CN112334992B - 用于按重量计达20%的浓缩物的改进的uf6运输和处理容器(30w) - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种UF6运输和处理的容器，所述容器用于存储浓缩成按重量计达20％的235U、U量达1,500kg的UF6。该容器包括壳体，该壳体具有一体式热交换器，该一体式热交换器位于壳体的内表面/基板与外表面/基板之间。一体式热交换器包括用于使传热流体通过的金属通道孔隙。壳体形成内室，并且分隔构造定位于内室中，沿着容器的长度纵向延伸，以在内室中形成多个单独的隔室以存储UF6。可以通过增材制造方法来生产所述容器。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C§119(e)要求于2018年5月7日提交的序列号为62/667,690、标题为“IMPROVED UF6 TRANSPORT AND PROCESS CONTAINER(30W)FOR ENRICHMENTS UP TO20％BY WEIGHT(用于按重量计达20％的浓缩物的改进的UF6运输和处理容器(30W))”的美国临时专利申请的优先权，其在此通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于按重量计达20％的235U的浓缩物的改进的UF6(六氟化铀)运输和处理容器(30W)，本发明还涉及用于生产该容器的方法，该方法诸如是增材制造方法。
背景技术
当前，用于核燃料工业的UF6运输和处理容器(30B)容纳1,500kg的U(铀)，其中浓缩物被限制为按重量计5％的235U。这些UF6运输和处理容器不适用于按重量计达20％的235U的浓缩物。本文的表1显示了当前许可的UF6容器的特性。当前许可的用于运输按重量计20％的235U的最大容器是5A/B筒，其允许运输具有按重量计达100％的235U的浓缩物的UF6。但是，只允许5A/B筒容纳24.95kg的UF6或接近16.9kg的U。由于筒更换率高、对一批(fleet)很小的筒进行资本投资大、以及在集合包装(overpack)、高压釜和UF6转运站方面普遍缺乏后勤保障，因此这种很小的量经不起商业连续处理的应用。表1中所有剩余的筒都需要重新获得许可以适应按重量计20％的浓缩物。此外，由高镍合金制成小于30B的筒，这需要大量成本来部署一批小容器。
因此，在本领域中需要设计和开发新颖的UF6运输和处理容器，其容纳按重量计达20％的235U的浓缩物。优选的是，将这些新容器包含在当前的工业30B筒外壳内，以最大化地适用当前现有的UF6运输基础设施(外部接口尺寸、集合包装、索具和吊装)以及现有筒测试和设计数据。此外，优选的是，在重量、静态强度、动态强度、耐火性和耐摔性方面，新容器的设计尽可能接近当前的30B筒，以最小化或消除对广泛测试的需求，同时能够实现存储浓缩成按重量计达20％的235U的UF6，U量很接近或等于当前许可的1,500kg的30B筒(其限制为按重量计5％或更少的235U)。此外，从数十年的30B筒经验中汲取的操作经验已被整合到新设计中，以解决潜在和/或预期的与操作和安全相关的问题。30W筒设计中的一些改进包括：触及到阀和排放塞螺纹连接部以最小化弯曲或破损的可能性，并且包括一体式热交换器，以消除分别对提取产品和收集产品所需的外部加热和冷却的需求和提高其有效性。
发明内容
本发明提供了新颖的UF6运输和处理容器，其储存浓缩成按重量计达20％的235U、U量达1,500kg的UF6。
一方面，本发明提供了一种UF6运输和处理容器，其包括由金属材料制成的筒，该金属材料选自不锈钢、碳钢、镍合金、钛合金、铝合金、铁素体合金及它们的组合或合金。筒材料的内层可以掺有B4C(碳化硼)，并且可选地富集10B同位素或充当中子毒物的其他合适和兼容的材料，从而提供了运输浓缩成按重量计达20％的235U的UF6的容器。掺杂有中子吸收体材料(诸如B4C)的材料将在暴露的内表面和外表面上具有未掺杂合金的包层，以防止吸收体材料被UF6或外部环境腐蚀/冲刷。
在优选实施例之一中，筒包括具有外壁和内壁的壳体。金属材料从外壁连续地延伸到内壁，其中的一部分包括吸收体层(例如，金属/B4C基体)和一体式热交换器(例如，具有用于使传热流体通过的金属通道/孔隙)。壳体形成内室，在该内室内具有“轮毂和轮辐”构造，该构造构建成形成用于容纳/存储UF6的多个隔室，通过在内部结构中存在吸收体来使隔室的中子尺寸最小化。轮毂和轮辐的壁沿筒的长度方向纵向延伸。这些壁是由连续延伸穿过其中的金属材料构造而成，其中的一部分包括吸收体层(例如，金属/B4C基质)。轮辐的壁将具有形成于其中的穿孔(例如开口)，以平衡UF6气体压力和各内室之间的液位并减轻重量。用于30W筒的内部结构的其他实施例包括但不限于嵌套的筒或多边形体，它们都具有减少可驻留在整个筒内的浓缩UF6的质量的作用，而又无需插置介入的吸收体结构，从而使30W筒的中子物理学和临界性方面类似于带有插置的吸收体的嵌套安全几何形状的室，以最小化从一个室到另一个室的任何中子倍增或反射。
附图说明
从结合附图阅读以下优选实施例的描述可以获得对本发明的进一步理解，附图中：
图1是根据本发明某些实施例的30W筒容器的示意性平面图；
图2是根据本发明某些实施例的图1所示的筒壁1的示意性细节；
图3是根据本发明某些实施例的图1中所示的轮毂壁9的示意性细节；
图4是根据本发明某些实施例的图1中所示的轮辐11之一的示意性细节；
图5是根据本发明某些实施例的图1所示的30W筒容器的示意性立面图；
图6是根据本发明某些实施例的图1和图5所示的30W筒容器的示意性细节；
图7是根据本发明某些实施例的图2所示的一体式热交换器17的展开图的示意性细节；和
图8是根据本发明某些实施例的图2和图7所示的一体式热交换器17的侧视截面图的示意性细节。
具体实施方式
本发明涉及改进的UF6运输和处理容器(30W)，所述容器用于按重量计达20％的235U的浓缩物，本发明还涉及用于生产该容器的方法，该方法诸如是增材制造方法。本发明使用新颖的设计和材料来提供改进的UF6运输和处理容器(30W)，用于按重量计达20％的235U的浓缩物，而无需考虑被限制以装配在当前工业的30B筒外壳内的慢化剂的排出，以最大化地适用当前现有UF6运输基础设施，诸如外部接口尺寸、索具和吊装、集合包装以及现有筒机械和跌落测试与设计数据。30W筒在重量、静态强度、动态强度、耐火性和耐摔性方面的设计特别地尽可能接近当前技术的30B筒，以最小化或消除对广泛测试的需求，同时使得能够存储浓缩成按重量计达20％的235U的UF6，其U量接近或等于当前许可的1,500kg的30B筒，所述30B筒被限制为按重量计5％或更少的235U。
新容器(30W)的构造材料可以从各种已知的材料中选择，所述材料包括不锈钢、碳钢、镍合金、钛合金、铝合金、铁素体合金及它们的组合或合金。在某些实施例中，优选的构造材料是铝合金或不锈钢合金。与现有技术中已知结构的当前碳钢材料相比，这些材料具有更高的耐腐蚀性。此外，这些材料中的两者在B4C掺杂方面都具有经证实的经验，其可选地富集充当中子毒物的10B同位素，从而使得实现浓缩到按重量计达20％的235U的增加，同时大大增加了允许在容器中安全运输的UF6的质量。10B同位素可以包含在B4C中、处于从天然(19.8原子百分比)到完全富集(100％)10B的10B同位素富集范围内。B4C掺杂的材料可以可选地富集10B同位素或富集与基础合金材料相容的其他这样的中子吸收体材料。
根据本发明的容器(30W)由于以下需求而期望使用增材制造来制造：1)临界安全性所需的耐腐蚀、奇特的中子吸收体基质材料；2)消除所有缝焊以消除与焊缝相关的周期性检查要求的目标；3)在每个筒中包括一体式热交换器以使筒内的UF6产品升华和去升华的目标，以及4)包括设计改变以解决从现有技术的30B筒所吸取的操作教训的目的，包括但不限于凹入式阀门和排放塞连接。增材制造还可以实现完成这些设计目标所需的复杂形状和形式。
容器包括形成外壁和内室的圆柱形壳体。壳体由多层合成物/复合物制成，所述多层合成物/复合物包括：均由金属或金属合金构成的内部壳体表面/基板和外部壳体表面/基板、一体式热交换器和一层或多层掺杂有中子吸收材料的金属合金层，该中子吸收材料处于一体式热交换器的两侧，这有效地最小化中子外部反射的影响，以及最小化对被一起运输或存储的多个筒的影响和对这些筒之间中子传输的影响。30W容器的设计还包括内部特征，这些内部特征在筒内部提供固定的吸收体材料，从而具有将筒内的室的中子尺寸减小到在几何形状上安全尺寸以最大化保持在30W筒内的浓缩物的效果。在所有实施例中，30W筒的标称外径为28英寸，以保持与现有技术30B筒相关的现有工业基础设施的兼容性。内室的内径将小于现有技术的30B筒的内径，如先前所述，其对于多层壳体合成物/复合物来说是必需的。筒的内室的优选实施例包括“轮毂和轮辐”构造(例如，货车车轮结构)。这些内部特征提供了额外的固定吸收体，以安全地运输按重量计达20％的235U，还为筒壁和封闭拱顶提供了额外的静态和动态强度，而且还用作散热片，以将热量传入筒和从筒中传出，以便分别升华和去升华所包含的UF6。
相对照地，现有技术中已知的当前30B筒由筒内的中空室组成，并且缺少改进的30W容器的轮毂和轮辐构造。与30B筒相比，轮毂和轮辐构造给30W筒提供了提高的机械强度和稳定性。
图1示出了根据本发明某些实施例的30W筒容器的平面图。如图1所示，筒包括具有外壳体3和内壳体5的筒壁1。外壳体3形成筒的外表面。内壳体5被构造为形成内室7。圆柱形轮毂壁9和多个轮辐11位于内室7中。轮毂壁9包括外壳体23和内壳体25，并且每个轮辐11包括外表面31和内表面33。每个轮辐11从轮毂壁9的外壳体23径向延伸到筒壁1的内壳体5。轮毂壁9和轮辐11沿着筒的纵向长度延伸(如图6所示)，并且构造成在内室7内形成单独的隔室13。轮毂壁9在其中(例如，在圆筒的中央)形成空腔或空间10。多个隔室13(例如，包含UF6，未示出)不彼此液压隔离。例如，轮毂壁9和/或轮辐11可以由具有穿孔41(如图6所示)的材料构成，使得隔室13之一可以与内室7中的相邻隔室13连通。例如，UF6气体可通过分别在轮辐11的外表面31和内表面33中形成的穿孔41从隔室13中的一个连通至另一个。
图2是图1中的筒壁1的详细平面图。筒壁1通常由金属制成。如上所述，金属可以选自不锈钢、碳钢、镍合金、钛合金、铝合金和铁素体合金。如图1和图2所示，筒壁1包括各由金属构成的外壳体3和内壳体5。金属外壳体3形成筒壁1的外表面。金属内壳体5形成筒壁1的内表面。金属(例如，铝合金)从外壳体3连续地延伸到内壳体5，一部分在其中结合了吸收体层15(例如，铝合金/B4C基体)和具有通道孔隙35(如图7所示)的一体式热交换器17(诸如铝合金)。如图2所示，热交换器17可以插置在吸收体层15之间。热交换器17的通道孔隙35可以具有各种形状。在某些实施例中，螺旋式热交换器具有正方形的孔隙。在不受任何特定理论的束缚的情况下，相信在可用于生产金属筒壁1的增材制造工艺(例如，三维印刷)中很容易形成正方形。通道孔隙35将携带流体，所述流体用于将热量传递到30W筒或从30W筒移走热量，例如蒸汽、冷/热水、氟利昂以及其他能够在合理压力下进行加热和冷却两者的类似流体，这些合理压力也与构造的筒材料兼容。
外壳体3用作一体式热交换器17的保护层。内壳体5用作UF6的压力边界，UF6可以存储在筒的内室7的隔室13中。
图3是图1中的轮毂壁9的详细平面图。轮毂壁9通常由金属制成。如上所述，金属可以选自不锈钢、碳钢、镍合金、钛合金、铝合金和铁素体合金。如图3所示，轮毂壁9包括金属层19和吸收体层21，该吸收体层21分别位于外壳体23和内壳体25之间。如图3所示，金属(例如，铝合金)从外壳体23(例如轮毂壁9的一端)连续地延伸到内壳体25(例如轮毂壁9的相对端)，其中这种金属的一部分具有插置在其中的吸收体层21(例如，铝合金/B4C基体)。
图4是图1中的轮辐11之一的详细平面图。每个轮辐11通常由金属制成。如上所述，金属可以选自不锈钢、碳钢、镍合金、钛合金、铝合金和铁素体合金。轮辐11包括金属支柱/散热片27和位于外表面31与内表面33之间的吸收体层29。如图4所示，金属(例如，铝合金)从支柱/散热片27的外表面31(例如，一端)连续地延伸到支柱/散热片27的内表面33(例如，相对端)，其中这种金属的一部分具有插置在其中的吸收体层29(例如，铝合金/B4C基体)。
图5是图1中的筒的立面图。如图5所示，轮毂壁9和形成在其中的空间10位于筒的内室7的中心，并且内室7的其余部分围绕(例如环绕)轮毂壁9形成，例如形成在筒壁1的外壳体23和内壳体5(例如，其包括隔室13)之间并沿筒的长度方向纵向延伸。此外，在筒的最左侧和最右侧示出了筒壁1，并且填充阀43位于筒的顶部以允许填充内室7。
图6是图1中的筒的详细立面图。如图6所示，由轮毂壁9形成的空间10位于筒的中心，轮辐11定位成从轮毂壁9沿径向延伸，并沿筒的长度纵向延伸。在图5中，每个轮辐11均由其中形成有穿孔41的材料构成。此外，在筒的最左侧和最右侧示出了筒壁1。
图7是图2所示的一体式热交换器17的详细展开图，在图2中，图的左侧与右侧以相同的高度相连。一体式热交换器包括入口37、出口39和在入口37和出口39之间延伸的通道孔隙35。用于传热的流体通过入口37进入一体式热交换器17，流动通过通道孔隙35，并且通过出口39离开一体式热交换器17。图8是图2所示的一体式热交换器17的详细侧视截面图，所述一体式热交换器17包括穿过其中的通道孔隙35。
在某些实施例中，30W筒是在接口方面与当前工业标准30B筒相同的外包装。这种设计约束使集合包装、物料搬运和存储架的当前基础设施的价值最大化。该30W筒的实施例还包括一体式热交换器，该一体式热交换器用于替代对单独的高压釜的需要，该高压釜通过驱动升华来加热筒以提取产品，或者该一体式热交换器用于替代制冷设备和容器以在浓缩产品填充站处填充热液体UF6时冷却圆筒，或者作为冷阱去升华气态UF6来冷却圆筒，其可在浓缩级联反应或作为其他需要从处理中排出气态材料的UF6处理中在各个位置处使用。一体式热交换器通过热交换器壁和外部筒壁结构与UF6产品完全隔离。包括一体式热交换器以防止充满蒸汽的高压釜发生潜在的临界性事件，并通过驱动升华来加速加热筒以提取产品的过程或通过制冷设备和容器来固化产品以用于运输。30W筒还包括内部结构，这些内部结构将用作增加强度和刚度的结构构件、固定的吸收器和散热片的组合，以将热量传导至UF6和外部热交换器以及从UF6和外部热交换器传导热量。这些内部结构结合了固定的吸收体并以某种方式布置以提供将包装及其内容物维持在所需的keff处或以下所必需的吸收体，包括在最严重的事故条件下的必要安全裕度。
将30W筒的机械接口限制为当前技术水平的30B筒的机械接口可以最大化利用现有30B测试数据来获得的信任，从而使部署30W筒的成本和时间最小化。必须使用包含中子毒物的复合材料作为设计的一部分，以使得能够容纳按重量计20％的235U材料的量接近目前许可的1,500kg的U。容纳UF6的量的能力接近当前30B筒的能力被认为对于保持流向反转化设备的恒定物料工艺流而言非常合乎需要。此外，包含一体式换热器是一项新颖的特征，其消除对使用单独的高压釜来升华和去升华UF6材料，并使得有能力排除使用蒸汽高压釜及其对临界安全性的潜在负面影响。
如上所述，当前的30B筒使用钢(ASTM-A516)作为结构材料。30筒的最佳实施例由铝合金材料制成，其带有一体式固定吸收体，以最小化重量，并允许包含内部吸收体结构，内部吸收体结构要求使得实现存储按重量计20％的235U作为UF6。使用较轻的结构铝合金材料还将模仿当前的30B筒的强度和刚度。铝合金被证明与UF6兼容，并被广泛用作浓缩级联中的结构材料，其中铝通过形成紧密粘附的氟化铝(AlF3)层而对通常存在于UF6系统中的氟、氟化氢和UF6钝化，使得防止进一步腐蚀。铝合金还具有明显优于钢的优势，这是因为它具有更高的导热性以及出色的内外表面耐腐蚀性。
30W设计要求的复杂性由于弯曲、焊接和机械加工的局限性使用常规的吸收体承载材料不容易制造出来。结果，提出了增材制造以将优选实施例的在具有铝-碳化硼复合材料的铝合金表面中的复杂形状印刷在形状内部上。增材制造的使用将消除对传统焊接的需要，并消除了在筒使用寿命期间的相关监测。增材制造还将使诸如内部结构的厚度变化的特征能够优化作为散热片的性能，并使诸如内部结构中的穿孔的特征最优化，并且使吸收体结合到筒的特定部分中的量发生变化。例如，期望的是，在填充阀、一体式热交换器和裙部的区域中的封闭拱顶区域是铝合金的。
为了便于描述，前述公开内容和对应的附图描述并示出了呈筒形状的容器。然而，如上所述，根据本发明的容器不限于特定或具体的形状。此外，30W容器的内部结构不限于所描述和示出的前述轮毂和轮辐构造。例如，内部结构可以包括嵌套的筒或多边形体。如上所述，这些构造的影响是减小能够保留在整个筒中的浓缩UF6的质量，而无需插置介入的吸收体结构，从而使30W筒的中子物理学和临界性方面类似于带有插置的吸收体的嵌套的具有安全几何形状的室，以最小化从一个室到另一个室的任何中子倍增或反射。
本发明包括以下新颖构思中的一个或多个：
(i)使用基本存储筒的构建的吸收体承载材料，使得能够存储按重量计达20％的235U浓缩物作为UF6；
(ii)在筒内使用构建的吸收体承载材料，使得能够存储按重量计达20％的235U浓缩物作为UF6；
(iii)使用一体式热交换器来消除对潜在的注水蒸汽高压釜的需求以及临界性并发情况；
(iv)在筒内使用复杂形状来用作散热片，以与一体式热交换器联合起作用，以提供对UF6的升华率/去升华率的改善的控制；
(v)在通过用作散热片的内部结构特征从一体式热交换器提供高效的热传递以更有效加热和升华产品UF6材料从而通过使UF6升华来排空筒时，将一体式热交换器和内部散热片相组合来最小化剩余的UF6尾气的量；和
(vi)在通过用作散热片的内部结构特征提供来自一体式热交换器的有效热传递以更有效地冷却和去升华产品UF6材料进行填充之后，将一体式热交换器和内部散热片相组合来最小化固化液态UF6所需的时间量。
尽管已经根据各特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到的是，可以在所附权利要求的精神和范围内进行修改来实施本发明。
表1
Claims (16)
1.一种UF6运输和处理的容器，所述容器用于存储浓缩按重量计达20％的235U、U量达1,500kg的UF6，所述容器包括：
壳体，所述壳体包括：
外表面/基板；
内表面/基板；
位于所述外表面/基板和所述内表面/基板之间的一体式热交换器，所述一体式热交换器包括：
金属；和
通道孔隙，所述通道孔隙用于使传热流体通过；
内室，所述内室由所述壳体形成；和
分隔构造，所述分隔构造位于所述内室中并沿所述容器的长度纵向延伸，以在所述内室中形成多个单独的隔室来存储所述UF6。
2.根据权利要求1所述的容器，其中，所述容器具有筒形状。
3.根据权利要求1所述的容器，其中，所述外表面/基板和所述内表面/基板由金属形成，所述金属选自不锈钢、碳钢、镍合金、钛合金、铝合金、铁素体合金及它们的组合或合金。
4.根据权利要求3所述的容器，其中，所述金属从所述外表面/基板连续地延伸至所述内表面/基板。
5.根据权利要求4所述的容器，其中，所述壳体的一部分包括吸收体层，所述吸收体层形成在所述外表面/基板和所述内表面/基板之间，可选地位于所述一体式热交换器的每一侧上。
6.根据权利要求5所述的容器，其中，所述吸收体层包括掺杂有碳化硼并且可选地富集10B同位素或与所述金属相容的其他此类中子吸收体材料的所述金属。
7.根据权利要求1所述的容器，其中，所述外表面/基板和所述内表面/基板是未掺杂的。
8.根据权利要求1所述的容器，其中，所述分隔构造选自轮毂和轮辐构造和/或与所述壳体的形状相对应的嵌套的几何形状。
9.根据权利要求8所述的容器，其中，所述轮毂和轮辐由选自金属和金属合金的材料构成。
10.根据权利要求9所述的容器，其中，所述金属选自不锈钢、碳钢、镍合金、钛合金、铝合金、铁素体合金及它们的组合或合金。
11.根据权利要求10所述的容器，其中，所述金属从所述轮毂和轮辐中的每一个的外壁连续地延伸至内壁。
12.根据权利要求11所述的容器，其中，在所述外壁和所述内壁之间形成吸收体层。
13.根据权利要求12所述的容器，其中，所述吸收体层包括掺杂有碳化硼并且可选地富集10B同位素或与所述金属相容的其他此类中子吸收体材料的金属。
14.根据权利要求11所述的容器，其中，在所述轮辐中形成有从所述外壁延伸到所述内壁的孔隙或通道。
15.用于生产根据权利要求1所述的容器的方法，其中，使用增材制造工艺形成所述壳体和/或所述分隔构造。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述增材制造工艺包括三维印刷。
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN111349802A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-06-30 | 南通海诚辐条有限公司 | 一种辐条生产用高刚性轻量化材料 |
| JP7357025B2 (ja) * | 2021-07-19 | 2023-10-05 | 三菱重工業株式会社 | 保護装置、保護装置の設計方法、放射性物質収納容器 |
| CN117340275A (zh) * | 2023-12-04 | 2024-01-05 | 烟台核电智能技术研究院有限公司 | 一种点阵填充材料及其增材制造方法和应用 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1446784A (en) * | 1972-09-27 | 1976-08-18 | Interatom | Desublimators |
| JPS5384871A (en) * | 1977-01-05 | 1978-07-26 | Hitachi Ltd | Recovering apparatus for gas |
| US4127163A (en) * | 1976-08-18 | 1978-11-28 | Bechtel International Corp. | Freezer-sublimer for gaseous diffusion plant |
| JPS62187604U (zh) * | 1986-05-19 | 1987-11-28 | ||
| CN1228818A (zh) * | 1996-08-30 | 1999-09-15 | 英国核燃料公共有限公司 | 用于处理升华物质的装置和方法 |
| JP2000338296A (ja) * | 1999-05-27 | 2000-12-08 | Toshiba Corp | プルトニウム溶液貯槽 |
| CN1531735A (zh) * | 2001-04-23 | 2004-09-22 | �����ι�˾ | 用于六氟化铀运输的改进式容器 |
| CN201141736Y (zh) * | 2007-11-30 | 2008-10-29 | 核工业第七研究设计院 | 用于六氟化铀气体冷凝的内冷式冷凝器 |
| CN102171769A (zh) * | 2008-09-25 | 2011-08-31 | 哥伦比亚纳高科技有限责任公司 | 用于运输和存储六氟化铀的容器 |
| CN104700914A (zh) * | 2013-12-10 | 2015-06-10 | 核货运和服务有限责任公司 | 容器 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2910418A (en) * | 1945-01-23 | 1959-10-27 | Edward C Creutz | Neutronic reactor |
| US3228850A (en) * | 1959-10-29 | 1966-01-11 | Socony Mobil Oil Co Inc | Chemical conversion in presence of nuclear fission fragements |
| JP4296645B2 (ja) | 1999-08-10 | 2009-07-15 | 三菱マテリアル株式会社 | 核燃料物質貯蔵容器、中性子遮蔽材及びその製造方法 |
| DE102008037569A1 (de) | 2008-10-13 | 2010-06-02 | Daher Lhotellier Csi | Anordnung zum Transport von insbesondere UF6 |
| EP2823488A4 (en) | 2012-03-06 | 2016-05-11 | Thomas F Dougherty | SYSTEM FOR STORAGE AND TRANSPORT OF URANIUM HEXAFLUORIDE |
| JP6008793B2 (ja) | 2013-05-21 | 2016-10-19 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 放射性物質の破砕片の回収容器、回収方法、及び、回収装置 |
| EP2899725B1 (en) * | 2014-01-27 | 2018-04-25 | Urenco Limited | Controlling the temperature of uranium material in a uranium enrichment facility |
| JP6445392B2 (ja) | 2015-05-22 | 2018-12-26 | 株式会社神戸製鋼所 | 使用済燃料輸送貯蔵キャスクのバスケットおよびその製造方法 |
| DE102016000071B3 (de) | 2016-01-07 | 2017-04-13 | Daher Nuclear Technologies Gmbh | Transportanordnung |
-
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1446784A (en) * | 1972-09-27 | 1976-08-18 | Interatom | Desublimators |
| US4127163A (en) * | 1976-08-18 | 1978-11-28 | Bechtel International Corp. | Freezer-sublimer for gaseous diffusion plant |
| JPS5384871A (en) * | 1977-01-05 | 1978-07-26 | Hitachi Ltd | Recovering apparatus for gas |
| JPS62187604U (zh) * | 1986-05-19 | 1987-11-28 | ||
| CN1228818A (zh) * | 1996-08-30 | 1999-09-15 | 英国核燃料公共有限公司 | 用于处理升华物质的装置和方法 |
| JP2000338296A (ja) * | 1999-05-27 | 2000-12-08 | Toshiba Corp | プルトニウム溶液貯槽 |
| CN1531735A (zh) * | 2001-04-23 | 2004-09-22 | �����ι�˾ | 用于六氟化铀运输的改进式容器 |
| CN201141736Y (zh) * | 2007-11-30 | 2008-10-29 | 核工业第七研究设计院 | 用于六氟化铀气体冷凝的内冷式冷凝器 |
| CN102171769A (zh) * | 2008-09-25 | 2011-08-31 | 哥伦比亚纳高科技有限责任公司 | 用于运输和存储六氟化铀的容器 |
| CN104700914A (zh) * | 2013-12-10 | 2015-06-10 | 核货运和服务有限责任公司 | 容器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 不同富集度UF6贮运容器次临界条件分析;畅忠毅;辐射防护分会2012年学术年会;第320-321页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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