CN1117322A - 输送与贮存废核燃料用的容器 - Google Patents

Abstract

一种输送及贮存核燃料棒组件用的输送及贮存组件，它包括为破损或未损核燃料棒组件设计的不同筐状件。筐状组件插在一包括外壳及盖的小罐中。筐状组件包括一批间隔的带孔板，板上的孔沿轴向对齐。破损核燃料棒组件所用筐状组件具有带有一排泄通道的容器，未损核燃料棒组件所用筐状组件有一批导筒组件，导筒组件由构件及包括中子中毒材料的层件构成。容器及导筒组件均用于装放核燃料棒组件。

Description

输送与贮存废核燃料用的容器

本发明一般涉及到贮存与输送废核燃料用的容器，具体地说，涉及到穿越公众能到达地区输送废核燃料用的容器。

在一核反应堆中，裂变材料逐渐变为废燃料而必须取出。由于废核燃料中含有裂变副产品，这些裂变副产品具有高辐射性，并会产生大量的热，所以，废核燃料通常暂时贮存在反应堆的废核燃料池中。废核燃料池为一水池，其中水的容量足以防止有害辐射的逸出，并能吸收和耗散裂变材料裂变所产生的热量。另外，也可将废核燃料暂时贮存在一热室中，即一严密屏蔽的结构中，该结构能够防止有害辐射的逸出，同时，还能够吸收和耗散由废核燃料产生的热量。

通常，核反应堆的废核燃料池或是其热室的贮存空间是有限的。因此，必须将废核燃料转移到一贮存地，以便为另外的废核燃料腾出位置。有时希望将核反应堆关闭，并取出所有裂变材料，在这种情况下，必须将所有的裂变材料都取出，并放到贮存地。

在废核燃料的输送中存在两个主要问题。最难的问题是包括有破损废核燃料棒装置的废核燃料的运输。核燃料一般是由插入一空心棒中的大批小芯块构成的。有时棒受到损坏，使一些核燃料芯块逸出。这些损坏的棒称为破损核燃料棒。此外，在核燃料的核反应中，有时芯块会分裂为砂子大小的颗粒，这些颗粒能够轻易地从破损核燃料棒中逸出。核燃料本身排列成包括有几个核燃料棒的组件。因此。包括有一个破损核燃料棒的核燃料棒组件称为破损核燃料棒组件。

输送与贮存废核燃料的一个重要问题在于避免出现临界状态。通过仔细地排列废核燃料棒组件，使每个装置之间的距离最小，因而使出现在临界点的中子增殖不可能发生，这样就能达到避免临界状态的目的。但是，对于破损的核燃料棒组件，裂变材料则能够从破损的棒中逸出，并有可能在其它裂变材料附近聚集，而产生临界状态。

一种尝试解决上述问题的办法是简单地将破损核燃料棒组件无限地贮存在核反应堆的废核燃料池或热室中。但是，无限贮存破损核燃料棒装置的问题在于核反应堆的废核燃料池或热室中的贮存空间是有限的。并且，有时还希望完全关闭核反应堆，并将所有的裂变材料，包括装有破损核燃料棒组件的裂变材料取出。

另一种尝试的解决办法是采用为未损核燃料棒组件设计的核燃料输送用的容器输送破损核燃料棒组件。但是，上述尝试的解决办法要求在每个容器中，较之同一容器所能输送的未损燃料棒组件的数目，只运输很少的破损核燃料棒组件，使得即使有一些裂变材料从破损核燃料棒中逸出，并聚集在容器中的其它裂变材料附近的情况下，整个容器中也不会有足够的裂变材料来形成带有巨大危险性的临界状态。但是，上述解决办法的问题在于它浪费了资源，因为，相对于同一容器能输送的未损核燃料棒组件的数目，每个容器只能输送很少的破损核燃料棒组件。

另外还尝试过的一种解决办法是采用为输送碎块裂变材料而设计的核燃料输送容器，来输送破损核燃料棒组件。也就是说，裂变材料本身不一定是棒状的，而可以是小颗粒状的。因此，要将破损核燃料棒捣碎成碎块，并放在容器中。但是，这种解决问题的办法主要由于以下三个原因而致效率较低。即，首先要把破损核燃料棒捣碎。其次，上述容器仅能输送较少的破损核燃料棒组件。最后，上述输送容器仅为输送而设计，不能用于贮存。因此，一旦裂变材料输送到另一地点之后，容器就必须在一核燃料池或热室内卸下，并要经其它安排才能贮存裂变材料。

本发明解决了上述问题，并在废核燃料池或热室之外还提供了一种设备用来输送和在贮存地贮存破损核燃料棒组件。

其它运输废核燃料的问题是，即使对于输送未损核燃料棒组件用的容器，美国法律也有严格的安全要求。相关的法律对于穿越公众能到达地区输送废核燃料的要求，较之对于穿越公众无法到达地区的要求更为严格。

当前技术水平的穿越公众能到达地区输送废核燃料用的容器是具有一些独立小室的屏蔽罐。核燃料棒组件在废燃料池中或热室中装入屏蔽罐的独立小室中。在每个屏蔽罐内设独立小室的目的是保证相邻核燃料棒组件之间具有足够的间隙，以避免产生临界状态的危险。核燃料棒组件在废核燃料池或热室中装入屏蔽罐。到达贮存地点之后，必须在废燃料池或热室中从屏蔽罐中取出核燃料棒组件，并贮存起来。

比较起来，当前技术水平的穿越公众无法到达地区输送废核燃料用的容器一般是一密封的小罐，该小罐放在屏蔽罐内。核燃料棒组件在废核燃料池中或热室中装入小罐的独立小室中。然后将小罐密封并放入一屏蔽罐中。当屏蔽罐/小罐组件到达贮存地后，将小罐从屏蔽罐中取出并贮存起来，上述屏蔽罐则可以再次使用，因此上述过程的效率较高。

但是，由于上述屏蔽罐/小罐方法不符合美国法律的有关要求，所以它不能用于穿越公众能到达地区输送废核燃料。因此，需要有一项发明能用于破损核燃料棒组件的输送及贮存，以及穿越公众能到达地区输送及贮存废核燃料的屏蔽罐/小罐上。本发明提供了一种解决办法，其中采用了一种屏蔽罐/小罐组件，该组件也可用于现有的屏蔽罐，从而使穿越公共通路输送废核燃料及贮存废核燃料的效率大大地提高了。

本发明在第一方面涉及到装放结构受损的核燃料组件的一种容器，该容器也用于核燃料组件后来的存贮及输送。上述核燃料组件中包括裂变材料，并且该组件是在核燃料池内装放主容器中的。上述容器包括一个形成了包壳的细长的容纳装置。该容纳装置包括用于接收结构受损的核燃料组件的一个开口端。与上述开口端相匹配的有一罩，该罩可将容纳装置的开口端关闭。另外，上述容器中界定有一排泄通道，使液体能从容纳装置内部排泄到其外部。此外，排泄通道还包括一限制器，以防止裂变材料通过排泄通道流出。上述容器还包括一外部突起，以装放用于操纵容器的核燃料操纵工具。

本发明在另一方面涉及到装放结构受损的核燃料组件的一种小罐，该小罐还用于核燃料组件后来的贮存及输送。核燃料组件中包括裂变材料，且该组件是在核燃料池内装放到小罐中的。上述小罐包括一筐状组件，此组件具有一批带孔板以及互连带孔板的构件。

上述构件使板保持相间隔关系，并使每个板上的孔沿轴向对齐形成多排孔。上述筐状组件装放在一外壳中，该外壳在其一端形成有一包壳开口。上述筐状组件由外壳包围，其每排孔的纵轴线与外壳的纵轴线大致平行。

有若干容器插在每排沿轴向对齐的孔中。每个容器装有一受损核燃料棒组件，并包括一细长的容纳装置，该容纳装置形成一包壳，且具有一开口端。结构受损的核燃料装置通过包壳的开口端插入容纳装置中。

有一罩与容纳装置的开口端相匹配，此罩基本用于关闭容纳装置的开口端。另外，每个容器中都界定出了一排泄通道，以将液体从容器中排泄出去。上述排泄通道包括一阻止裂变材料通过的限制器。还有一盖与外壳的开口端相匹配，以关闭外壳的开口端。另外，每个容器的外部也可包括一突起，该突起用于装放收容器取出和插入小罐所用的核燃料操作工具。

在再一方面，本发明包括用于贮存及输送核燃料组件的一小罐，该小罐包括一筐状组件。上述筐状组件又包括一批带孔板和一些互连带孔板的构件。上述构件使板保持相间隔的关系，并使每个板上的孔沿轴向对齐而形成多排孔。

有一在其一端形成有一包壳开口的外壳装放并包围着上述筐状组件。此筐状组件在外壳内置成其每排纵轴线与外壳的纵轴线大致平行的形式。筐状组件还设有一批导筒，导筒的数目与沿轴向对齐的板孔的排数相对应。

每个导筒具有基本上与相应的孔排相一致的纵轴线它还包括一第一构层，由第一构层支承的一中子吸收层和一第二构层，该构层在结构上支承着与第一构层相对的中子吸收层。有一盖与外壳的开口端相匹配，以关闭外壳的开口端。上述第一构层最好包括一空心钢套，此钢套插在每排沿轴向对齐的孔中。在以下的详细描述中，本发明的其它特点将会更为明显地显示出来。

结合附图并参考以下的详细描述，将能更容易地理解本发明的上述方面及其许多附带的优点。在附图中：

图1是一局部分解等角图，它描绘出根据本发明的输送及贮存废核燃料用的容器的一组成部分；

图1A是图1所示的容器的一部分从另一透视点观察时的一等角图；

图2A是图1所示容器部分的一局部分解等角图；和

图2B和2C是图1所示容器的盖的等角图；

图3是一局部分解等角图，它描绘出根据本发明而构成的筐状件的另一方面；

图4是图3所示筐状件的一个部分的一局部分解等角图；

图5A，5B，6A和6B是根据本发明而构成的屏蔽塞的横剖面图；

图7是图3中所示筐状件的带孔盘的一平面图；

图8A是根据本发明而构成的套和中子吸收层部分的一局部分解等角图；

图8B是图3中的已装配的套和中子吸收层部分的一等角图；

图9A是图1所示外壳部分的一平面图；

图9B是沿图9A中线9B—9B所截取的图1中的外壳的一横剖面图；

图10A是根据本发明而构成的虹吸管安装座的一等角图；

图10B是沿图10A中线10A—10A所截取的图1中的虹吸管安装座的横剖面图。

(受损核燃料棒组件的运输和贮存)

图1示出了根据本发明而构成的一种输送及贮存组件，它一般由参考号20表示。输送及贮存组件20最好用于一核反应堆的受损核燃料棒组件的贮存及运输。但是，对本技术精通者将很快认识到组件20也可以用于未损核燃料棒组件的输送及贮存。

为便于参看，将输送及贮存组件20分成了两个主要部件，一般由参考数号22表示的小罐和一般由参考数号24表示的筐状组件。小罐22包括一大体上为圆筒形的空心壳26。一底盖28关闭了外壳26的底部，而构成一底座。底盖28具有一大体上为圆形的横剖面，其直径约等于外壳26的内径。底盖28插入外壳26的底端，直至基本上为平面的盖28的底面与外壳26的底边齐平。底盖28以焊接等普通方法固定到外壳26上，而构成气密密封。

底盖28焊接到位后，将筐状组件24插入外壳26的上部开口端。筐状组件24包括一批基本上为圆形的板36，上述板36具有一批在其中形成的基本上为正方形的孔38。板36最好由不锈钢制成。板36包括四个基本上为矩形的凹口40，这些凹口沿每个板36的外沿对称地构成。每个矩形凹口的长边大体垂直于每个板36的对角线。

板36最好通过8个细长的矩形板42保持彼此间隔并沿轴向对齐的关系。矩形板42的宽度约等于板36上的每个矩形凹口的内侧长度。因此，矩形凹口40中安装有矩形板42。这样，一连串的板36就可以通过焊接一类的普通方法安装到每个矩形板42上，从而使板36牢固地保持着相间隔并沿轴向对齐的排列方式。在所说明的实施例中，两个板42中的一块叠放在另一块之上，使得每个矩形凹口40安装有两块矩形板42。另一种方法是，每个凹口40安装更厚些的一单块矩形板42。因此，在另一可选用的实施例中，使用了四块厚些的矩形板42而不是8块板。如图1A所示能清楚看到的，矩形板42的端部略微突出到第一及最后的板36的表面之外。

每块板36包含以大致相同方式排列的方孔38。因此，当板36由板42彼此沿轴向对齐时，孔38沿轴向对齐而形成多排孔。上述每排孔中插有一破损核燃料容器，该容器一般由图1中的参考数号44表示。

参看图2A，每个破损核燃料容器44包括一细长的大致为方形的筒46。该方形筒46在其底端盖有一方形盖48，此盖48焊接在筒46上。筒46的顶端焊接有一方形筒50，此方形筒50比筒46短得多。方形筒50的内部宽度基本上等于筒46的外部宽度。这样，长筒46的顶端就插入了短筒50的底端，然后，将上述二筒焊合。筒50的开口端安装有顶盖52，以盖住破损核燃料容器44。

盖52插入短筒50中，直至一唇部54与筒50的上缘相接触，在此可参看图2B(图2B是一朝向盖52底面的透视图)。再参看图2B，盖52具有一可插入部56，此部56大致为方形，其宽度略小于短方筒50的内部宽度。这样，盖52的可插入部56就可在短筒50内滑动地加以安装。盖52还包括一斜部58，以更方便地将盖52滑动插入短筒50中。

参看图2A，盖52包括一个安装在中部的枢轴60，该枢轴从盖52的上表面沿径向突出。枢轴60与一普通控制棒束的枢轴大致相同，使得核反应堆具有的标准核燃料操作工具能够用于将盖52从短筒50中取出或是插入短筒中。

另外，如图2B中可清楚看到的，盖52包括4个椭圆形狭槽62，上述狭槽在每个界定出盖52可插入部56的壁上对称地构成。当盖52插入短筒50时，椭圆形狭槽62与在短筒50每面垂直壁上构成的相应椭圆形狭槽对齐。这样，当盖52已就位时，操作工具上的尖头就可用于啮合狭槽62和63，从而使整个破损核燃料容器44能用所述工具操作。另外，狭槽62和63可任意与一销(未示出)相装匹配以将盖52在短筒50上就位并锁定。

如熟悉本技术者所知，美国的核反应堆使用的核燃料棒包括一批棒，这些棒由一批大致为方形的托架保持沿径向间隔的关系，上述托架具有能够支承组件中每个独立的核燃料棒的一个内部格栅。方形筒46的内部宽度最好设成使装置中的核燃料棒固定的方形托架与方形筒46的内壁之间形成一滑配合的形式。滑配合即是在使核燃料棒固定的方形托架与筒46的内壁之间的一小段间隔。筒46最好由不锈钢制成，不过，它也可由任何具有足够结构刚度的材料制成，所说的材料应能够有效地阻止中子从中通过。如下之在讨论未损核燃料棒组件的输送及贮存时所描述的，其它可以使用的物质可包括镉，经硼酸处理过的不锈钢，经硼酸处理过的陶瓷材料以及夹在构件之间的经硼酸处理过的铝。

参看图1和1A，有一受损核燃料容器44纵向插入每排沿轴向对齐的孔38中。方形孔38的内部宽度约等于方形筒46的外部宽度，使得其间有一滑配合存在。每个破损核燃料容器44都插在沿轴向对齐的孔38中，直到短筒50的底部表面与板36的上部表面相接触。这样，短筒50就可用于限制破损核燃料容器44插入沿轴向对齐的一排孔38中的深度。

如图1A中看到的，当筐状组件24插入外壳26中时，筐状组件24即座落在矩形板42的底端上，上述矩形板的底端突出到最末尾的板36之外。一旦筐状组件插入外壳26之后，筐状组件24就由焊接到外壳顶端的一系列元件在原位密封。焊接到位的第一元件是一虹吸管安装座64。虹吸管安装座64焊接在外壳26内部，并临近上部的板36的上部表面。

有一图66焊接在外壳26的内周边上，其所在高度位于虹吸管安装座64的上方和下方表面之间的中间部位。图66包括用于虹吸管安装座的一切口部。第二个元件是防止对环境有害辐射逸出的屏蔽塞68。如图6A所示，屏蔽塞68最好包括一铅层70，所述铅层70的下部及径向侧面由一钢层72环绕。如图6A所示，铅层70在其上部表面由一薄钢层74密封。

由于以下原因，最好不要将屏蔽塞68焊接到外壳26上。当屏蔽塞68就位时，它可屏蔽外壳26内部有害辐射的逸出。因为辐射对人员的照射必须保持在最小，所以要求在最短的时间内将外壳26密封。因此，可使屏蔽塞68降落就位，并将一内部顶罩板80焊接到屏蔽塞68之上的位置处。在理想情况下，内部顶罩板80仅由不锈钢制成，这样焊接时就不存在使铅层熔化的危险，也不会污染焊接，因此只需简单焊接即可。相反，若焊接屏蔽塞68则会造成上述危险。如图1所示，上述内部顶罩板80包括一基本上为矩形的凹口82，用以装放虹吸管安装座64。

至于组成存贮及运输组件20的材料类型，外壳26最好由不锈钢制成。也可以使用碳素钢一类的其它类型的材料，但是，鉴于不锈钢的结构强度，抗腐蚀能力，有效阻止中子通过的能力，经受焊接而无韧性损失的能力以及以后需要的热处理，还是用不锈钢为好。另外，焊合的所有零件最好都由相同类型的材料组成，以避免具有不同热膨胀率等不同材料特性的不同材料引起的复杂问题。因此，焊接到外壳26上的任意元件，如虹吸管安装座64，图66，内部顶罩板80等最好也由不锈钢制成。与此相反的是，圆形板36和起互连作用的矩形板42最好由高强度的碳素钢制成，以提供一个具有高强度的支承架。

由于屏蔽塞68没有焊接到外壳26上，组成屏蔽塞68的钢层72和74可由比不锈钢便宜的不同材料，如碳素钢等制成。也可如图5A中的屏蔽塞76所示，用实心钢制成屏蔽塞。尽管如此，实心钢屏蔽塞76相对于具有内部铅层70的屏蔽塞68还是较厚，这是因为铅比钢具有更大的屏蔽能力。

参看图1，屏蔽塞68的周边包括一大致为矩形的凹口78，使得屏蔽塞68能够在虹吸管安装座64的顶部滑过。在上述的位置处，如图10A所示，屏蔽塞68由虹吸管安装座64上的圈66和梯件79支承。当屏蔽塞68在圈66和梯件79上就位时，屏蔽塞68和每个破损核燃料容器44之间的间隙小到足以防止顶盖52从每个破损破燃料容器中错位。

一般，核燃料棒组件是在核反应堆的核燃料池中装入贮存组件20中的。因此，核燃料棒组件是在水下装入贮存组件20的。由于是水下装载，所以当输送及贮存组件20从核燃料池中取出时，必须将水从小罐22中除去。为达到此目的，根据本发明设置了一虹吸管装置。上述虹吸管装置包括装附在外壳26上部靠近内部顶盖板80的虹吸管安装座64。如图10A和10B所示，有两通道84和86通过虹吸管安装座64纵向界定出来。通道84和86包括有直角，使得虹吸管安装座中没有笔直的通道，这样就能阻止辐射流并能减少有害辐射的逸出。另外，通道86包括一“T”形部，此“T”形部的一分岔已堵塞。包括“T”形部的目的仅仅为便于制造，这是因为通道86和84最好是通过钻孔或打眼而构成的缘故。

当内部顶罩板80焊接到位后，就在外壳26内部形成一气密的内部空腔，其唯一的通道口通过了虹吸管安装座64中的通道84和86。虹吸管装置包括连接到虹吸管安装座64中通道86的一虹吸管88。如图1所示，虹吸管88通过了在每个板36上界定出的大致为圆形的孔90。图1A提供了筐状组件24的一放大图，此图也包括了虹吸管88的放大图。

上述虹吸管装置用于按以下方式将液体从小罐22中除去。有一空气软管(未示出)连接到虹吸管安装座64的通道84上。通道84最好用一“快速连接和拆卸”装置穿入并装配起来，而使空气软管能够迅速地连接到通道上或从通道上拆卸下来。然后将压缩空气或其它气体压迫入外壳26中，所说气体又使小罐中的任何流体通过虹吸管88排出。如图6B所示，为保证基本上能迫使所有的液体都从外壳26中排出，在底盖28的上部表面构制了一扩孔92。虹吸管88的底端延伸到底盖28的上部表面之下，并伸入扩孔92中，这样就基本上保证了能够迫使外壳22中的所有流体都能通过虹吸管排出。

一旦基本上所有的流体都从外壳22排出之后，即可继续压迫压缩空气或其它气体，使其通过通道84，并从虹吸管88排出，一直到剩余的液体都已蒸发为止。然后，如图10A所示，将端帽94焊接到每个通道84和86之上，从而在外壳26的内部形成一完全的气密密封。如图1所示，可通过将一大致为圆形的外部顶罩板96焊接到外壳26的内周边上，而将外壳26进一步密封。如图1所示，外部顶罩板96焊接在虹吸管安装座64的上部表面与内部顶罩板80之上。

对本技术精通者将很快认识到，小罐22包括相当数量的钢，因而较重。所以，如图9A和9B所示，小罐22还可包括吊耳98，以有助于用设备操纵小罐。最好将四个吊耳98以大致相等的间隔和高度，对称地装附在外壳26的内周边上。在图9A和9B中，吊耳98焊接在圈66的径向表面上。通常，当核燃料输送及贮存组件20用于输送时，它是放在一屏蔽罐(未示出)内的。因此，吊耳98有助于将小罐22插入一屏蔽罐中。

上述的屏蔽罐提供了额外的支承，并保护环境不受有害的辐射的照射，它还包括有助于用设备操纵屏蔽罐的吊耳。这样的一种屏蔽罐在标题为“运输与贮存废核燃料用的屏蔽罐”的专利申请中已有描述，上述申请于1993年10月8日提交，其美国申请号为No.08/131,973，其申请者为Kyle B.Jones，Robert A.Lehnert，InaD.McInnes，Rotert D.Quinn，Steven E.Sisley和Charles J.Temus，上述申请的主要内容已专门综合于此，作为参考。

当上述屏蔽罐/小罐组合在一运输工具中输送时，为了更加安全，一般将它放在一冲击限制器中。此冲击限制器可减弱在输送中可能出现的震荡，例如在车辆事故中出现的震荡等，因此，它能保护屏蔽罐/小罐组合不受损坏，保护环境不受逸出的有害辆射的危害。这样的一种冲击限制器在标题为：废核燃料运输用屏蔽罐的冲击限制器”的申请中已做了描述，此申请于1993年10月8日提交，其美国申请号为No.08/131,972，其申请者为Robert A.Johnson，IanD.McInnes，Robert D.Quinn和Charles J，.Temus。上述申请的主要内容已明白地综合于此，作为参考。

如图6B所示，底罩板28为一夹层结构。最顶层108为钢，中层110为铅，之后的底层112为钢。通常，首先将顶部钢层焊接到外壳26的内表面上，之后，将铅倾到在底部钢层112上以构成铅层110。然后插入层110和112，并将层112焊接到外壳26上。进行焊接时可使用其中包含有铅的底盖28，因为当插入底盖28时，外壳中还未装有核燃料棒组件。因此，与对屏蔽塞68的处理相反，在不存在受有害辐射照射的情况下，即可进行需要较长时间的焊接操作，此操作减小了污染焊接的危险。

另一方面，如图5B所示，底盖28也可由全钢层构成。但是，钢不具有铅的屏蔽能力，因此，图5B中的底盖28相对于图6A中的底盖28较厚。在图5B中，第一层116最好为不锈钢层，以便于焊接到外壳26的内部表面上。下一层118提供了屏蔽，它是不很贵的碳素钢，这种材料不同于外壳26的材料，因而层118没有焊接到外壳26上。最顶层为另一不锈钢层120，它焊接在外壳26上。

最后，在图1，5B和6B中，底盖28包括一撞击器配合圈114。此撞击器配合圈114与一液压撞击器相配合，以沿小罐22的纵轴线推拉小罐22，例如，将小罐插入一贮存位置或将其取出。

如图9A和9B所示，当筐状组件24插入小罐22中时，筐状组件24相对于罐22的旋转就受到两个矩形键100的阻止，上述键100从外壳26和圈66的内部径向表面沿径向突出。键100最好在大约相等的高度，并沿外壳26的内周边隔开180°焊接到外壳26的内部径向表面上。如图1A所示，上述沿径向突出的键100由两个矩形凹口102接收，所说凹口102在筐状组件24的最上部板36的外缘构成。在图1A中，只能看到一个凹口102，另一凹口在距上述凹口102 180°处。最好将筐状组件24先插入外壳26，然后将键100放入凹口102中并焊接到外壳26上。这样，通过压在最上部板36的凹口102上，上述键100就起到阻止筐状组件24相对于小罐22的旋转的作用。

如前文所指出的，输送及贮存组件20最好与破损核燃料棒组件一起使用。正如在此技术中所了解的，一个核燃料棒包括一称为包层的空心管，此空心管包围着一批芯块，所说芯块中包含裂变材料。如上所述，棒自身以几个棒的组合的形式排列。有时，包层受到损坏，这时的棒称为破损核燃料棒。破损核燃料棒使裂变材料能从棒中逸出。另外，在燃料的核反应中，有时芯块会裂为砂粒大小的颗粒，这些颗粒能够轻易地由一破损核燃料棒中逸出。

如在本发明的背景中所指出的，输送废核燃料的一个重要问题是避免临界状态。通过仔细地排列废核燃料棒组件，使得每个组件之间的距离较小，进而使出现在临界点的中子增殖不可能发生，这样，就可以达到上述目的。但是，对于破损核燃料棒组件，裂变材料则能从破损的棒中逸出，并有可能聚集在其它裂变材料附近，至产生临界状态。

但是，贮存及输送组件20在涉及到上述问题时，保证基本上一破损核燃料棒组件中的所有裂变材料都限定在一独立的破损核燃料容器44中。为达到此目的，如从图2B和2C可清楚看到的，顶盖52和底盖48各包括四个筛选通道104。如图2B和2C所示，上述通道位于顶盖52和底盖48的表面，所说表面基本上平行于小罐22的顶和底。(图2B和2C分别是向顶盖52和底盖48的下部表面看去的透视图)。

当把液体从小罐22中除去时，坡损核燃料容器44中的任何液体都可以通过底盖48上的四个筛选通道1 04而排出。不过，通道104的筛孔已小到足够使任何由一破损核燃料棒逸出的裂变材料都会受到阻止，而不能从筛选通道104通过。另外，如图2C所示，在底盖48的下部表面上，沿着盖48的每条边，有四个垂直的矩形突块106，这些突块确保筛选通道104与小罐22的底盖28的上部表面之间能保持最小间隙。或者，在盖48下部表面的中央使用一方形的垂直突块。这样，就保持了足够的间隙，使得破损核燃料容器44中的液体能轻易地从通道104排出。

另外，当破损核燃料容器44中的液体排出时，顶盖52上的筛选通道104允许空气或其它气体进入破损核燃料容器44的内部，这样有助于液体从破损核燃料容器中排出。如前文所指出的，每个破损核燃料容器44与屏蔽塞68之间的间隙设成当屏蔽塞68就位时，顶盖52不能从每个破损核燃料容器移开的形式。然而，如由图2A和2B中所看到的，有筛选通道104形成的每个顶盖52的表面都凹进到一唇部54之下。这样，上述的布置形式就在每个顶盖52的筛选通道104和屏蔽塞68的下部表面之间，确保有足够的间隙，使得在液体排出时，空气或其它气体能进入破损核燃料容器44的内部。并且，如果上述容器44处于某一位置，而使顶盖52的上部表面不是水平的，或者低于底盖48的高度，上述盖52的通道104的筛孔也会确保裂变物质不由容器44中逸出。(未损核燃料棒组件的运输和贮存)

筐状组件24最好用于受损核燃料棒组件，而图3中所示的筐状组件122(一般由参考数号122表示)则是为未损核燃料棒组件的输送及贮存而设计的。筐状组件122以与图1和1A中的筐状组合件24相同的方式插入图1，9A和9B示出的小罐22中。并且，将筐状组合件122密封在小罐22中的方式，与所描述的有关筐状组合件24密封的方式相同。

筐状组合件122包括一批大致为圆形的板124，上述板124上有一批大致为方形的孔126。图7示出了一单片板124的顶视图。板124由通过每片板的四根棒128保持彼此沿轴向对齐并相间隔的关系。每根棒128都通过在每片板124上所形成的四个洞130中的一个洞。棒128焊接在每片板124上，以阻止板124相对于棒128移动。极124最好由具有高强度的碳素钢制成，起互连作用的棒128最好由不锈钢制成。洞130最好包括一嵌件，以减少由于将不锈钢焊接到碳素钢上所引起的复杂情况。

每块板124都包括大致以同一布置方式排列的方形孔126。因此，当板124由棒128沿轴向彼此对齐时，孔126对齐而形成多排孔。每排孔中插有一导筒组件132，在图3中，上述导筒线组件一般由参考数号132表示。每根棒128的顶端和底端伸到每个导筒组件132的顶端和底端之外。因此，当筐状组件122插入一外壳26时，棒128的底端就与底盖28的上部表面相接触，同时在导筒组件132和底盖28的底端之间保持一定间隙。另外，当外壳26中的屏蔽塞68放在筐状组件122的顶端时，棒128的顶端和圈66在导筒组件132的顶端支承着屏蔽塞68。

图8A是导筒组件132的一部分的放大图。图8B示出了图8A中组件的一个装配图。如图8A所示，每个导筒组件132包括一个细长的，大致为方形的内部导筒134。内部导筒134最好由不锈钢制成，并插在每排沿轴同对齐的孔126中，从而通过了每块板124。如下所述，每个导筒134的顶端包括一扩口部140，以便于核燃料棒组件插入。

临近内部导筒134的每一外表面，设有一矩形筒136，根据矩形筒136位置的不同，该筒可由中子吸收材料或铝制成。如图7所示，若一矩形筒136在位置A处，即该筒正对着沿轴向对齐的另一排孔126，矩形筒则由中子吸收材料制成。但是，如果矩形筒136没有正对着沿轴向对齐的另一排孔126，例如，矩形筒位于图7中的位置B处，该矩形筒就不必由中子吸收材料制成，而可由铝，钢或其它结构支承材料构成。

如果上述矩形筒由中子中毒材料制成，所用材料最好为经硼酸处理过的铝。但是，也可以使用任何其它的中子中毒材料，如镉，经硼酸处理过的不锈钢，经硼酸处理过的陶瓷材料等。四个上述矩形筒136插在沿轴向对齐的每排孔126中，使得有一矩形筒136设在每个内部导筒134外表面与每块板124之间。

一连串的短外部导筒138环绕着矩形筒136和内部导筒134。一个外部导筒138环绕着一个内部导筒134的每一部分以及相应的矩形筒136，即外部导筒是暴露在相邻的一对板124之间，因此，由于相邻的一对板124之间的间隙不同，外部导筒138可具有不同的长度。如图4A中所清楚看到的，每个外部导筒138的端部包括一扩口部140，以压在每块板124的表面上。

突出到上部及下部板124之外的每个内部导筒134的端部未受到一外部的导筒138的环绕。每个内部导筒的上部突出端由一精整的帽142环绕，此精整的帽142最好由铜制成。每个内部导筒的底端则如图4A所示。

图4A中可清楚地看到，每个矩形筒1 36的底端包括一矩形缺口146，以装放一“L”形的托架148。每个托架148紧固在内部导筒134和底板124上，这样即可防止内部导筒134和矩形筒136相对于板124的垂直移动。托架148可通过焊接，螺钉拧紧或其它所知的方法紧固在内部导筒134和底板124上。如以上所指出的，焊合的元件最好为相同的材料，以避免具有不同材料特性的元件引起的复杂问题。因为内部导筒134最好是由不锈钢制成，托架148可由不锈钢制成，并焊接到内部导筒上且拧紧到底板124上，上述底板124最好用高强度的碳素钢制成。

如以上所指出的，筐状组件122以与用于破损核燃料棒组件的筐状组件24相同的方式插入一小罐22中。一旦用于未损核燃料棒组件的筐状组件122插入小罐22之后，即可如先前所描述的，将未损核燃料棒插入每个导筒组件132中，然后将小罐密封并加以虹吸处理。

如以上所描述的，包括有位置“A”处的中子中毒层(矩形筒136)的导筒组件132的多层结构，提供了额外的安全系数，以防止中子增殖到临界水平的危险。这样，筐状组件122与小罐22相联合可插入前面已描述过的一屏蔽罐中，而此屏蔽罐/小罐组合即可用于穿越公众可到达地区运输核燃料棒组件。(仅包括核燃料的核燃料棒组件与包括有控制部件的核燃料棒组件的比较)

正如在本技术中所熟知的，仅包括核燃料的核燃料棒组件，其长度短于包括有控制部件的核燃料棒组件的长度。根据本发明，小罐22和筐状组件122可用于上述任意一类核燃料棒组件，而不必改变小罐的外部尺寸。

上述结果是通过使用分别在图5A和6A中示出的两个不同的屏蔽塞而达到的。当小罐22和筐状组件122用于仅包括核燃料的短核燃料棒组件时，使用全钢屏蔽塞76。全钢屏蔽塞76比还包括一铅层的屏蔽塞67要厚。这样，厚屏蔽塞76在小罐22中就占用了垂直方向上的更多的空间，因而只能用长度较短的仅包括核燃料的核燃料棒组件。

如图5B所示，厚屏蔽塞76最好与厚底盖28一起使用，如上所述，上述厚底盖28仅包括钢层116，118和120。包括有全部钢层的厚底盖28，相对于图6B中所示的包括一铅层110的薄底盖28，在小罐22中也占用了更多的垂直方向上的空间。

当筐状组件122用于包括有控制部件的长核燃料棒组件时，即使用包括一铅层70的薄屏蔽塞68。虽然薄屏蔽塞68相对于全铜屏蔽塞76要薄的多，但是，由于铅具有更大的屏蔽能力，因而含铅屏蔽塞可与不合铝屏蔽塞提供相同的屏蔽作用。

也可以不用具有更大厚度的屏蔽塞76，而将垫片插入每个导筒组件132中，以使用短燃料棒组件。另外，上述的垫片可用于将短核燃料棒组件与长核燃料棒组件在同一筐状组件中混合。最后，这样的垫片也可与用于具有不同长度的破损核燃料棒组件的筐状组件24一同使用。

在说明与描述过本发明的最佳实施例之后，可以在不偏离本发明的精神与范围的前题下，对本发明作各种变化。

权利要求书

按照条约第19条的修改取出或是将其插入小罐中。

8.如权利要求7中所述的小罐，其特征在于：上述突起位于所说罩上，使得可用核燃料操纵工具操纵单独的罩，并且，当罩在容纳装置中就位时，能用所说工具操纵整个容器。

9.如权利要求6中所述的小罐，其特征在于，上述的排泄通道由界定的容器中的至少一个洞构成，且有一网筛盖着所说的洞。

10.如权利要求6中所述的小罐，其特征在于，在每个容器的开口端的对面，每个容器还包括有一闭合端，上述闭合端与开口端基本上沿一中轴线对齐，此中轴线基本上与每个容器所插入的一排孔的纵轴线重合，当每个容器插入一排孔中时，每个容器的开口端靠近小罐的开口端，其中，在每个容器的闭合端界定有一第一排泄通道，使得当每个容器插入一排孔中，且将小罐定位，使得每个容器的纵轴线基本上垂直，容器闭合端的高度低于开口端的高度时，基本上每个容器内的任何液体都能排出。

11.如权利要求10中所述的小罐，其特征在于：每一容器具有一界定在上述罩内的一第二排泄通道。

12.如权利要求6中所述的小罐，其特征在于：每个容器都可从每排沿轴向对齐的孔中取出。

13.一种用于贮存及输送核燃料组件的小罐，它包括：

(a)一筐状组件，它包括：

(i)一批带孔板；和

(ii)互连带孔板的构件，这些构件使带孔板保持相间隔关系，并使每块板上的孔沿轴向对齐，而形成多排孔；

(b)在其一端有一包壳开口构成的外壳，此外壳装放并环绕着上述筐状组件，在外壳中的筐状组件，其每排孔的纵轴线基本上平行于外壳的纵轴线；

(c)一批导筒，其数目与沿轴向对齐的板孔的数目相对应，每个导筒用于装放一个核燃料组件，且具有与各自相应的一排孔的轴线基本上重合的纵轴线，每个导筒包括：

(i)一第一构层；

(ii)由第一构层支承的一中子吸收层；和

(iii)一第二构层，该构层在结构上支承着对着第一构层的中子中毒层的一面；

(iv)一具有两个端部的定位器，定位器的一个端部连接到至少一个构层上，另一端部装放在中子吸收层的槽中，以限制中子吸收层在第一方向上的运动；和

(d)一个用于与外壳的开口端相匹配，并关闭外壳开口端的盖。

14.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于：上述第一构层包括插在沿轴向对齐的每排孔中的一空心钢套。

15.如权利要求14中所述的小罐，其特征在于：上述中子吸收层包括经硼酸处理过的中子吸收材料。

16.如权利要求15中所述的小罐，其特征在于：上述第二构层包括一钢套，此钢套至少环绕着带孔板之间经硼酸处理过的中子吸收材料曝露的部分。

17.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于：还包括一焊接部，此焊接部将上述盖密封在上述外壳上，而构成一气密密封的包壳。

18.一种用于贮存及输送具有两种不同长度的核燃料组件的系统，它包括：

(a)一筐状组件，它包括：

(i)一批带孔板；和

(ii)互连带孔板的构件，这些构件使带孔板保持相间隔关系，并使每块板上的孔沿轴向对齐，而形成多排孔；

(b)在其一端有一包壳开口构成的外壳，此外壳装放并环绕着上述筐状组件，在外壳中的筐状组件，其每排孔的纵轴线基本上平行于外壳的纵轴线；

(c)一批导筒，其数目与沿轴向对齐的板孔的数目相对应，每个导筒用于装放一个核燃料组件，且具有与各自相应的一排孔的轴线基本上重合的纵轴线，每个导筒包括：

(i)一第一构层；

(ii)由第一构层支承的一中子吸收层；和

(iii)一第二构层，该构层在结构上支承着对着第一构层的中子中毒层的一面；

(d)与上述外壳的开口端相匹配的一第一盖，它用于关闭所说外壳的开口端，此第一盖用在具有某一长度的核燃料组件上；和

(e)与上述外壳的开口端相匹配的一第二盖，它用于关闭所说外壳的开口端，此第二盖用在具有另一长度的核燃料组件上。

19.一种用于贮存及输送如权利要求18中所述的核燃料组件的系统，其特征在于：上述第一盖比第二盖薄。

20.一种用于贮存及输送如权利要求19中所述的核燃料组件的系统，其特征在于：上述第一盖包含由一外部钢层环绕的一铅芯。

21.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于，还包括一第二定位器，此定位器连接在至少一个构层上，用于限制中子吸收层在与第一方向相反的第二方向上的运动。

22.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于：上述第一构层还包括一具有四个面的空心套。

23.如权利要求22中所述的小罐，其特征在于：上述中子吸收层还包括至少一片单独的经硼酸处理过的中子吸收材料，此片材料邻近四面空心套的至少一个面放置。

24.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于：上述中子吸收层包括至少一片单独的，大致为矩形的经硼酸处理过的中子吸收材料。

25.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于：上述中子吸收层与第一和第二构件外部的环境之间具有流体交流关系。

Claims (20)

1.一种容器，它用于在一燃料池中装放包含裂变材料的结构受损的核燃料组件，以及之后该核燃料组件的贮存与输送，该容器包括：

(a)一细长的空纳装置，此容纳装置形成一包壳并具有一开口端，该开口端用于接收一结构受损的核燃料棒组件；

(b)一与容纳装置的开口端相匹配的罩，该罩用来大体上关闭容纳装置的开口端；和

(c)一界定在上述容器中的排泄通道，该排泄通道构成了从容纳装置的内部到容纳装置的外部的一液体交流通道，其中，上述排泄通道包括一限制器，以防止裂变材料从中流过。

2.如权利要求1所述的容器，其特征在于：在该容器的外部还包括一突起，以装放用来操纵上述容器的核燃料操纵工具。

3.如权利要求2所述的容器，其特征在于：上述突起位于上述罩上，使得可用核燃料操纵工具操纵单独的罩，并且，当罩在容纳装置中就位时，能用所说工具操纵整个容器。

4.如权利要求1中所述的容器，其特征在于：上述的排泄通道由界定在容器中的至少一个洞构成，且有一网筛盖着所说的洞。

5.如权利要求1中所述的容器，其特征在于该容器还包括一第一纵端和一第二纵端，其中，在容器的第一纵端中界定出至少一个排世通道，使得当容器的纵轴线大致垂直，且上述第一纵端的高度低于第二纵端的高度时，容器内的液体能够排出。

6.一种容器，它用于在一燃料池中装放包含裂变材料的结构受损的核燃料组件，以及之后该核燃料组件的贮存与输送，该容器包括：

(a)一筐状组件，它包括：

(i)一批带孔板；和

(ii)互连带孔板的构件，这些构件使带孔板保持相间隔关系，并使每块板上的孔沿轴向对齐，而形成多排孔；

(b)在其一端有一包壳开口构成的外壳，此外壳装放并环绕着上述筐状组件，在外壳中的筐状组件，其每排孔的纵孔基本上平行于外壳的纵轴线；

(c)一批容器，其中每个容器用于容纳一受损核燃料组件，一单个的容器插在沿轴向对齐的每排孔中，每个容器包括：

(i)一细长的容纳装置，此空纳装置形成一包壳并且有一开口端，该开口端用于接收一结构受损的核燃料组件；

(ii)一与容纳装置的开口端匹配的罩，该罩用来大体关闭容纳装置的开口端；

(iii)一界定在上述容器中的排泄通道，该排泄通道构成了从容纳装置的内部到容纳装置的外部的一液体交流通道，其中，上述排泄通道包括一限制器，以防止裂变材料从中流过。

(d)一个用于与外壳的开口端相匹配，并关闭外壳开口端的盖。

7.如权利要求6中所述的小罐，其特征在于：在每个容器的外部还包括一突起，用于装放核燃料操纵工具，以将容器从小罐中取出或是将其插入小罐中。

8.如权利要求7中所述的小罐，其特征在于：上述突起位于所说罩上，使得可用核燃料操纵工具操纵单独的罩，并且，当罩在容纳装置中就位时，能用所说工具操纵整个容器。

9.如权利要求6中所述的小罐，其特征在于，上述的排泄通道由界定的容器中的至少一个洞构成，且有一网筛盖着所说的洞。

10.如权利要求6中所述的小罐，其特征在于，在每个容器的开口端的对面，每个容器还包括有一闭合端，上述闭合端与开口端基本上沿一中轴线对齐，此中轴线基本上与每个容器所插入的一排孔的纵轴线重合，当每个容器插入一排孔中时，每个容器的开口端靠近小罐的开口端，其中，在每个容器的闭合端界定有一第一排泄通道，使得当每个容器插入一排孔中，且将小罐定位，使得每个容器的纵轴线基本上垂直，容器闭合端的高度低于开口端的高度时，基本上每个容器内的任何液体都能排出。

11.如权利要求10中所述的小罐，其特征在于：每一容器具有一界定在上述罩内的一第二排泄通道。

12.如权利要求6中所述的小罐，其特征在于：每个容器都可从每排沿轴向对齐的孔中取出。

13.一种用于贮存及输送核燃料组件的小罐，它包括：

(a)一筐状组件，它包括：

(i)一批带孔板；和

(ii)互连带孔板的构件，这些构件使带孔板保持相间隔关系，并使每块板上的孔沿轴向对齐，而形成多排孔；

(b)在其一端有一包壳开口构成的外壳，此外壳装放并环绕着上述筐状组件，在外壳中的筐状组件，其每排孔的纵轴线基本上平行于外壳的纵轴线；

(c)一批导筒，其数目与沿轴向对齐的板孔的排数相对应，每个导筒用于装放一个核燃料组件，且具有与各自相应的一排孔的轴线基本上重合的纵轴线，每个导筒包括：

(i)一第一构层；

(ii)由第一构层支承的一中子吸收层；和

(iii)一第二构层，该构层在结构上支承着对着第一构层的中子中毒层的一面；

(d)一个用于与外壳的开口端相匹配，并关闭外壳开口端的盖。

14.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于：上述第一构层包括插在沿轴向对齐的每排孔中的一空心钢套。

15.如权利要求14中所述的小罐，其特征在于：上述中子吸收层包括一种经硼酸处理过的中子吸收材料，这种材料至少环绕着带孔盘之间的空心钢套的曝露的部分。

16.如权利要求15中所述的小罐，其特征在于：上述第二构层包括一钢套，此钢套至少环绕着带孔盘之间的经硼酸处理过的中子吸收材料曝露的部分。

17.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于：当核燃料组件已放入导筒中后，上述盖即焊接到上述外壳上，而构成一气密密封的包壳。

18.如权利要求13中所述的小罐，其特征在于：上述核燃料组件具有不同的长度。

19.如权利要求18中所述的小罐，其特征在于：有一第一盖用在一第一类核燃料组件上，有一第二盖用在一第二类核燃料组件上，第一类核燃料组件的长度比第二类的长，且第一盖比第二盖薄，这样就使得当小罐与第一盖相匹配时，小罐的全长大致等于当小罐与第二盖相匹配时的全长。

20.如权利要求19中所述的小罐，其特征在于：一第一盖包含有比第二盖具有更大屏蔽能力的一种材料，使得当小罐与第一盖相匹配时，小罐的屏蔽能力基本上等同于当小罐与第二盖相匹配时的屏蔽能力。

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