CN111863297A - 具有穿孔柱形插入件的核燃料碎片容器 - Google Patents

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CN111863297A CN202010124016.9A CN202010124016A CN111863297A CN 111863297 A CN111863297 A CN 111863297A CN 202010124016 A CN202010124016 A CN 202010124016A CN 111863297 A CN111863297 A CN 111863297A
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Abstract

本申请涉及具有穿孔柱形插入件的核燃料碎片容器。容器被设计成安全储存放射性碎片。该容器具有外包装，该外包装具有在顶端和底端之间延伸的长形主体。筐位于外包装的内部。该筐具有长形罐。罐中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的长形主体。罐中的至少一个具有插入件，该插入件具有多个长形穿孔管，这些穿孔管容纳放射性碎片。穿孔使气体(主要是空气)能够流过侧壁，以通过增加碎片的暴露表面积而使液体(主要是水)能够从放射性碎片蒸发。

Description

具有穿孔柱形插入件的核燃料碎片容器
发明领域
本公开的实施方案通常涉及安全储存放射性碎片(radioactive debris)，诸如堆芯熔化物(corium)、核燃料棒组件及其部分等。
背景
由东京电力公司(TEPCO)拥有和运营的日本福岛第一核电站(IF)1号至3号机组由于2011年3月11日发生的日本东部大地震而遭受了巨大的损坏。据推测，1F反应堆中的核燃料经历熔化，并因此落到反应堆压力容器(RPV)和/或压力安全壳(Pressure ContainmentVessel)(PCV)的底部，该核燃料在与反应堆内部部件(reactor internals)、混凝土结构和其他材料熔融后作为燃料碎片在上述底部处固化。
为了拆除1F，有必要使用适当且安全的包装、转移和储存(PTS)程序来从RPV/PCV移除燃料碎片。燃料碎片回收程序预期将在10年的时间内开始，并在20至25年的时间内完成。计划在30-40年后，所有的燃料碎片都将被置于临时储存(interim storage)中。
发明概述
提供了容器和方法的实施方案以用于安全移除和储存放射性碎片。
其中一种实施方案是容纳放射性碎片的容器。该容器包括外包装，所述外包装具有在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体(elongated cylindrical body)、在所述底端处的平坦底部部分和在所述顶端处的圆形平坦盖。该容器还包括位于外包装的内部的筐和多个长形圆柱形罐，所述多个长形圆柱形罐沿它们的长度通过筐保持平行。罐中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体、位于所述底端处的平坦底部部分以及位于所述顶端处的圆形平坦盖。
此外，长形穿孔柱形插入件(elongated columnizing insert)位于罐中的至少一个的内部。插入件具有多个长形圆柱形管，所述多个长形圆柱形管沿它们的长度在至少一个罐的内部是平行的。管中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的侧壁，并且具有多个穿孔。筛网与每个管的所述侧壁相关联，以限定所述穿孔。放射性碎片的多个柱(columns)位于插入件的相应的管中并且基本上由插入件的相应的管产生。放射性碎片的柱含有一定量的二氧化铀(UO2)燃料。穿孔和筛网相组合，使得气体能够流过所述侧壁，以使液体能够从所述放射性碎片蒸发，同时将所述碎片的柱充分限制在所述管内。
其中，另一种实施方案是容纳放射性碎片的罐。罐包括在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体、位于底端处的平坦底部部分和位于顶端处的圆形平坦盖。
长形柱形插入件位于罐的主体的内部。插入件具有在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体。插入件具有多个长形圆柱形管，所述多个长形圆柱形管沿它们的长度在罐的内部是平行的。管中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的侧壁。侧壁具有多个穿孔。筛网与每个管的所述侧壁相关联，以限定所述穿孔。放射性碎片的多个柱位于插入件的相应的管中并且基本上由插入件的相应的管产生。放射性碎片的柱含有一定量的UO2燃料。穿孔和筛网相组合，使得气体能够流过所述侧壁，以使液体能够从所述放射性碎片蒸发，同时将所述碎片的柱充分容纳在所述管内。
其中，还有另一种实施方案是容纳放射性碎片的穿孔柱形插入件，并且该插入件被设计用于插入罐中。插入件包括在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体。插入件具有多个长形圆柱形管，所述多个长形圆柱形管沿它们的长度在罐的内部是平行的。管中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的侧壁。侧壁具有多个穿孔。筛网与每个管的所述侧壁相关联，以限定所述穿孔。放射性碎片的多个柱位于插入件的相应的管中并且基本上由插入件的相应的管产生。放射性碎片的柱含有一定量的UO2燃料。穿孔和筛网相组合，使得气体能够流过所述侧壁，以使液体能够从所述放射性碎片蒸发，同时将所述碎片的柱充分容纳在所述管内。
通过查阅以下附图和详细描述，本发明的其他装置、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是明显的或将变得明显。意图是，所有此类附加系统、方法、特征和优点被包括在本说明书内，落入本发明的范围内，并且由所附权利要求保护。
附图简述
可以参考以下附图更好地理解本公开的许多方面。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在清楚地说明本公开的原理上。此外，在附图中，贯穿若干视图，类似的参考数字指示对应的部分。
图1A是罐的第一实施方案(开放式设计)的透视图，示出为具有未安装的盖。
图1B是罐的第二实施方案(十字形设计或分区(segmented)设计)的透视图，示出为具有未安装的盖。
图1C相应地是图1A或图1B的罐的第一或第二实施方案的透视图，示出为具有安装的盖。
图2是具有其盖的图1A或图1B的罐的俯视图。
图3是具有其盖的图1B的罐的第二实施方案的横截面视图。
图4是沿图3的截面线F-F截取的图1B的罐的第二实施方案的横截面视图。
图5是沿图3的截面线G-G截取的图1A的罐的第一实施方案的横截面视图。
图6是沿图3的截面线G-G截取的图1B的罐的第二实施方案的横截面视图。
图7是图5的细节H-H的横截面视图，示出了筛网。
图8是图2的细节I-I的横截面视图，示出了碎片密封件。
图9是图2的细节J-J的横截面视图，示出了用于罐抓斗(canister grapple)的凹部。
图10是图1A和图1B的罐的上部头部封闭件(upper head closure)的横截面视图。
图11是图1A和图1B的罐的下部座部封闭件(lower head closure)的横截面视图。
图12是沿着图1B的罐的第二实施方案的内部延伸的通量阱(flux trap)的横截面视图。
图13是围住(corral)和限制多个图1的罐的筐的透视图。
图14是刚好在安装在外包装中之前与罐相关联的排水和通风端口的透视图。
图15是可以用于提升罐和罐封闭盖的罐抓斗的透视图。
图16是可以用于提升图13的筐的筐多脚架抓斗(basket spider grapple)的透视图。
图17是不具有其盖的外包装的透视图，该外包装中放置了图13的筐。
图18A是可以安装在图17的外包装上的盖的第一实施方案。
图18B是可以安装在图17的外包装上的盖的第二实施方案。
图19是具有外包装的容器的透视图，该外包装容纳筐，该筐容纳罐。
图20是图19的容器的俯视图。
图21是沿图20的截面线A-A截取的图19的容器的横截面透视图。
图22是沿图20的截面线A-A截取的图19的容器的横截面视图。
图23是沿图22的截面线B-B截取的图19的容器的横截面视图。
图24是示出了当容器处于储存配置时图21的细节C-C的局部放大视图，其涉及过滤器的使用。
图25是示出了当容器处于运输配置时图21的细节C-C的局部放大视图，其涉及盖板的使用。
图26是示出了图21的细节D-D的局部放大视图，其涉及与容器的外包装盖相关联的膨胀密封件。
图27是插入件的透视图，当罐接收细小的危险碎片时，该插入件可以放置在图1A的罐内以暴露碎片的更多表面积，从而能够更容易地去除水。
图28是图27的插入件的顶部部分和底部部分的局部放大视图。
详细描述
为了建立用于IF燃料碎片的PTS系统，需要基于核燃料碎片条件、监管要求以及反应堆压力容器(RPV)和主安全壳(Primary Containment Vessel)(PCV)内部条件来制定程序。这需要在处理核燃料材料时充分考虑临界度(criticality)预防、防止氢气爆炸以及评估所有其他相关的安全相关功能。
计划将用充满水的PCV实施燃料碎片回收程序，以便屏蔽辐射并防止放射性材料的扩散。为了在PTS程序期间保持亚临界度，IF燃料碎片将被固定在具有受控内径的罐中。
一旦燃料碎片已被安全地包装在燃料碎片罐中，一些水也可能被容纳在罐内。因此，通过水的辐解生成氢气是可能的。为了防止在操纵燃料碎片罐时氢气爆炸，罐包括网型过滤器，以允许释放罐中如此生成的任何氢气。可以认为，来自燃料碎片的核裂变材料可以与氢气一起从该过滤器中释放。具有过滤器的燃料碎片罐必须设计成即使核裂变材料从罐中释放也保持亚临界度(例如，在湿池环境(wet pool environment)中)。部署设备以带走从罐中释放的氢气和核裂变材料也是可能的。
A.过程概述
以下是碎片包装和装载的碎片罐的随后管理的概述。
1.罐装载
将燃料碎片装载到罐中将在反应堆压力容器附近执行。填充之后，盖将被放置在罐上(不是螺栓连接的(not bolted))，并且然后该罐将通过现有的水通道被转移至反应堆乏燃料池。如有必要，中子监测器定位在罐装载站附近将是可行的，以推断装载期间罐的反应性(reactivity)，从而确保碎片的装载不会违反规定的临界度界限。此外，便携式称重平台应该是可行的，使得如果规定的重量限制将被违反时，可以停止碎片的装载。
填充的罐将被接收在反应堆乏燃料池中并定位在将容纳五个罐的架子(rack)中。这些架子将是金属外包装内部使用的筐，该金属外包装随后将首先装载到转移桶中，甚至随后有可能装载到运输桶中，并且最后装载到通风混凝土干储存桶中，以用于长期的临时储存。
此时，罐内部的碎片将完全浸入水中，并且水解将导致氢气的生成。罐将包括通风管，以允许释放这样的氢气，并且这将使罐能够连接到外部氢气/废气处理和收集设备。应该有足够的占地面积以将这样的设备定位在反应堆乏燃料池附近，并且其主要功能将如下：(a)来自罐的气体和湿蒸汽将首先进入旋风汽水分离器(Cyclone MoistureSeparator)；(b)剩余气体将被引导至双过滤器监测组件(DFMA)；(c)过滤的气体将被收集在集气总管(Gas Collection Header)(GCH)中；以及(d)收集的气体将被排放到厂房通风系统(PVS)。
碎片罐将包括用于在对罐进行排水和/或清洗时使用的第二贯穿管线(secondpenetration line)。在该初始储存阶段期间，如果氢气的生成出于任何原因增加至超过爆炸下限(LEL)浓度，则该第二管线将实现用氦气清洗。来自罐的每条管线都将受到监控，以便对任何不可接受的操作条件提供警报。
2.反应堆乏燃料池：碎片罐的排水和干燥
在认为合适的情况下并且当认为合适时，每个容纳五个碎片罐的筐将被转移到反应堆乏燃料池中的另一个位置(罐处理站)，在那里五个罐的组将连接到外部罐处理系统。这将排出每个罐中的水，并且然后将用处于约150摄氏度的氦气清洗每个罐，以便排出几乎所有的湿气。一旦完成该项，如有必要，则五个罐的筐可以返回到其在池中的原始储存位置，在那里该筐可以再次连接到外部气体去除和处理系统。该筐可以保留在那里，直到实施转移到另一个储存位置的时候。在这种相对干燥的条件下，通过水解生成的氢气将大大减少。可替代地，罐可以立即包装在外包装和转移桶中，以从反应堆乏燃料池移除碎片罐。
3.转移出反应堆乏燃料池
在转移出反应堆池之前，筐将被装载到金属外包装中，金属外包装本身已经被装载到转移桶中。此时，外包装将安装有临时屏蔽盖。经由该临时盖中的穿透，罐上的排水管线将被关闭，并且外部过滤器将被附接到废气贯穿管线。临时盖将由最终封闭盖代替，最终封闭盖是螺栓连接或焊接设计，这取决于碎片管理中的预期的下一个阶段。如果意图是进行现场转移，例如转移到公共AFR(远离反应堆)湿池，那么封闭盖将被螺栓连接。如果意图是直接转移到AFR(离场(off-site))临时干储存，那么封闭盖将被焊接。
焊接封闭件将包括用于离场运输阶段的简单封闭板。一旦处于储存位置，这将由外部过滤器代替。如果要将罐从外包装取出并再次储存在湿池环境中，则螺栓连接的封闭件可以仅包括简单的盖板。可替代地，如果担心转移期间可能出现明显的时间中断，那么其也可以包括外部过滤器。
在进入下一个操作阶段(湿池或干储存)之前，金属外包装将被排水和干燥。
4.碎片罐的主要特征
公开了两种罐的变型。第一种是开放式结构，没有内部子部分以促进装载碎片，并且与将用较小直径的罐实现的填充密度相比最终具有预期的更高填充密度。第二种包括十字形内部分隔板(sub-divider)，以应对从反应堆芯回收任何大体上完整的燃料组件的情况；(分隔板将帮助促进方便地装载多达四个这样的完整的或部分完整的燃料装配件)和/或处理可能具有高于估计平均碎片混合物的浓缩铀浓度的碎片，这在开放式罐设计中可能不是亚临界的。应注意的是，开放式结构可以利用穿孔柱形插入件用于极细小的碎片。本文件稍后将提供用于所提议的罐尺寸的基础以及如何可以确保亚临界度的全部细节。
在罐被排水、干燥和包装在外包装中之前，这些罐将不包括任何类型的整体式过滤器。在碎片管理的这些阶段期间，在合适的情况下并且当合适时，将专门使用外部安装的过滤器。
罐可以结合氢气吸收材料或其他氢气控制装置。任何这样的集氢器(hydrogengetter)将被评估以用于管理从碎片中释放的氢气，并根据需要被结合。
B.亚临界度的保证
已经估计了要被回收并装载到罐中的混合碎片中将包含的多种材料的量。对于仍可能定位在压力容器内部的碎片，这将倾向于主要是与一些金属结构材料(燃料包层、BWR通道、BWR组装部件、可能的控制棒叶片和可能的一些反应堆结构材料)混合的铀。对于已经穿透压力容器并落到混凝土安全壳的基部上的碎片，混合物预期包括混凝土和一些额外的钢和其他金属(来自类似于压力容器、下部堆芯板和压力容器下方的控制棒驱动机构的物质)。
为了执行最佳计算，将有必要从堆芯碎片中取样，可以对该样品进行分析，以提供关于典型成分或可能预期的成分范围的准确信息。在缺乏此类信息的情况下，已经基于表A中呈现的近似信息、基于UO2与碳钢以多种看似合理(plausible)的比率的假设混合执行初步计算。
表A
材料 kg
燃料束中的UO<sub>2</sub> 200
每束的部件(包括通道) 90
控制棒的部分(每根100kg并且每4束1根) 25
碎片混合物中的混杂的其他材料 50
每个初始燃料组件束的总量 365
总碎片材料中UO<sub>2</sub>的百分比 55％
事故发生的时候，堆芯中的铀的平均浓缩度(enrichment)假设为3.7％的U235。这是用于装载到堆芯中的新组件的典型平均组件浓缩度。单独的棒和球团将具有高达4.95％的U235的初始浓缩度。在实践中，堆芯中的一些燃料将经历显著的燃耗，因此在评估反应性的方面中，平均3.7％的假设被认为是保守的假设。
已经在假设铀和其他材料以不同比率的均匀混合物的极其保守的假设下执行初始临界度计算。0.95的Keff值用作+2σ水平下的最大允许反应性。在55％的UO2含量的情况下，在这些保守条件下，当大约250升的碎片已装载到罐中时，反应性达到峰值，刚好低于Keff＝0.95的极限。随着更多碎片的加入，排除水(减速剂(moderator))，然后反应性稍微降低。
然而，如果UO2在碎片混合物中的部分增加到60％，那么当大约200升的碎片已装载到罐中时，估计超过了0.95的极限。这将是不可接受的，即使反应性系数将随着罐被填充得更多而降低。由于估计的55％的UO2的部分受到很大的不确定性，所以显然，这种初步临界度评估在关于用1F碎片填充罐的能力方面留下了相应的不确定性。
然而，实际上，回收并传送用于装载到罐中的碎片预期是以已经在高温下熔融的相对大的材料片(pieces of material)的形式。换句话说，罐中的碎片/水混合物将是高度不均匀的。因此，已经在假设碎片和水的不均匀混合物的情况下执行计算，其中碎片的片具有各种物理形式。利用这些更现实的假设，已经计算出罐可以以从大约55:45到大约70:30的任何比率完全装载有UO2和其他材料，并且Keff达到不超过大约0.5，远低于0.95的极限值。
然而，人们认识到，具有高于所有碎片的平均值的浓缩铀浓度的碎片可以回收并传送用于装载到单独的罐中。在这个限度内，可以存在完全浓缩铀材料的热点。对于纯浓缩铀，在不违反反应性限制的情况下，可以装载到罐中的最大量将很小。这将被所提议的中子监测设备发现，为操作者提供警报。
此时，将需要就如何继续进行做出决定。一种选择将是只装载相对少量的高铀含量碎片，这意味着罐容积将未得到充分利用。这在技术上将是可接受的，但是将产生经济损失(购买、操纵、运输和储存更多的罐)。一种替代方案将是将这种材料装载到改进设计的罐中，如下文所述为十字形设计。
C.实施方案
图1A是本公开的罐10的第一实施方案(开放式设计)的透视图，并且通常由参考数字10a表示。罐10a具有在顶端13和底端15之间延伸的长形圆柱形主体11。在底端15处有焊接到主体11的平坦底部部分。顶端13处的开口顶部被设计成接收圆形平坦盖17，该圆形平坦盖17可以焊接或螺栓连接到主体11。
在优选实施方案中，封闭盖是单件式盖设计，其使用锥形螺栓固定到罐10a，锥形螺栓可以使用长手柄水下工具操作。使用抓斗工具接合和操纵封闭盖17，抓斗工具也可以用于操纵罐10a。一旦封闭盖17被完全安装并且所有螺栓被适当扭转，则封闭盖17可以与抓斗工具接合，以便于操纵装载的罐。
封闭盖17通过使用适用于设计构型的o形环被密封到上部头部。罐10a适应来自容纳的燃料碎片的废气的连续通过。因此，不需要传统的防漏密封构型(leak tight sealingconfiguration)。然而，由于罐10a将在水下储存的事实，需要防水构型。罐10a具有不大于大约49.5cm或大约19.5英寸的直径，以及不大于大约381.0cm或大约150.0英寸的内部轴向长度，使得放射性碎片不能达到核临界度(或不期望的核反应)。换句话说，燃料碎片被切成小片，并且这些片必须足够小以装到罐10a中，该罐10a确保这些片将不会达到不希望的核临界度。此外，假设每个罐10a中的放射性碎片包含不大于大约100kg的二氧化铀(UO2)燃料量，并且UO2燃料的初始浓缩度不大于大约3.7％。进一步假设罐10a分别以从55:45至70:30的任何体积比完全装载有UO2燃料和一种或更多种其他非放射性材料(例如碳钢)。进一步注意，在罐10的第一实施方案中不需要中子吸收器来避免不希望的核临界度。
图1B是本公开的罐10的第二实施方案(十字形或分区设计)的透视图，并且通常由参考数字10b表示。罐10b具有在顶端13和底端15之间延伸的长形圆柱形主体11。在底端15处有焊接到主体11的平坦底部部分。顶端13处的开口顶部被设计成接收圆形平坦盖17，该圆形平坦盖17螺栓连接到主体11。与图1A的罐10a不同，罐10b还包括通量阱19，通量阱19具有多个辐条(spoke)20，辐条20具有从中央长形毂支撑件23向外延伸的内部通道21或腔穴。当罐10b在水中时，这些通道21填充有水，并且当罐10b从水中取出并允许排水时，这些通道21填充有空气。通量阱19具有十字形横截面，如图2中所示出的。矩形通道21的横截面宽度或间隙优选地不小于大约2.54cm或大约1.0英寸。将间隙减小到大约0.75英寸产生大约0.938的最大Keff。1英寸的标称间隙产生大约0.907的最大Keff。此外，辐条的内壁包括中子吸收器(图6)。间隙和中子吸收器的组合适应燃料碎片的满装载，即使假设所有铀材料以铀与水的最佳比例(即最大反应性配置)具有3.7％的U235。因此，在该实施方案中，罐10b可以容纳放射性碎片，该放射性碎片具有以任何初始浓缩度和与一种或更多种其他材料的任何体积比的任何量的二氧化铀(UO2)燃料。
本质上，通量阱19和中子吸收器减慢中子，使得中子太慢而不能在非热化条件下有意义地影响裂变过程。当罐10b在水中时，通量阱19尤其重要。由于通量阱19，罐10b具有四个分区，每个分区可以接收燃料碎片，诸如堆芯熔化物，或者可替代地，在任何条件下多达四个核燃料棒组件(不同于第一实施方案，其不被设计成包含这样的组件)。罐10b具有不大于大约49.5cm或19.5英寸的直径，以及不大于大约381.0cm或大约150.0英寸的内部轴向长度，使得放射性碎片不能达到不希望的核临界度。
图2是相应的具有其盖17的图1的罐10的俯视图。图3是具有其盖17的图1B的罐10b的第二实施方案的横截面视图。罐10a的第一实施方案看起来相似，除了它不包括通量阱19。
图4是沿图3的截面线F-F截取的图1B的罐10b的第二实施方案的横截面视图。
图5和图6是沿图3的截面线G-G截取的图1A和图1B的罐10的第一和第二实施方案的横截面视图。图7是图5的细节H-H的横截面视图，示出了碎片筛网。如图1B所示，与罐10b相关联的通量阱19可以可选地在其通道21的内壁上包括中子吸收器，中子吸收器由合适的保持器保持在合适的位置。
图8是图2的细节I-I的横截面视图，示出了碎片密封件。图9是图2的细节J-J的横截面视图，示出了用于罐抓斗的凹部。
图10中示出了与盖17接合的上部封闭头部18的细节。内壳和外壳在顶端13处由上部头部环(upper head ring)密封。内壳和外壳之间的空间提供了安装通风口连接件和排水口连接件的方法。通风口连接件是必要的，以处理废气并且将罐10连接到监控设备。通风口允许氢气从罐10中逸出，同时防止放射性气体，例如氪(Kr)、碘(I2)等逸出。逸出的气体进入外包装61(图17)，并且然后经由过滤器92(图24)逸出外包装61。该通风端口19a被配置成最小化辐射流，同时确保罐10的最上部被处理设备或监控设备接近。排水端口19b延伸到罐10的底部，以便于水的排出。上部封闭头部18为厚螺栓封闭盖17提供了安置表面(seating surface)，在优选实施方案中，为8.38cm或3.3英寸。
图11中示出了下部封闭座部25的细节。罐内壳在其底板中包含12个筛网孔口(screened hole)，以允许液体排出，但仍保留细小的碎片颗粒。要配合到这些孔口的筛网材料将保留尺寸上超过250微米的材料，该尺寸是用于这类应用的典型筛网尺寸。溢出的液体进入外包装61(图17)，并且然后从外包装61排出。通过这些筛网的任何较小的颗粒物质将在外部设备中被捕获和处理，当罐10处于池储存时，外部设备将连接到罐10。
对罐10的内腔的接近由完全独立于螺栓封闭盖17的通风端口配件和排水端口配件控制。如图14中图示的，每个端口配件是弹簧加载的提升阀式配件(poppet-stylefitting)27，其已经用于水下应用，在水下应用中，特别设计的快速联接器起着至关重要的作用。这种应用的示例有石油、汽油和其他深水项目，以及从最早的NASA项目开始在太空交通工具上运行的快速断开装置。
在完成罐10的排水和干燥之后，并且就在安装到外包装61(图17)中之前，过滤帽组件将安装在通风端口配件和排水端口配件两者上。这种类型的过滤器组件确保任何颗粒材料(小于1微米)将保留在罐10内，同时允许任何氢气或其他废气逸出罐10。
图13是筐30的透视图，筐30以平行构型沿着图1的多个罐10的长度围住和限制该多个罐10。在图13中，作为非限制性示例，筐30被示出为具有三个罐10a和两个罐10b。筐30具有多个间隔开的平行围栏板31，所述平行围栏板31限制多个长形圆柱形罐10。除了没有孔的底板33之外，围栏板31中的每一个具有多个圆形孔，以通过该圆形孔接收相应的罐10。多个长形提升杆35围绕筐30的周边均匀分布，并沿着多个长形圆柱形罐10延伸。提升杆35中的每一个具有顶端37和底端39。提升杆35中的每一个具有定位在顶端37处的眼钩(eyehook)41。杆35附接到板31和33。
图15是可以用于移动罐10以及盖17的四腿罐抓斗29的透视图。罐抓斗29具有多个腿41，在该示例中总共为四个腿，并且该四个腿从圆形平坦主体42向下延伸。如所示出的，腿41中的每一个是C形的。罐抓斗29经由从主体42向上延伸的眼钩组件44中的眼44连接到高架起重机系统。理想情况下，使用延伸梁将抓斗连接至高架起重机吊车(overhead cranehoist)(以便保持起重机吊钩干燥)，但这取决于是否有足够的高架高度用于当前安装在讨论中的反应堆处的起重机装置。高架起重机吊车吊钩应该具有旋转装置，用于将起重机吊钩旋转到所需的极坐标位置。罐抓斗29下降，使得罐抓斗29的腿41分别进入罐10或罐封闭盖17上的L形狭槽48和50中。一旦下降到合适位置，罐抓斗29将旋转以将抓斗腿上的爪(dogs)与罐10或罐盖17上的对应的开口接合。一旦罐10或罐盖17已经被重新定位到期望的位置，则通过首先将罐抓斗29沿另一旋转方向旋转并且然后将罐抓斗29提升并移开而使罐抓斗29从狭槽48或50脱离。
图16是可以用于提升图13的筐30的筐多脚架抓斗45的透视图。筐多脚架抓斗45具有多个臂47，在该示例中总数目为五个，并且该多个臂47从中央主体53向外延伸。五个臂47中的每一个具有L形的、向外开口的钩49，该钩49被设计成接合相应的提升杆眼钩41，使得筐30可以被提升和移动，例如，使得筐30可以被放置在外包装61中或者从外包装61移除(图9)。此外，多脚架抓斗45具有从中央主体53向上延伸的提升眼组件(lifting eyeassembly)55。眼57可以由高架起重机(未示出)使用以移动多脚架抓斗45以及附接的筐30。
图17是不具有其盖的外包装61的透视图，其中放置了图13的筐30。外包装61具有在顶端65和底端67之间延伸的长形圆柱形主体63。在底端67处有焊接或螺栓连接到主体63的平坦底部部分。顶端65处的开口顶部被设计成接收圆形平坦盖69，该圆形平坦盖69的第一和第二实施方案在图18A和图18B中示出，并由相应的参考数字69a和69b表示。盖69a和69b中的每一个具有多个孔口71以及多个螺纹孔口73，空气或水穿过多个孔口71，多个螺纹孔口73提供了用于使高架起重机能够利用例如提升吊耳(lug)来移动具有所容纳的筐30和罐10的外包装61的装置。图18A的盖69a被设计成焊接到主体63。作为替代方案，图18B的盖69b被设计成经由螺栓孔口75螺栓连接到主体63。螺栓(未示出)穿过盖69b中的相应的孔口75，并且然后进入相应的螺纹组件77中，如图17所示，螺纹组件77焊接或以其他方式附接到主体63的内部。在一些实施方案中，在盖69a或69b放置在外包装61上之前，可膨胀密封件可以围绕盖69a或69b的周边定位。
图19是具有外包装61的容器90的透视图，外包装61容纳筐30，筐30容纳罐10。容器90示出为具有焊接的盖69a(图18A)。容器90还示出为具有过滤器92，当容器90处于储存配置时使用该过滤器92。
图20是图19的容器90的俯视图。图21是沿图20的截面线A-A截取的图19的容器90的横截面透视图。图22是沿图20的截面线A-A截取的图19的容器90的横截面视图。
图23是沿图22的截面线B-B截取的图19的容器90的横截面视图。在该示例中，筐30示出为具有三个罐10a和两个罐10b。容器90示出为具有盖板94，当容器90处于运输配置时使用该盖板94。
图24是示出了当容器90处于储存配置时图21的细节C-C的局部放大视图，其涉及具有排水管线96的过滤器92的使用。
图25是示出了当容器90处于运输配置时图21的细节C-C的局部放大视图，其涉及盖板94的使用。
图26是示出了图21的细节D-D的局部放大视图，其涉及与容器10的外包装盖69相关联的可膨胀密封件98。
尽管不限于这种设计选择，但是在优选实施方案中，基于其长期耐腐蚀性和其合理成本，与罐10、筐30和外包装61相关联的所有部分由金属制成，诸如不锈钢。
穿孔柱形插入件
图27是长形穿孔柱形插入件100的透视图，当罐10a接收更细等级的材料(与更粗糙的材料相对)的形式的危险碎片时，该插入件可以放置在图1A的罐10a中的一个或更多个内。图28是图27的插入件的顶部部分和底部部分的局部放大视图。产生碎片柱的插入管结构与管穿孔和筛网相组合，暴露出更多的碎片表面积，从而能够更容易地从碎片中去除液体，主要是水。罐10a的内部可以经受真空条件，从而导致液体(主要是水)从碎片中蒸发并有效地干燥碎片。
当碎片是以更细小的形式(不太粗糙的形式)的堆芯熔化物型碎片时，穿孔柱形插入件100特别有用。利用这种类型的碎片，干燥过程更具挑战性。使用穿孔柱形插入件100还具有降低核临界度的风险的优点，因为裂变内容物更有组织性。
更具体地说，就结构而言，穿孔柱形插入件100具有多个长形圆柱形管102，在本实施方案中为七个，这些长形圆柱形管沿着它们的长度在罐10a的内部是平行的。管102可以通过任何合适的机构保持在一起。在优选实施方案中，管102通过圆形顶缘105和圆形平坦底板107保持在一起。在顶部处，管102配合到相应的向下延伸的圆形插口112中并且焊接在插口112中，圆形插口112具有略大于管102的直径的直径。在底部处，管102焊接到底板107。碎片可以经由顶缘105中的多个圆形开口114插入管102中。
管102中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的侧壁104，并且具有多个、优选地许多个穿孔106。管102中的每一个用筛网109包裹，出于说明的目的，筛网109的一部分在图27中示出(筛网109在图28中未示出)。筛网109具有小于穿孔106的筛网网眼尺寸，并且在优选实施方案中，筛网网眼尺寸为大约100微米至大约250微米。穿孔106和筛网可以采取任何合适的形状和几何形状。在优选实施方案中，筛网用包裹的支撑结构108保持在管102中的每一个上。在其他实施方案中，包裹的支撑结构108可以被去除。在这些其他实施方案中，筛网109结合或安装到管102的内部或外部，或者制成为管102的整体式部分。穿孔106和筛网一起使得气体能够通过侧壁流到插入件100的外部和罐10a的内部表面之间的区域，并且然后流出罐10a，以使液体能够从放射性碎片中蒸发。它们还有效地容纳了碎片，使得碎片不会进入该区域。在某种意义上，筛网109限定穿孔106的尺寸，以实现这种容纳功能。
D.变化和修改
应当强调的是，本发明的上述实施方案，特别是任何“优选的”实施方案，仅是实施方式的可能的非限制性示例，仅为了清楚理解本发明的原理而阐述。可以对本发明的上述实施方案作出许多变化和修改，而实质上不背离本发明的精神和原理。所有的这样的修改和变化意图在本文被包括在本公开和本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种容器，其用于安全储存放射性碎片使得所述放射性碎片不能达到临界度，所述容器置于水中或空气中，所述容器包括：
外包装，所述外包装具有在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体、在所述底端处的平坦底部部分和在所述顶端处的圆形平坦盖；
筐，所述筐位于所述外包装的内部；
多个长形圆柱形罐，所述多个长形圆柱形罐沿着它们的长度通过所述筐保持平行，所述罐中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体、位于所述底端处的平坦底部部分和位于所述顶端处的圆形平坦盖；
长形穿孔柱形插入件，所述插入件位于所述罐中的至少一个罐的内部，所述插入件具有多个长形圆柱形管，所述管沿着它们的长度在所述至少一个罐的内部是平行的，所述管中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的侧壁并且具有多个穿孔；
筛网，所述筛网与每个管的所述侧壁相关联，以限定所述穿孔；
所述放射性碎片的多个柱，所述放射性碎片的所述柱位于所述插入件的相应的管中并由所述插入件的所述相应的管产生，所述放射性碎片的所述柱包含一定量的二氧化铀(UO2)燃料；以及
其中所述穿孔和所述筛网相组合，使得气体能够流过所述侧壁，以使液体能够从所述放射性碎片蒸发，同时将所述碎片的柱充分容纳在所述管内。
2.如权利要求1所述的容器，其中所述罐具有不大于约49.5厘米(cm)的内径和不大于约381.0cm的内部轴向长度，并且其中所述放射性碎片包含不大于约100千克(kg)的二氧化铀(UO2)燃料的量，并且所述二氧化铀(UO2)燃料具有不大于约3.7％的所述UO2燃料的初始浓缩度。
3.如权利要求1所述的容器，其中所述插入件和所述罐完全用不锈钢制成。
4.如权利要求1所述的容器，其中所述筐还包括：
多个间隔开的围栏板，所述围栏板限制所述多个长形圆柱形罐，所述围栏板中的每一个具有多个圆形孔，所述孔中的每一个具有穿过其的相应罐；以及
多个长形提升杆，所述杆围绕所述筐的周边均匀分布并沿着所述多个长形圆柱形罐延伸，所述杆中的每一个具有顶端和底端，所述杆附接到所述板。
5.如权利要求1所述的容器，其中所述罐中的每一个和所述外包装在其相应底端处包括相应的过滤排水口，以使液体能够从所述容器排出。
6.如权利要求1所述的容器，其中所述罐中的每一个和所述外包装在其相应顶端处包括相应的过滤通风口，以使空气和氢气能够从所述容器逸出，同时防止放射性气体从所述容器逸出。
7.一种罐，其容纳放射性碎片，所述罐包括：
在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体、位于所述底端处的平坦底部部分以及位于所述顶端处的圆形平坦盖；
长形插入件，所述插入件位于所述罐的所述主体的内部，所述插入件具有在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体，所述插入件具有多个长形圆柱形管，所述管沿着它们的长度在所述罐的内部是平行的，所述管中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的侧壁，所述侧壁具有多个穿孔；
筛网，所述筛网与每个管的所述侧壁相关联，以限定所述穿孔；
所述放射性碎片的多个柱，所述放射性碎片的所述柱位于所述插入件的相应的管中并由所述插入件的所述相应的管产生，所述放射性碎片的所述柱包含一定量的二氧化铀(UO2)燃料；以及
其中所述穿孔和所述筛网相组合，使得气体能够流过所述侧壁，以使液体能够从所述放射性碎片蒸发，同时将所述碎片的柱充分容纳在所述管内。
8.一种容器，包括：
如权利要求7所述的罐；
筐，所述筐容纳所述罐以及具有放射性碎片的多个其它罐；以及
外包装，所述外包装容纳所述筐。
9.如权利要求8所述的容器，其中所述筐还包括：
多个间隔开的围栏板，所述围栏板限制所述多个长形圆柱形罐，所述围栏板中的每一个具有多个圆形孔，所述孔中的每一个具有穿过其的相应罐；以及
多个长形提升杆，所述杆围绕所述筐的周边均匀分布并沿着所述多个长形圆柱形罐延伸，所述杆中的每一个具有顶端和底端，所述杆附接到所述板。
10.如权利要求9所述的容器，其中所述罐中的每一个和所述外包装在其相应底端处包括相应的过滤排水口，以使液体能够从所述容器排出。
11.如权利要求9所述的容器，其中所述罐中的每一个和所述外包装在其相应顶端处包括相应的过滤通风口，具有或不具有集氢器，以使空气和氢气能够从所述容器逸出，同时防止放射性气体从所述容器逸出。
12.如权利要求7所述的罐，其中所述罐具有不大于约49.5厘米(cm)的内径和不大于约381.0cm的内部轴向长度，并且其中所述放射性碎片包含不大于约100千克(kg)的二氧化铀(UO2)燃料的量，并且所述二氧化铀(UO2)燃料具有不大于约3.7％的所述UO2燃料的初始浓缩度。
13.如权利要求7所述的罐，其中所述插入件和所述罐用不锈钢制成。
14.一种穿孔柱形插入件，其容纳放射性碎片并设计用于插入罐中，所述插入件包括：
长形圆柱形主体，所述长形圆柱形主体在顶端和底端之间延伸，所述插入件具有多个长形圆柱形管，所述管沿着它们的长度在所述罐的内部是平行的，所述管中的每一个具有在顶端和底端之间延伸的侧壁，所述侧壁具有多个穿孔；
筛网，所述筛网与每个管的所述侧壁相关联，以限定所述穿孔；
所述放射性碎片的多个柱，所述放射性碎片的所述柱位于所述插入件的相应的管中并由所述插入件的所述相应的管产生，所述放射性碎片的所述柱包含一定量的二氧化铀(UO2)燃料；以及
其中所述穿孔和所述筛网相组合，使得气体能够流过所述侧壁，以使液体能够从所述放射性碎片蒸发，同时将所述碎片的柱充分容纳在所述管内。
15.一种罐，包括：
在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体、位于所述底端处的平坦底部部分以及位于所述顶端处的圆形平坦盖；以及
如权利要求14所述的插入件，所述插入件位于所述罐的所述主体内部。
16.一种筐，包括：
多个间隔开的围栏板，所述围栏板限制多个长形圆柱形罐，所述围栏板中的每一个具有多个圆形孔，所述孔中的每一个具有穿过其的相应罐；
多个长形提升杆，所述杆围绕所述筐的周边均匀分布并沿着所述多个长形圆柱形罐延伸，所述杆中的每一个具有顶端和底端，所述杆附接到所述板；以及
其中所述多个长形圆柱形罐包括如权利要求15所述的罐。
17.一种外包装，包括：
在顶端和底端之间延伸的长形圆柱形主体、在所述底端处的平坦底部部分以及在所述顶端处的圆形平坦盖；以及
如权利要求16所述的筐，其位于所述外包装的所述主体内。
18.如权利要求17所述的外包装，其中所述罐中的每一个和所述外包装在其相应底端处包括相应的过滤排水口，以使液体能够从所述容器排出。
19.如权利要求17所述的外包装，其中所述罐中的每一个和所述外包装在其相应顶端处包括相应的过滤通风口，以使空气和氢气能够从所述容器逸出，同时防止放射性气体从所述容器逸出。
20.如权利要求17所述的外包装，其中所述罐具有不大于约49.5厘米(cm)的内径和不大于约381.0cm的内部轴向长度，并且其中所述放射性碎片包含不大于约100千克(kg)的二氧化铀(UO2)燃料的量，并且所述二氧化铀(UO2)燃料具有不大于约3.7％的所述UO2燃料的初始浓缩度。
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