)，以使它们比任何其它常见玻璃更耐热冲击。这样的玻璃较不易受热应力并常用于构造试剂瓶。玻璃，如在商业上被称为PyrexTM玻璃的硼硅玻璃，和硼硅玻璃以如SimaxTM、SupraxTM、KimaxTM、PyrexTM、EnduralTM、SchottTM或RefmexTM之类的商品名出售。这样的玻璃已具有一定量的硼作为其化学组成的一部分，以使它们尤其适合一些实施方案。更通常，可以调节玻璃配方以使上述范围的相互作用组合以确定在相关的特定实施方案中需要的玻璃配方和配置。一些实施方案可使用从旧电视机和监视器(CRT玻璃)回收的玻璃作为玻璃配方，因为这种玻璃中的添加剂配制成使人最小化辐射暴露于来自阴极射线组件的x射线。这种玻璃在一些实施方案中适合在熔融和重新成型(reform)后用作玻璃组分。
示例性地参照图3，粒子可包括填料或主要包括惰性气体3，如氦气作为核3。核3可被定义为在富含硼-10同位素的硼硅玻璃3中的至少一个气泡，其又在金属涂层1内。如下文论述，该添加剂复合珠的内部气体可以是位于玻璃基质中心的单个气泡，或在大量较小气泡中分散遍布于玻璃基质的气体，其总计包含与单个气泡配置相同的体积。
实施例2-气泡
示例性地，该复合材料的玻璃可以是成型为珠粒并分层(layered)的硼硅玻璃。在一些实施方案中，该珠粒可具有至少一个填充或主要填充至少一种惰性气体如氦气的气泡。该珠粒可具有金属层，如金属外层，例如被通常通过气相沉积或其它商业化涂布方法制成的金属层涂布。该金属可以是上列金属之一，如铬和/或钼。硼硅玻璃可位于所述至少一个气泡与外层之间。尽管复合材料可具有如特定用途所需的具有中子吸收剂和热导体的实施方案的特定要求所需的任何配置，示例性地为了教导，考虑下列子实施例。
实施例2A-至少一个气泡
玻璃中的气泡可以许多方式制造，其中一种方式包括基本吹制熔融玻璃气泡，密封气泡，然后冷却气泡。可以用或主要用惰性气体如氦气吹制气泡。一种方法包括从模头排出熔融玻璃，如硼硅玻璃的圆柱体。在排出圆柱体时，例如经由模头中的孔口将惰性气体注入熔融圆柱体中，由此形成含有惰性气体的管。截断(sheering)管末端、排出更多其中具有惰性气体的熔融玻璃管和然后截断另一末端将含有或主要含有惰性气体的内部气泡密封在管壁与截断末端之间，由此形成气泡。可以部分通过沿斜坡重力翻滚气泡以有助于在气泡固化成含有或主要含有惰性气体的玻璃气泡时圆润气泡边缘来进行气泡的冷却。可如通常用于冷却玻璃的那样进行额外冷却。对于含有多于一个这样的气泡的气泡，可以使用多个孔口以在排出熔融玻璃时将惰性气体注入熔融玻璃中。
或者，可以从模头将熔融玻璃管排出到惰性气体环境中。如上所述，截断管末端、在惰性气体环境内排出更多熔融玻璃管和然后截断另一末端将含有或主要含有惰性气体的内部气泡密封在管壁与截断末端之间，由此形成气泡。仍可部分通过沿斜坡重力翻滚气泡以有助于在气泡固化成含有或主要含有惰性气体的玻璃气泡时圆润气泡边缘来进行气泡的冷却；可如通常用于冷却玻璃的那样进行额外冷却，以产生含有至少一个玻璃气泡的玻璃珠粒。
总之，示例性地，可使用许多方法制造复合粒子(珠粒)，包括在硼硅玻璃(如下所述的陶瓷和/或聚集体)的层内形成至少一个气泡。要指出，图3不是唯一可能的配置，因为玻璃珠粒可被如上文所列的合适中子吸收剂掺杂和/或涂布，并且确实一些配置不需要具有核，例如当如下所述由惰性气体的泡沫形成珠粒时。
实施例2B-泡沫
如图4中所示，可将相关惰性气体注入一批熔融玻璃，如上文提到的硼硅玻璃以制造泡沫。从模头排出泡沫以制造圆柱形排出物，将其截断以制造含有泡沫的玻璃珠粒，该泡沫又含有或主要含有惰性气体。如上所述使珠粒变圆、冷却并涂布和/或掺杂。
实施例3-聚集体
如图5中所示，可以例如使用全文经此引用并入本文的美国专利No.5,628,945中公开的技术作为聚集珠粒形成粒子。该方法包括混合第一粉末10的粒子和可触发颗粒促进剂11以形成第一微囊12，各自具有包含一个或多个粒子10的核和促进剂11的涂层；触发促进剂11以形成微囊12形式的颗粒13(一个显示在图5中)。混合第二粉末10A的粒子与促进剂11(或另一促进剂)以形成第二微囊16，各自具有由至少一个第二粉末10A的粒子构成的核15和促进剂11(或另一促进剂)的涂层；和在触发步骤前混合第一和第二微囊12和16，或再触发促进剂11，以形成微囊12和16的组合18。如图4中所示，根据相关实施方案，可存在另一促进剂19，其可含有或不含其它粒子10B。充分加热组合18以除去至少一部分促进剂11和形成聚集体。促进剂11可以，但不必始终是一种或多种金属有机皂；类似地，第一粉末和第二粉末可以是陶瓷、金属、有机物、塑料、聚合物、上述玻璃和/或鼓泡或发泡的玻璃珠粒等的粒子。该方法可视需要包括第三或更多的微囊以产生中子吸收剂和热导体的分布。
实施例3-陶瓷
在另一实施例中，粒子如图3中分层或如图4中发泡，具有至少一个氦气气泡、如上文论述的外层，例如铬和/或钼。含有中子吸收剂的陶瓷位于所述至少一个气泡和外层之间，并且如上所述，根据相关实施方案，聚集粒子可被掺杂或未掺杂。
例如，在图3中，位于内部泡沫与外金属层之间的区域可由陶瓷构成。由于它们的结构韧性、良好导热、可靠的物理性质和含有合适的中子吸收剂如硼的能力，陶瓷材料是合适的。几种不同形式的陶瓷是合适的，其中陶瓷材料从高取向到半结晶、玻璃化或完全无定形(例如玻璃)，并且例如以非晶体和陶瓷为合适。但非晶陶瓷，即玻璃，倾向于由熔体成型。玻璃在完全熔融时通过铸造、落模铸造(drop casting)或在太妃糖样粘度状态时通过如吹塑到模具中的方法成型。如果稍后的热处理使这种玻璃变得部分结晶，所得材料已知为广泛用作炉灶面的玻璃陶瓷，以及用于核废料处置(例如玻璃化(vilification))的玻璃复合材料。陶瓷的具体实例包括氧化硼和氮化硼。在这两种情况中，构成硼存量的19.7％或更多的B-10同位素提供有力的中子吸收剂。
实施例4-塑料或聚合物
在另一实施例中，使用塑料或聚合物如聚醚醚酮或聚醚酰亚胺形成粒子。中子吸收剂可作为聚集体或作为塑料或聚合物的基础化学的同位素并入塑料或聚合物中。塑料或聚合物可用于涂覆内部气泡或泡沫。但是，可以进行没有这样的气泡或泡沫的聚合物配置，例如如果粒子具有足够低的密度并满足如上所述的结构要求。但是，在一些情况下，随后可用如本文所述的硬质和低摩擦涂层，如铬或钼涂布该塑料或聚合物。或者，该塑料或聚合物可具有适合用途的足够硬度、摩擦系数和热导率，以致不需要额外涂层。
实施例5-混合物
在再一实施例中，粒子包括上述材料的混合物。也就是说，为了配置相关实施方案的粒子的全部，粒子可以是两种或更多种上文提到的配置的混合物。
其它相关特征
根据相关实施方案，包括但不限于上述任何一种，粒子在以如图6中所示的面心立方阵列或六方最密堆积的最大堆积配置堆积时，具有小于或等于水密度的总密度(grossdensity)。要指出，在一些情况下，可在该桶的结构要求及其安全限度的界限内使用总密度更大的粒子，但这不是通常的选择。通常，粒子可个体略重于水或相关冷却剂。这一密度允许粒子在水(冷却剂)下倒入含有核材料的桶中并置换一些水(冷却剂)。当将桶密封，然后开孔以除去剩余水时，这些珠粒如图6中所示为密堆积形式以支承燃料或材料。在这种密堆积形式中，粒子优选总体比水(冷却剂)轻，以不向桶增加大于水(冷却剂)的重量。
通常，该粒子可以是硬质的(例如铬)，提供低摩擦和低变形性，具有在Rockwell C标度上通常大于65的硬度等级。但是，对于某些用途，更软的粒子、涂层或外部，如铅可能合意。但是一般而言，粒子可以，但不必总是，具有足够的结构完整性、尺寸和摩擦以在随机最大密度堆积时，总体抵抗在10g’s至40g’s之间的力的偏向和/或位移，并且确实，如果需要，至少一些粒子可变形地缓冲机械冲击-有时至少一些粒子可充分变形以缓冲超过10g’s，在一些情况下超过100g’s和在另一些情况下最多并包括60,000g’s的机械冲击，取决于冲击负载的持续时间。
通常，粒子包括球形和/或扁球形和/或椭球形并具有0.1mm至20mm的尺寸的粒子。在许多情况下，粒子完全或甚至基本不是金属。
如果需要，粒子可具有0.02至0.75的静摩擦系数，在一些情况下，添加剂粒子表现为非牛顿流体。
可以进行实施方案以将粒子配置为提供以下情况的任何组合：
1.结构支撑；
2.导热性以充分降低燃料棒温度以允许桶再淹没和重新打开桶以检查和管理(例如低于150℃和在另一些情况下低于150℃)；
3.提供核裂变停堆限度(shut-down margin)。
可以视需要根据特定实施方案选择结构支撑、导热性、核裂变停堆限度和完整性的选择和量或范围。
另外，如果需要，粒子可配置为长时间耐受高辐射水平(例如100年，更好地1000年，总吸收剂量为大约10Teragray(Tgy))并且
可以视需要根据特定实施方案调节硬度和强度和耐受辐射的持续时间的选择和量或范围。
通常，粒子不应如此重以致桶不可运输或超过它们的机械设计等级。粒子可足够小以流入燃料或核材料周围的空间并为燃料或核材料提供支撑，但不会小到和/或成型到使桶太重或使得取出粒子以检查桶内容物变得不切实际。粒子因此应该合理地为圆形-足够圆形以允许流入在桶中与燃料或核材料相邻的空间。
示例性地，作为一个教导实例，考虑珠粒为球形或椭球形，具有0.090″(2.286mm)的外径。粒子可富集硼-10同位素以实现良好的热中子吸收和耐热冲击性。这一直径的珠粒各自可配置为一个或多个气泡以使粒子密度为水密度的大约110％-个体仅略重于水，但在密堆积形式中考虑到等效体积，作为整体比水轻。气泡可填充或主要填充一种或多种惰性气体，例如氦气。粒子可具有可能200微米的金属如铬、钼或其组合的涂层，这促进导热性而不造成显著的热膨胀问题。示例性地，珠粒可以，但不是必须，如下。
外径:2.286mm
玻璃气泡:0.04909mm
玻璃厚度:0.89391mm
涂层，即铬厚度:0.2mm.
上述内容仅是示例性的并且可如在一个或另一实施方案中所需调节，以优化中子、热、结构和成本性能。确实，在另一实施方案中，在如下的表3中考虑30微米涂层：
表3
更通常，该添加剂可包括与热导体组合以使该组合具有水热导率的至少10％的热导率的具有大于包含19.7％硼-10的硼的中子吸收截面的任何非气态中子吸收剂，该组合物提供对机械冲击的缓冲。该添加剂可在100℃下机械、化学和原子稳定，例如多于100年。该添加剂可包含玻璃、金属、陶瓷、聚合物或聚集粒子，并且在一些实施方案中，添加剂表现为非牛顿流体，其提供对机械冲击的一定缓冲。在一些而非所有情况下，玻璃是配置为具有含有或主要含有惰性气体如氦气的内部气泡的硼硅玻璃。该添加剂可包含玻璃、金属、陶瓷、聚合物或聚集粒子，并且在一些实施方案中，一部分添加剂部分或完全变形，这提供对机械冲击的一定缓冲。在气泡配置中，玻璃珠粒可以，但不是必须具有0.05mm至20.0mm的外径、0.100mm至2.75mm的在气泡与气泡外径之间的壁厚度，和/或为球形并具有0.02至0.75的静摩擦系数。在一些而非所有情况下，玻璃珠粒可具有足够的结构完整性、尺寸和摩擦以在随机最大密度堆积时总体抵抗20gs的力的偏向和/或位移。
在一些实施方案中，玻璃珠粒可各自具有大于或等于水密度的密度，并且如果需要，玻璃珠粒在以面心立方阵列或六方最密堆积的最大堆积配置堆积时，具有小于水密度的密度。如果对该珠粒使用金属涂层，如铬和/或钼，该涂层可补充珠粒的热导率以使热导率为水热导率的至少10％。
示例性地如图7中，本文中公开的添加剂可用作桶9添加剂以包封核燃料桶中的核材料，如核废料、核燃料和乏核燃料。桶9可具有基座罩(pedestal shield)、基板、进气口、放射盾板(radial shield)、内壳、排气口、MPC、盖子和盾块(shield block)。可在初始燃料装载后在桶仍在燃料池中的同时在移除内盖的情况下将添加剂“倒入”桶中。此后，随后组装桶以含有添加剂和核燃料或核材料，由此制造含有添加剂的桶。
现在转向图8和图9，其是图8的继续，以图解指示装载的流程图。示例性地在步骤20开始，-确定珠粒设计尺寸、形状、组成、所需珠粒质量-在该方法的开始阶段，工程师或工程师团队或技术人员或技术人员团队根据相关实施方案确定用于要装载的桶的粒子的精确尺寸、组成和总质量。设计部分聚焦于粒子配置以优化装入的粒子群密度(groupdensity)和存量(inventory)。在步骤21-制造珠粒-通过上述视情况合适的方法制造如步骤20中规定的珠粒、粒子或桶添加剂。在步骤22-清洁、样品测试和记录/表征珠粒(粒子)-在制造后，清洁粒子以确保在粒子表面上没有可能污染内桶环境的痕量或夹杂元素。选择一部分粒子以供测试和表征以确保它们满足之前在步骤20中确定的制造规范并且这些粒子表现得如对贮存和运输所设计。记录这种测试和表征的结果以供进一步参考。在步骤23-将珠粒(粒子)包装到库存和配送容器中-将粒子包装到适合运输到桶装载地的容器中，即不在核反应堆的安全壳内。该容器可以是通常用于材料运输的标准工业容器、核贮存桶、废核贮存桶等。该容器应该提供合适的粒子保护以防止粒子在运输时被破坏或被污染。在一些粒子可能被先前的使用污染的再循环粒子的情况下，该容器可以是适合运输放射性材料的容器。
在步骤24-将珠粒库存容器运输到乏核燃料场-将含有粒子的容器运输到桶装载地。这通常是核电站，但可以是包装乏核燃料或核燃料或核废料以供贮存和/或运输的任何地点。在步骤25-现场接收珠粒库存容器并进行签收检查-当含有粒子的容器到达现场时，进行签收检查以确保运载货物和容器包括粒子的指定存量并且运载货物未被篡改，并且粒子未被破坏、被污染或以其它方式改变。在步骤26-记录库存容器中的粒子质量-记载运载货物中的粒子质量以供进一步参考。
在步骤27-将珠粒库存容器安置在乏燃料桶装载区附近的燃料池水位上方的平台(deck)上-将具有指定质量的珠粒或桶添加剂粒子的容器现场迁移到可操作地在乏燃料桶装载区附近的位置。这通常在乏燃料池水位上方的平台上，因此能与乏燃料装载设备，尤其是装入珠粒所需的设备互连。在另一情况下，该容器可被淹没并置于核燃料池中，其中粒子装载过程完全在水下发生。在步骤28-选择和使乏燃料装载桶准备接收乏燃料-根据如上所述用于制造粒子的设计规范选择适当的乏燃料桶或核燃料材料贮存桶。在步骤29-在桶区域中在燃料池中淹没和降下桶-淹没所选的桶并降下到核燃料池中并浸没到合适的工作液位，其能在持续为工人提供屏蔽和冷却燃料组件的同时将乏燃料组件放置到桶中。在步骤30-将所选燃料组件插入乏燃料桶和记录它们的位置-根据标准桶装载程序将目标乏燃料组件或目标核燃料材料装载到淹没的桶中。
在步骤31-准备珠粒施加软管和喷嘴-准备用于施加珠粒或桶添加剂粒子的合适软管和分配喷嘴以供使用。该软管可足够长以从粒子库存容器出口阀到达桶内部构件，从而将粒子放置到桶中。在步骤32-淹没珠粒施加软管和喷嘴并在水下将喷嘴端降到桶区域。-将软管和分配喷嘴置于池中并被水淹没，喷嘴在将粒子分散到桶中的深度处置于桶附近。这确保软管和喷嘴组件被池水填充以保持核辐射屏蔽和易于在池中控制施加软管和喷嘴。在步骤33-将珠粒施加软管连接到珠粒库存容器进料阀-将淹没的粒子施加软管的入口端从水中提起并连接到含有粒子库存的容器的出口或进料阀或控制装置。在步骤34-将珠粒库存传感器安装到桶中或周围-将传感器(其可包括摄像机)安置在桶中或附近以测量和监测珠粒或桶添加剂粒子的装载并有助于在装载过程中测定粒子的密度和最佳堆积。在步骤35-将珠粒施加喷嘴置于桶中的初始装填位置-将粒子施加喷嘴调动到桶开口以使珠粒离开喷嘴并借助重力或借助可能离开施加喷嘴的水流落到桶内部体积中。在步骤36-打开珠粒库存容器流量阀并建立进入桶的珠粒的合适流量。使用压力或重力将珠粒从珠粒库存容器移动到乏燃料桶-打开连接到分配软管和施加喷嘴的珠粒库存容器出口或进料阀，以允许受控流量的粒子库存流过分配软管并被施加喷嘴导入桶中。这种流可受重力驱动或用压力驱动的水流辅助，其中珠粒夹带在水中。
在步骤37-将珠粒库存施加喷嘴转向到桶内部的所有部分以建立均匀填充。-工人、机器人或自动化系统可操纵施加喷嘴以实现粒子的均匀分配、密度和最佳堆积到桶内部体积中。在步骤38-监测珠粒库存传感器和装入桶中的珠粒总质量-在粒子装载到桶中的过程中，检查先前为监测装载过程而安置的传感器以确保桶添加剂的装载如预期发生并且装入正确的库存量并以正确的密度和最佳堆积排列置于桶中。在步骤39-一旦装入总珠粒库存，关闭珠粒容器流量阀，从桶上移除珠粒施加软管和喷嘴。-在通过传感信息、操作人员的目视指示或操作分配软管和喷嘴的自动化设备的指示测定已将适当库存量的粒子装载到桶中后，关闭珠粒库存容器上的出口或进料阀以停止进入桶的粒子流。从桶区域移除分配软管和喷嘴并从粒子库存容器上拆除。
在步骤40-记录桶中的珠粒库存水平和珠粒库存质量。-记录装载到桶中的珠粒或桶添加剂粒子的库存量并与上文确定的规范比较。在步骤41-使用振动，振动珠粒，实现最佳填充系数(packing fraction)和确保珠粒迁移到桶内和乏核燃料组件内的所有区域。-使用振动器、桶的移动或桶的重新定向向桶中的粒子库存供能，以克服粒子间摩擦和粒子与结构的摩擦并实现珠粒或桶添加剂粒子的最佳填充系数和最佳密度。
在步骤42-关闭和密封桶-通过桶的常规程序关闭和密封含有要贮存的乏核燃料或核燃料材料以及珠粒或桶添加剂粒子的库存的桶。在步骤43-使用合适的起重机将带有珠粒的桶迁移到桶排水和干燥区-利用足以提起桶及其内容物的质量的合适起重机将桶迁移到排水和干燥区。
在步骤44-使用桶排水阀将桶排水-排出桶中在装载过程中获取的池水存量。
在步骤45-将干燥机软管连接到桶上。-为此将旨在干燥桶内部构件及其库存的设备连接到桶体上的接头。在步骤46-使用真空和/热加热气体，干燥桶内部构件以确保燃料和包壳在贮存寿命的过程中不会被水分腐蚀破坏。-干燥机向桶内部构件及其库存和粒子施加加热气体和/或真空以除去尽可能多的湿气和水蒸气。这确保燃料组件和燃料材料在桶贮存过程中不被腐蚀破坏。
在步骤47-监测从桶中除去的气体和水分的放射性痕迹以测定是否有任何泄漏或受损燃料。-操作人员、机器人或自动化设备监测干燥设备在干燥过程中的进程和监测反射性读数的任何提高，这可能暗示桶中包含的一个或多个核燃料结构的失效。在步骤48-完成干燥过程和移除干燥设备-完成干燥过程。在干燥结束时，从桶上拆除干燥设备，并关闭桶干燥阀。在步骤49-用惰性气体如氦气回填桶。-用氦气或其它惰性气体回填桶以进一步防止腐蚀和建立惰性环境。为此使用干燥阀或其它桶开口将气体注入桶。
在步骤50-密封桶并记录干燥和放射条件。-密封桶并记录粒子库存、湿度、气体含量和放射条件以供将来使用。在步骤51-将任何必要的外包装(over packaging)和任何必要的升降耳轴(lifting trunnion)添加到桶上。-根据桶设计，可在含有核材料和粒子库存的桶周围设置外包装(over pack)。此时也可添加升降耳轴。在步骤52-带有以最佳密度和填充系数施加的相关粒子库存的桶现在准备好运输。-包括粒子的桶贮存系统现在准备好运输或迁移到适当的贮存地点。
现在考虑图10，其是指示贮存过程的流程图的图示。在步骤60-确保含有核燃料材料和桶添加剂的贮存桶已适当装载和密封。-确保含有核燃料材料和桶添加剂的贮存桶已适当装载和密封。这可包括包括审查文件记录、桶的物理检查和置于桶中和周围的传感器的解调。在步骤61-将移动含有核燃料材料和桶添加剂的桶所需的合适运输工具，如轨道车、卡车、拖拉机或可移动平台定位在桶起重机可及的范围内。-将移动含有核燃料材料和桶添加剂的桶所需的合适运输工具，如轨道车、卡车、拖拉机或可移动平台定位在桶起重机可及的范围内。在步骤62-将升降吊索或合适的吊钩组件连接到起重机上或将其它升降结构连接到核燃料贮存桶升降耳轴上。-将升降吊索或合适的吊钩组件连接到起重机上或将其它升降结构连接到核燃料贮存桶升降耳轴上。在步骤63-使用起重机，将含有添加剂的桶迁移到运输工具上。-使用起重机，将含有核燃料材料和添加剂粒子的桶迁移到运输工具上。
在步骤64-使用运输工具，将含有核燃料材料和添加剂的桶迁移到桶贮存地点。-使用运输工具，将含有核燃料材料和添加剂粒子的桶迁移到桶贮存地点。在步骤65-将运输工具定位在正确的卸载地点。-将运输工具定位在正确的地点以卸载含有核燃料材料和添加剂粒子的桶。在步骤66-将合适的升降吊索连接到桶耳轴(tronnion)和合适的起重机或定位装置上。-将合适的升降吊索连接到桶耳轴和合适的起重机或含有核燃料材料和添加剂粒子的桶的定位装置上。在步骤67-将带有核燃料材料和添加剂的桶迁移到所需贮存地点上或中并固定桶。-将带有核燃料材料和添加剂粒子的桶迁移到所需贮存地点上或中并固定桶。在步骤68-如果使用内部传感器，确认正确传感器读数。-如果使用内部或其它传感器，确认如通过桶装载记录和规范确定的正确传感器读数。在步骤69-确认桶外壳适当连接到环境热阱(例如空气流、混凝土仓等)。-确认桶外壳适当连接到环境热阱(例如空气流、混凝土仓等)。这确保桶可在其贮存寿命中持续散热。在步骤70-记录桶位置和操作参数。-记录桶位置和操作参数。操作参数可包括在桶表面上的各种点的温度和如果使用传感器，任何内部传感器读数。在步骤71-现在释放带有核燃料材料和添加剂粒子的桶以供贮存。
接着转向图11，和图12，其是图11的继续，一起提供指示卸载的流程图的图示。在步骤80-将带有核燃料材料和桶添加剂珠粒的桶移动到前一过程中的水池桶装载/卸载区。-将带有核燃料材料和桶添加剂珠粒的桶移动到如上所述的水池桶装载/卸载区。在步骤81-检查桶是否损坏，清洁并记录任何传感信息。测量桶外表面温度以确认其在规范内。-检查桶是否损坏，清洁并记录任何传感信息。测量桶外表面温度以确认其在规范内。可以使用超声之类的仪器将桶内容物成像以测定核燃料材料条件、添加剂粒子条件、桶内的核燃料材料位置和/或添加剂粒子密度或填充系数。在步骤82-移除任何桶外包装或外套-从局部区域移除和迁移任何外包装套。这有助于桶卸载。
在步骤83-将合适的升降吊索或缆绳连接到桶和池区起重机上。-将合适的升降吊索或缆绳连接到桶和池区起重机上以提起和迁移含有核燃料材料和添加剂粒子的桶。在步骤84-连接用池水回填桶并排出或回收桶惰性气体(例如氦气)的设备。-连接连接用池水回填桶并排出或回收桶惰性气体库存(例如氦气)所需的设备。这可包括插入监测传感器如温度探针。在步骤85-开始用来自池的水填充桶并排出惰性气体。使用插入的传感器监测内部燃料温度和监测注入水的沸腾。-开始用来自池的水填充桶并排出或收集内部置换气体。使用插入的传感器监测内部燃料温度和监测注入水的沸腾。确保温度和沸腾率(boilingrate)(如果有的话)在规范内。在步骤86-使用附带注入系统将桶装满来自池的水。监测除去的惰性气体中夹带的放射性核素。-使用附带注入系统继续将桶装满来自池的水。监测除去的置换惰性气体中夹带的放射性核素以测定燃料损坏的可能性。
在步骤87-拆除桶填充系统和关闭填充/排气阀。-拆除桶填充系统和关闭填充/排气阀。桶现在应该装满水。
在步骤88-使用先前连接的起重机系统，提起桶并将其降下到核燃料池中的装载/卸载基座中。-使用先前连接的起重机系统，提起含有核燃料材料和添加剂粒子的桶并将其降下到核燃料池中的装载/卸载基座中。在步骤89-将桶添加剂/珠粒库存回收容器定位在池边缘的合适位置或合适的水下位置。-将桶添加剂粒子库存回收容器定位在池边缘的合适位置或合适的水下位置。
在步骤90-连接合适的水下真空系统，如Tri-Nuclear系统，以使该系统的出口分离回收的珠粒并将它们装载到库存回收容器中。-连接合适的水下真空系统，如Tri-Nuclear系统并配置以使该系统的出口分离通过真空处理回收的粒子并将它们装载到库存回收容器中。或者，可以安装可用于回收粒子的机械操作系统。
在步骤91-移除桶盖并使桶内部构件暴露于燃料操作器(fuel handler)/操作人员。-移除桶盖并使桶内部构件暴露于燃料操作器或操作人员。
在步骤92-使用连接到Tri-Nuclear真空系统的入口和具有至少2x珠粒直径的有效开口的合适真空喷嘴上的合适软管，开始真空抽出桶添加剂珠粒。-使用连接到(例如)Tri-Nuclear真空系统的入口和具有至少2x粒子直径的有效开口的合适真空喷嘴上的合适软管，开始真空抽出粒子。或者，可以使用机械操作系统回收粒子。在步骤93-继续真空抽出桶添加剂珠粒以完全除去桶添加剂到原始库存的几％内。安置在桶中的摄像机有助于这一过程。注意到在真空抽出珠粒时桶添加剂库存可能到处移动。-继续真空抽出桶添加剂珠粒以完全除去桶添加剂到原始库存的几％内。安置在桶中的摄像机有助于这一过程。注意到在真空抽出珠粒时桶添加剂库存可能到处移动。在步骤94-现在可使用标准方法从桶中移出燃料。-现在可使用标准方法从桶中移出该桶中所含的核燃料、核废料和/或其它核材料。
在步骤95-从桶添加剂库存容器上拆除真空系统并固定(secure)库存。-桶添加剂粒子库存容器上拆除真空系统并固定粒子库存。在步骤96-将桶添加剂库存容器安置在合适的位置以进一步检查和清洁回收的桶添加剂以供将来再使用。-将桶添加剂粒子库存容器安置在合适的位置以进一步检查和清洁回收的桶添加剂以供将来再使用。检查可包括传感器、视觉检查和取样。
在本文中的任一实施方案中，提供一种方法，其包括以下步骤：改变包括组合成具有至少0.9982g/mL和最多2.0g/ml的密度的粒子的中子吸收剂和热导体的组合物的密度，所述吸收剂具有大于或等于包含至少19.7％硼-10同位素的硼的中子吸收截面，所述热导体具有在海平面处在100℃的冷却剂热导率的至少10％的热导率，所述改变与在不位于核反应堆安全壳中的桶中的核燃料或核废料相关进行，所述桶是核燃料桶或乏核燃料桶，所述改变通过由至少一个下列子步骤再布置所述组合物进行：
(A)运行连接到储器的中空导管以将至少一些粒子从储器移动到桶中，和/或
(B)通过实施从粒子的静摩擦系数到粒子的动摩擦系数的改变，改变粒子的密堆积形式，由此将桶内的粒子再分配成改变的密堆积形式，和/或
(C)将至少一些粒子从桶移动到储器中。
在本文中的任一实施方案中，进行所述组合物的密度的改变，其中所述组合物包含包括金属、玻璃和惰性气体的复合材料。
在本文中的任一实施方案中，进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子是分层的，具有至少一个氦气气泡、铬和/或钼的外层和在所述至少一个气泡与外层之间的硼硅玻璃。
在本文中的任一实施方案中，进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子是分层的，具有至少一个氦气气泡、铬和/或钼的外层和在所述至少一个气泡与外层之间的含有中子吸收剂的陶瓷。
在本文中的任一实施方案中，进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子包括聚集体，具有至少一个氦气气泡、铬和/或钼的外层和在所述至少一个气泡与外层之间的硼硅玻璃和/或含有中子吸收剂的陶瓷。
在本文中的任一实施方案中，进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子在以面心立方阵列或六方最密堆积的最大堆积配置堆积时具有小于或等于水密度的总密度。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中所述粒子包括具有0.02至0.75的静摩擦系数的粒子。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中添加剂表现为非牛顿流体。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中所述粒子具有足够的结构完整性、尺寸和摩擦以在随机最大密度堆积时总体抵抗10g’s至40g’s的力的偏向和/或位移。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中至少一些粒子可变形地提供对机械冲击的缓冲。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中至少一些粒子提供对超过10g’s的机械冲击的可变形缓冲。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中所述粒子包括球形和/或扁球形和/或椭球形并具有0.1mm至20mm的尺寸的粒子。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中所述中子吸收截面由包含至少19.7％硼-10同位素的硼提供。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中所述粒子由至少一种废物料流或再循环产物制成。
在本文中的任一实施方案中，进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子包括至少主要填充氦气的气泡。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中至少一些粒子具有0.10mm至15mm的在所述至少一个气泡与粒子外径之间的壁厚度。
在本文中的任一实施方案中，进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子包括多于一个气泡，至少一个气泡填充或主要填充氦气。
在本文中的任一实施方案中，进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子包括气泡的泡沫，至少一些气泡填充或主要填充氦气。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中所述粒子包含硼硅玻璃。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中所述热导体包含在粒子上的金属涂层。
在本文中的任一实施方案中，进行所述方法，其中所述金属涂层包含铬和/或钼。
在任一实施方案中，可用运行连接到储器的中空导管以将至少一些粒子从储器移动到桶中的子步骤，即装载过程进行所述方法。
在本文中的任一实施方案中，用包括装载过程的方法进行所述方法，其包括运行连接到储器的中空导管以将至少一些粒子从储器移动到桶中的子步骤。
在包括装载过程的任一实施方案中，用改变密堆积形式的子步骤进行所述装载过程。
在包括装载过程的任一实施方案中，通过对粒子、对桶或对两者施加机械能、声能和水力能的至少一种进行所述改变以进行所述装载过程。
在包括装载过程的任一实施方案中，进行所述装载过程，其中至少部分通过对粒子施加能量或压力而从储器或经导管移动粒子。
在包括装载过程的任一实施方案中，进行所述装载过程，其中主要通过重力从储器或经导管移动粒子。
在包括装载过程的任一实施方案中，进行所述装载过程，其中通过将粒子分配到核燃料或核废料周围的空间中再布置粒子，在一些而非所有情况下使得少于1％的粒子不受到破坏或其形状相对于所述分配前的改变。
在包括装载过程的任一实施方案中，进行所述装载过程，其包括将至少一个传感器安置在桶内，所述传感器适合检测桶内的条件。
在包括装载过程的任一实施方案中，进行所述装载过程，其中所述条件是温度、压力和放射性之一。
在包括装载过程的任一实施方案中，进行所述装载过程，其中在关闭桶以将核燃料或核废料和所述粒子密封在其内后，所述传感器指示打开桶以矫正所述条件的警报。
在包括装载过程的任一实施方案中，通过在运行连接到储器的中空导管以将粒子从储器移动到桶中的子步骤之前清洁粒子来进行所述装载过程。
在包括装载过程的任一实施方案中，进行所述装载过程，其中在关闭桶以将核燃料或核废料和所述粒子密封在其内后，从桶中除去冷却剂和此后用惰性气体回填所述桶。
在包括装载过程的任一实施方案中，进行所述装载过程，其中用氦气作为惰性气体进行回填。
在本文中的任一实施方案中，所述方法还包括改变粒子的密堆积形式的子步骤。
在本文中的任一实施方案中，所述方法还包括改变粒子的密堆积形式的子步骤。
在任一实施方案中，所述方法包括通过实施从粒子的静摩擦系数到粒子的动摩擦系数的改变而改变粒子的密堆积形式，由此将桶内的粒子再分配成改变的密堆积形式。
在任一实施方案中，其中所述方法包括通过对粒子、对桶或对两者施加机械能、声能和水力能的至少一种进行所述改变。
在任一实施方案中，其中所述方法包括改变子步骤，在关闭桶以将核燃料或核废料和所述粒子密封在其内后进行所述改变。
在任一实施方案中，其中所述方法包括改变子步骤，在关闭桶以将核燃料或核废料和所述粒子密封在其内后进行所述改变。
在任一实施方案中，其中所述方法包括改变子步骤，通过在迁移桶和/或改变桶的位置的同时振动桶来进行所述改变。
在任一实施方案中，其中所述方法包括改变子步骤，通过从核池(nuclear pool)迁移桶而进行迁移桶和/或改变桶的位置。
在任一实施方案中，其中所述方法包括改变子步骤，通过将桶迁移到核燃料贮存或临时处理设施而进行迁移桶和/或改变桶的位置。
在任一实施方案中，其中所述方法包括改变子步骤，通过在经公路、轨道、空中、海运工具或它们的任何组合运输桶的同时振动桶来进行所述改变。
在任一实施方案中，其中所述方法包括改变子步骤，在由粒子支撑的核燃料或废料的桶干式贮存过程中进行所述改变。
在任一实施方案中，所述方法包括将至少一些粒子从桶移动到储器中的子步骤。
在所述方法包括移出子步骤的任一实施方案中，用包括将至少一些粒子从桶移动到储器中的子步骤的方法进行所述方法。
在所述方法包括移出子步骤的任一实施方案中，在用冷却剂淹没桶之后和在打开桶之后和在移出核燃料或核废料之前进行中空导管的运行以将粒子从桶移动到储器中。
在所述方法包括所述运行的任一实施方案中，通过经真空软管或通道或机械地从桶移出至少一些粒子进行中空导管的运行以将粒子从桶移动到储器中。
在所述方法包括所述运行的任一实施方案中，进行中空导管的运行以将粒子从桶移动到储器中以使少于1％的粒子不受到破坏或其形状相对于所述分配前的改变。
在所述方法包括移出子步骤的任一实施方案中，所述方法可进一步包括过滤以将粒子与冷却剂分离；然后清洁或修整粒子；然后将一些粒子再循环到另一桶以能够贮存其它核燃料或废料。
实际上可用任一子步骤、任何两个子步骤或任何三个子步骤进行所述方法。
可以作为使用核燃料桶添加剂的方法进行任一实施方案，所述方法包括毗邻冷却剂和在核燃料或核废料与核燃料桶之间再布置至少一些核燃料桶添加剂，所述添加剂包含与热导体组合的具有大于包含21％硼-10的硼的中子吸收截面的非气态中子吸收剂以使所述组合具有水热导率的至少10％的热导率，所述组合在100℃下机械、化学和原子稳定多于100年的同时提供对机械冲击的缓冲。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以通过在核燃料或核废料与核燃料桶之间加入更多核燃料桶添加剂来进行所述再布置。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以使所述核燃料桶添加剂包含玻璃珠粒；所述核燃料或废料是核燃料；和在加入玻璃珠粒前的时刻，清洁珠粒的玻璃。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以使所述核燃料桶添加剂的添加包括：经软管或通道将玻璃珠粒传送到核燃料桶以促进玻璃珠粒分配到核燃料周围的空间，和调节所述传送以使玻璃珠粒不受到破坏或超过已获取的玻璃珠粒的0.05％的其形状的改变。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以向珠粒添加能量或压力以在核燃料桶内将珠粒再布置成更密堆积形式。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以通过至少一个传感器监测添加到核燃料桶中的核燃料桶添加剂的料位或量。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以通过从核池迁移含有核燃料桶添加剂和核燃料或核废料的核燃料桶而进行所述再布置。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案以包括将含有核燃料桶添加剂和核燃料或废料的核燃料桶贮存在核燃料贮存或临时处理设施处。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以使所述贮存包含干桶贮存。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案以进一步包括：在贮存后的时刻，打开核燃料桶，然后用冷却剂淹没核燃料桶和核燃料或核废料；然后取出至少一些核燃料桶添加剂；然后移出核燃料或废料。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案以进一步包括：经公路、轨道、空中、海运工具或它们的任何组合运输含有核燃料桶添加剂和核燃料或核废料的核燃料桶，然后将含有核燃料桶添加剂和核燃料的核燃料桶贮存在核燃料贮存或临时处理(staging)设施处。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以通过从核燃料桶中移出至少一些核燃料桶添加剂而进行所述再布置。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以使所述冷却剂包含水且所述再布置进一步包括：在已密封核燃料桶以含有核燃料桶添加剂和核燃料或核废料后的时刻，将核燃料桶开孔(venting)；和从核燃料桶中除去足够的水以实现由所述添加剂支撑的核燃料或核废料的干式贮存。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案以包括，在除去水后，用氦气回填核燃料桶。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，其中所述冷却剂包含水，其进一步包括：在干式贮存之后但在至少一些核燃料桶添加剂的所述移出之前的时刻，打开核燃料桶，和用水淹没核燃料桶和核燃料或核废料；然后与水一起进行至少一些核燃料桶添加剂的所述移出。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案，以使移出所述至少一些核燃料桶添加剂包括：通过经真空软管或通道或机械地从核燃料桶获取玻璃珠粒而促进从核燃料或废料周围的空间移出玻璃珠粒，和调节所述促进的移出以使玻璃珠粒不受到破坏或超过已获取的珠粒的0.05％的其形状的改变。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案以进一步包括：过滤以将核燃料桶添加剂与水分离；和然后提纯玻璃珠粒；然后将一些玻璃珠粒再循环到毗邻冷却剂和在核燃料或核废料与核燃料桶之间的至少一些核燃料桶添加剂的另一再布置。
可以进行涉及使用核燃料桶添加剂的任一实施方案以包括从核燃料桶中移出核燃料或废料或重新密封桶以含有核燃料或废料。
重要的是认识到，已作为全面教导而非作为窄指示或声明做出本公开。在本说明书通篇提到“一个实施方案”、“一实施方案”或“一个具体实施方案”是指联系该实施方案描述的特定要素、结构或特征包括在至少一个实施方案中而不一定在所有实施方案中。因此，短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”或“在一个具体实施方案中”在本说明书通篇各处的出现不一定是指同一实施方案。此外，任一具体实施方案的特定要素、结构或特征可以以任何合适的方式与一个或多个其它实施方案组合。要理解的是，本文中描述和例示的实施方案的其它变动和修改根据本文中的教导是有可能的并且应被视为本主题的精神和范围的一部分。
还要认识到，附图中描绘的一个或多个元素也可以更独立或集成的方式实施，或甚至在某些情况下移除或不可执行，视乎根据特定用途有益。另外，除非另行指明，附图中的任何信号箭头仅被视为示例性而非限制性的。此外，除非另行指明，本文所用的术语“或”通常意在表示“和/或”。如果预见到术语使得分离或组合的能力不明，也被认为指明组件或步骤的组合。
除非上下文清楚地另行规定，本说明书和下列权利要求书通篇使用的“一”和“该”包括复数对象。除非上下文清楚地另行规定，本说明书和下列权利要求书通篇使用的“在…中”的含义也包括“在…中”和“在…上”。
所示实施方案的上述描述，包括在摘要和公开和工业适用性中描述的那些，无意穷举或将主题限于本文中公开的确切形式。尽管在本文中仅为举例说明描述了主题的具体实施方案和实施例，但如相关领域的技术人员会认识到，在本主题的精神和范围内有可能做出各种等效修改。如所示，可根据所示实施方案的上述说明书做出这些修改并且应该包括在本文中公开的主题的真实精神和范围内。
Claims (65)
1.一种方法，其包括以下步骤：
改变包括组合成具有至少0.9982g/mL和最多2.0g/ml的密度的粒子的中子吸收剂和热导体的组合物的密度，所述吸收剂具有大于或等于包含至少19.7％硼-10同位素的硼的中子吸收截面，所述热导体具有在海平面处在100℃的冷却剂的热导率的至少10％的热导率，所述改变与在不位于核反应堆安全壳中的桶中的核燃料或核废料相关进行，所述桶是核燃料桶或乏核燃料桶，所述改变通过由至少一个下列子步骤再布置所述组合物进行：
(A)运行连接到储器的中空导管以将至少一些粒子从储器移动到桶中，和/或
(B)通过实施从粒子的静摩擦系数到粒子的动摩擦系数的改变，改变粒子的密堆积形式，由此将桶内的粒子再分配成改变的密堆积形式，和/或
(C)将至少一些粒子从桶移动到储器中。
2.权利要求1的方法，其中进行所述组合物的密度的改变，其中所述组合物包含包括金属、玻璃和惰性气体的复合材料。
3.权利要求2的方法，其中进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子是分层的，具有至少一个氦气气泡、铬和/或钼的外层和在所述至少一个气泡与外层之间的硼硅玻璃。
4.权利要求2的方法，其中进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子是分层的，具有至少一个氦气气泡、铬和/或钼的外层和在所述至少一个气泡与外层之间的含有中子吸收剂的陶瓷。
5.权利要求2的方法，其中进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子包括聚集体，具有至少一个氦气气泡、铬和/或钼的外层和在所述至少一个气泡与外层之间的硼硅玻璃和/或含有中子吸收剂的陶瓷。
6.权利要求1-5任一项的方法，其中进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子在以面心立方阵列或六方最密堆积的最大堆积配置堆积时具有小于或等于水密度的总密度。
7.权利要求6的方法，其中所述粒子包括具有0.02至0.75的静摩擦系数的粒子。
8.权利要求7的方法，其中所述添加剂表现为非牛顿流体。
9.权利要求8的方法，其中所述粒子具有足够的结构完整性、尺寸和摩擦以在随机最大密度堆积时，总体抵抗10g’s至40g’s的力的偏向和/或位移。
10.权利要求9的方法，其中至少一些粒子可变形地提供对机械冲击的缓冲。
11.权利要求10的方法，其中至少一些粒子提供对超过10g’s的机械冲击的可变形缓冲。
12.权利要求11的方法，其中所述粒子包括球形和/或扁球形和/或椭球形并具有0.1mm至20mm的尺寸的粒子。
13.权利要求1-12任一项的方法，其中所述中子吸收截面由包含至少19.7％硼-10同位素的硼提供。
14.权利要求13的方法，其中所述粒子由至少一种废物料流或再循环产物制成。
15.权利要求1的方法，其中进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子包括至少主要填充氦气的气泡。
16.权利要求15的方法，其中至少一些粒子具有0.10mm至15mm的在所述至少一个气泡与粒子外径之间的壁厚度。
17.权利要求1的方法，其中进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子包括多于一个气泡，至少一个所述气泡主要填充氦气。
18.权利要求1的方法，其中进行所述组合物的密度的改变，其中所述粒子包括气泡的泡沫，至少一些气泡主要填充氦气。
19.权利要求15-18任一项的方法，其中所述粒子包含硼硅玻璃。
20.权利要求19的方法，其中所述热导体包含在粒子上的金属涂层。
21.权利要求20的方法，其中所述金属涂层包含铬和/或钼。
22.权利要求1-21任一项的方法，其中所述方法包括运行连接到储器的中空导管以将至少一些粒子从储器移动到桶中的子步骤。
23.权利要求22的方法，其进一步包括改变密堆积形式的子步骤。
24.权利要求23的方法，其中通过对粒子、对桶或对两者施加机械能、声能和水力能的至少一种进行所述改变。
25.权利要求22的方法，其中至少部分通过对粒子施加能量或压力而从储器或经导管移动粒子。
26.权利要求22的方法，其中主要通过重力从储器或经导管移动粒子。
27.权利要求22的方法，其中通过将粒子分配到核燃料或核废料周围的空间中再布置粒子以使少于1％的粒子不受到破坏或其形状相对于所述分配前的改变。
28.权利要求22的方法，其进一步包括将至少一个传感器安置在桶内，所述传感器适合检测桶内的条件。
29.权利要求28的方法，其中所述条件是温度、压力和放射性之一，并进一步包括在关闭桶以将核燃料或核废料和所述粒子密封在其内后，所述传感器指示打开桶以矫正所述条件的警报。
30.权利要求29的方法，其进一步包括在运行连接到储器的中空导管以将粒子从储器移动到桶中的子步骤之前清洁粒子。
31.权利要求29的方法，其进一步包括在关闭桶以将核燃料或核废料和所述粒子密封在其内后，从桶中除去冷却剂和此后用惰性气体回填所述桶。
32.权利要求31的方法，其中用氦气作为惰性气体进行回填。
33.权利要求1-21任一项的方法，其中所述方法包括改变粒子的密堆积形式的子步骤。
34.权利要求33的方法，其中通过对粒子、对桶或对两者施加机械能、声能和水力能的至少一种进行所述改变。
35.权利要求33的方法，其中在关闭桶以将核燃料或核废料和所述粒子密封在其内后进行所述改变。
36.权利要求34的方法，其中在关闭桶以将核燃料或核废料和所述粒子密封在其内后进行所述改变。
37.权利要求33的方法，其中通过在迁移桶和/或改变桶的位置的同时振动桶进行所述改变。
38.权利要求37的方法，其中通过从核池迁移桶而进行迁移桶和/或改变桶的位置。
39.权利要求37的方法，其中通过将桶迁移到核燃料贮存或临时处理设施而进行迁移桶和/或改变桶的位置。
40.权利要求37的方法，其中通过在经公路、轨道、空中、海运工具或它们的任何组合运输桶的同时振动桶来进行所述改变。
41.权利要求33的方法，其中在由粒子支撑的核燃料或废料的桶干式贮存过程中进行所述改变。
42.权利要求1-21任一项的方法，其中所述方法包括将至少一些粒子从桶移动到储器中的子步骤。
43.权利要求42的方法，其中在用冷却剂淹没桶之后和在打开桶之后和在移出核燃料或核废料之前进行运行中空导管以将粒子从桶移动到储器中的子步骤。
44.权利要求42的方法，其中通过经真空软管或通道或机械地从桶移出至少一些粒子进行中空导管的运行以将粒子从桶移动到储器中。
45.权利要求42的方法，其中进行中空导管的运行以将粒子从桶移动到储器中以使少于1％的粒子不受到破坏或其形状相对于所述分配前的改变。
46.权利要求42的方法，其进一步包括过滤以将粒子与冷却剂分离；然后清洁或修整粒子；然后将一些粒子再循环到另一桶以能够贮存其它核燃料或废料。
47.权利要求1-21任一项的方法，其中所述方法包括多于一个所述子步骤。
48.一种使用核燃料桶添加剂的方法，所述方法包括：
毗邻冷却剂和在核燃料或核废料与核燃料桶之间再布置至少一些核燃料桶添加剂，所述添加剂包含与热导体组合以使所述组合具有水热导率的至少10％的热导率的具有大于包含21％硼-10的硼的中子吸收截面的非气态中子吸收剂，所述组合在100℃下机械、化学和原子稳定多于100年的同时提供对机械冲击的缓冲。
49.权利要求48的方法，其中通过在核燃料或核废料与核燃料桶之间加入更多核燃料桶添加剂来进行所述再布置。
50.权利要求49的方法，其中：
所述核燃料桶添加剂包含玻璃珠粒；
所述核燃料或废料是核燃料；和
在加入玻璃珠粒前的时刻，清洁玻璃珠粒。
51.权利要求50的方法，其中所述核燃料桶添加剂的添加包括：
经软管或通道将玻璃珠粒传送到核燃料桶以促进玻璃珠粒分配到核燃料周围的空间，和
调节所述传送以使玻璃珠粒不受到破坏或超过已获取的玻璃珠粒的0.05％的其形状的改变。
52.权利要求51的方法，其中向珠粒添加能量或压力以在核燃料桶内将珠粒再布置成更密堆积形式。
53.权利要求51的方法，其中通过至少一个传感器监测添加到核燃料桶中的核燃料桶添加剂的料位或量。
54.权利要求48的方法，其中通过从核池迁移含有核燃料桶添加剂和核燃料或核废料的核燃料桶而进行所述再布置。
55.权利要求54的方法，其进一步包括将含有核燃料桶添加剂和核燃料或废料的核燃料桶贮存在核燃料贮存或临时处理设施处。
56.权利要求55的方法，其中所述贮存包含干桶贮存。
57.权利要求56的方法，其进一步包括：
在贮存后的时刻，打开核燃料桶，然后
用冷却剂淹没核燃料桶和核燃料或核废料；和然后
取出至少一些核燃料桶添加剂；和然后
移出核燃料或废料。
58.权利要求54的方法，其进一步包括：
经公路、轨道、空中、海运工具或它们的任何组合运输含有核燃料桶添加剂和核燃料或核废料的核燃料桶，和然后
将含有核燃料桶添加剂和核燃料的核燃料桶贮存在核燃料贮存或临时处理设施处。
59.权利要求48的方法，其中通过从核燃料桶中移出至少一些核燃料桶添加剂而进行所述再布置。
60.权利要求60的方法，其中所述冷却剂包含水且所述再布置进一步包括：
在已密封核燃料桶以含有核燃料桶添加剂和核燃料或核废料后的时刻，将核燃料桶开孔；和
从核燃料桶中除去足够的水以实现由所述添加剂支撑的核燃料或核废料的干式贮存。
61.权利要求61的方法，其进一步包括在除去水后，用氦气回填核燃料桶。
62.权利要求61的方法，其中所述冷却剂包含水，其进一步包括：在干式贮存之后但在至少一些核燃料桶添加剂的所述移出之前的时刻，打开核燃料桶，和用水淹没核燃料桶和核燃料或核废料；和然后与水一起进行至少一些核燃料桶添加剂的所述移出。
63.权利要求63的方法，其中移出所述至少一些核燃料桶添加剂包括：
通过经真空软管或通道或机械地从核燃料桶获取玻璃珠粒而促进从核燃料或废料周围的空间移出玻璃珠粒，和
调节所述促进的移出以使玻璃珠粒不受到破坏或超过已获取的珠粒的0.05％的其形状的改变。
64.权利要求64的方法，其进一步包括：
过滤以将核燃料桶添加剂与水分离；和然后
提纯玻璃珠粒；和然后
将一些玻璃珠粒再循环到毗邻冷却剂和在核燃料或核废料与核燃料桶之间的至少一些核燃料桶添加剂的另一再布置。
65.权利要求64的方法，其进一步包括从核燃料桶中移出核燃料或废料或重新密封桶以含有核燃料或废料。
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