CN1217811A - 核燃料运输容器 - Google Patents

Abstract

一种核燃料运输容器,由具有内绝缘层的外部容器构成,该绝缘层限定一个容纳多个燃料容器的内部空腔,其中燃料容器的内部容积至少占外部容器的外部容积的5%。本发明与以往运输容器相比可以实现安全地运输更多容积的浓缩燃料。

Description

核燃料运输容器

本发明涉及燃料运输及其改进，尤其是浓缩核燃料的运输，但又不仅限于此。

核燃料，比如浓缩铀或者混合氧化物状态的铀，经常需要从一个地方运输到另一个地方，比如从燃料浓缩地运输到燃料棒生产地。在运输过程中燃料通常是小片状或是粉末状的。国际标准要求热绝缘性和结构强度达到一定的标准。其中一项主要内容是临界状态控制。在运输容器中的浓缩燃料必须受严格限制以确保临界事件不发生。仅此一项要求就使得可由具有任一给定体积的运输容器运输的燃料的体积受到严格限制。在这一方面，核燃料的运输的明显区别于其它放射性材料的运输。放射性废物浓度很低，这样就有利于彼此邻近的较大体积的运输。另一方面，在组装好的燃料棒中与整个燃料棒和支持结构的体积相比，燃料的体积是非常小的。

目前运输核燃料的容器通常由一个圆柱形的桶组成，桶的各边都有一层或多层木头，木层的中间形成凹室，凹室中放置一个容纳浓缩燃料的圆柱体。

内桶的燃料容纳体积与外桶的容纳体积相比是非常小的。因此，燃料运输就要占用相当大的空间。在任何运输过程中，从商业上考虑都是不利的。此外，还存在着圆柱形的控制与稳定性的问题。本发明的第一方面提供了一种用于核燃料的可运输容器，该容器由一个具有内绝缘层的外部容器组成，绝缘层限定出一内层空腔，空腔中装有多个燃料容器，其中燃料容器的内部体积至少是容器外部体积的5％。

具有这种燃料体积与总体体积比的运输容器以前还未曾有过。本发明可实现该体积比同时足以满足必要的临界状态，绝缘性和其他标准。

最好燃料容器的内部体积至少达到外部容器外体积的至少10％。至少达到15％、20％或25％则更佳，至少达到30％、35％甚至40％的比例也是可能的。燃料体积对整个容器体积比率的任何增加都将显著降低运输费用和提供牢固的燃料容器的资金消耗。

最好外部容器用钢制成，用不锈钢则更佳。外部容器的角或/和边棱可以安设加固元件。这些元件可以采取L型断面。外部容器最好装上支脚。

外部容器最好具有一个盖子。这个盖子最好是可拆装地固定在外部容器上。最好在外部容器上装上夹子，并使之与盖子的周边可拆接合。盖子上可以有把手或其它形式用来移动盖子用的接合物。

特别是最好将盖子处在由外部容器两个或多个凸台形成的圆周中。在容器顶部突出的加固部件可以限定这个圆周的大小。

最好绝缘材料以多个分离层方式设置。每个墙面可具有一个或多个底层和/或一个或多个墙层。金属盖上可以安装上盖绝缘层，或者分开安装。如果分开安装，还可以安装上一对互连装置。

绝缘层最好是热绝缘和/或吸收中子的。最好用硅酸钙做绝缘材料。可以同时使用一种或多种不同材料或者采用夹层形式的结构。

最好，用绝缘层限定出一个独立的内部空腔的边界。最好是直边形空腔。

最好，内部空腔中安装一个具有相应形状的内部容器，该容器由四个边墙和一个底构成。内部容器最好用钢、硼钢制成，不锈钢则更佳。

最好，内部容器的构成形式之一是被划分成一系列的小室。这些小室可由穿过内部空腔或容器的一个或多个元件划分而成。这些元件最好是横跨内部体积的全高或至少基本上是全高的平板。一个或多个元件最好沿不同方向在内部体积中架设，最好相互成90°，平板最好竖直设置。最好两平板以相互或90°的方式交叉横跨内部空腔。最好内部体积被分隔成九个大致相等的小室。

另一种可替代形式是内部空腔装上一些元件比如跨度为内部体积全高的平板来限定出一内部容器。小室由内部空腔中交错放置的一个或更多的元件划分成。一个底板可放在底层绝缘层的上面用来限定内体积的底。也可以设置顶层板，也可设置边板限定小室的各边。

一个或多个底板、顶板、分隔板或元件可由金属制造。可以采用钢，尤其是不锈钢或硼钢。

单室内容器的底层，边和分隔板或元件可作为分离件交替地提供给绝缘层和外部容器。

还有一种形式是内腔可以安装多个套筒。套筒最好适于放置燃料容器或桶。套筒可以连续或大致连续地放置。套筒的横截面最好是环形的。套筒内径最好和燃料容器或桶的外径大致相当。套筒最好相互严格分隔开，套筒可以通过安装在底板上的方式被严格分隔开。

最好，套筒沿它们的整个外周面相互间断放置。在内腔中可以放置四个或更多的套筒，最好是8个或9个套筒。

底板上可以附着一个或多个侧板件。侧板件可以形成与内腔壁相对应的壁面。一个内部容器就这样形成了。

最好，一个或多个套筒至少部分地被中子吸收材料包住。一个或多个套筒，最好所有套筒圆周面用中子吸收材料包住。一个或多个套筒的一端或两端也可以有选择地用中子吸收材料包住。

最好，中子吸收材料是一种树脂基底材料。中子吸收材料具有耐火性更好。树脂基底材料含有6.5％的硼或5％的硼，最好达到2.5％的硼，树脂体积最好至少占内腔中非套筒部分容积的50％。中子吸收材料可以填满内腔中非套筒部分的整个容积，否则，象聚苯乙烯这样的低密度材料可能会混入。

内部容器最好安装一个盖子。

最好，燃料容器或桶包括圆柱形筒。最好装上可拆装的盖子。盖子拆装机构最好放置在容器表面上密封的位置而将空间最小化。

燃料最好至少占燃料容器的50％，也可以占60、70、80、90、95％或者任一超过50％的百分值。

燃料可以先放进象聚乙烯之类的塑料袋中后再放入燃料容器。

燃料可以是片状，粉末状或其他形态。未受辐射的浓缩铀可以作为燃料。可以使用大致达到5％浓度的铀的储备。大约1.4g/cm³的密度就可以。在这种情况下，每一单个的燃料室器可以具有15-20升的容积，例如17.3升。

绝缘层，内部分隔区，套筒，燃料容器或余留小室空间的任一部分的硼含量可能增加以便增加吸收能力。

燃料容器最好包括三个以上的小室或套筒。在周边小室或套筒最好在所有周边小室或套筒里都可以观察到燃料容器中的东西。一个或多个小室或套筒中可以装一种中子吸收剂。中子吸收剂最好根据小室或套筒的尺寸进行整体放置。聚乙烯作为中子吸收剂最好。聚乙烯吸收剂可以放在对应中容纳它的小室或套筒的尺寸和形状的一个钢制容器中。也可以根据容纳吸收剂的小室或套筒尺寸安一个盖子，这样有助于保存吸收剂。盖子最好是钢制的。

一种最佳方式是本容器包括一个具有可拆装的盖子的外部容器。外部容器的每一壁面和底部都有绝缘层，在盖子和容器的内腔之间还有可拆装的绝缘层，内腔被分为多个小室，燃料容器被放置在至少三个小室中，至少一个小室放置中子吸收材料。

还有一种最佳方式是本容器包括一个具有可拆装盖子的外部容器，外部容器的每一壁面和底部都有绝缘层，在盖子上还有可拆装的绝缘层，绝缘层限定了容器的内腔，内腔中有多个套筒，燃料容器放置在至少3个套筒里，套筒至少被中子吸收材料部分包住。

每个小室中只有一个燃料容器或桶更佳。

一种最佳的设置是在一个矩形平面开口上划分成九个小室，三行三列设置。燃料容器放在周边小室中更好。中子吸收材料可以放在中间小室里和/或一个或多个另外的小室里，根据需要而定。

还有一个最佳的安排是直线性平面内腔可以装有九个套筒体，三行三列设置。燃料容器放在所有周边套筒里最好是所有的套筒里。中子吸收材料可以在一个或多个小室中替换放置。

下面结合附图介绍本发明的几个实施例：

图1是本发明第一实施例中容器的透视图，剖开了一部分以便示出容器中的燃料容器。

图2是图1中的容器的侧剖视图。

图3是安放桶的平面图；

图4是图1中容器的侧视图。

图5是本发明第一个实施例中关闭容器的平面图，部分剖开以便示出本发明容器中的燃料容器。

图6示出了使用在本发明外部容器中的燃料容器或桶的一个实施例。

图6A是图6燃料容器或桶的平面图。

图7是本发明第二个实施例中容器的透视图，剖开以展示容器内的燃料容器。

图8是燃料桶的平面图；

图9是沿图8中轴X-X方向的截面侧视图。

图1中的容器具有长方体箱形的一般形状。容器1由四面竖直安置的墙2和底面墙3围成。在墙的拐角连接处用L形板条加固元件4固定。竖直加固元件4的一部分6超出了容器的盖子8。在底面的每个角安装支脚10，它与部分6接合使得堆积方便、稳定。

形成墙2、底面3和独立的盖子8的外表面是由不锈钢造的。

在容器上安装一外围法兰12。盖子8的尺寸大小应能够滑动嵌入L形元件4的边界内。与容器的外周法兰12相匹配，盖8有一个凸缘16。盖上把手14用于盖子的移动与插入。在紧闭和和固定部分，盖8由一系列能够快速松脱的螺帽和螺栓18固定，它们与盖8的凸缘16上的开口相配合。盖子上使用适当的密封装置以防任何水份渗入。

紧挨容器钢表面的里面是一层相当厚的由硅酸钙制成的热绝缘层20。这一层由几个部分组成，见图2。材料分布成固定的部分，以确保安装和使用过程时定位准确。单一一个底面绝缘层22和四面墙24是容器的内衬。当容器装上货物时，如下所述，要使用一个两片的绝缘顶层。这两片26、28在形状上是相互衔接的。

绝缘层的内表面组成一个长方体箱子，箱中放置有四面墙和一个底面的内部容器30A，该容器也是由硼钢或不锈钢制成。如图1所示，容器30A也有一个盖子31。如图3所示，这个容器由一系列由硼钢或不锈钢制得的互连式竖直墙30组成。容器30A有互成90°的两套内部墙30，它们将桶内划分成9个小室32。

在使用周边八个小室中的一个时，将燃料桶36放入其中。中间小室32A用来盛放聚乙烯中子吸收剂38。吸收剂38放在钢容器中(图中没有示出)，该容器与要放入的小室32相匹配。在吸收剂的顶上装有一个盖子使吸收剂保持在室32A内。

当内部容器30A中装满8个燃料桶36时，盖上盖子31，绝缘顶层26、28以及外盖8将容器密封。使用快速松脱螺帽和螺栓18将盖子8固定于容器1上。

燃料桶36，如图6所示，由具有底板42和可拆装盖44的不锈钢圆柱形墙40的组成。盖44上有一个标准的内部杠杆夹箍使得盖子固定到燃料桶36上。在桶36的外界之内使用内部杠杆夹箍对于将占用空间最小化很重要。在密封后，桶36是防水的，可以防止任何水渗入。

或是粉状或是小片状的燃料55装在聚乙烯袋子中。再将这些装有燃料的聚乙烯袋子放在一个更大的聚乙烯袋子中，然后放入桶中。当大袋子装满后就封口。然后盖上盖子44将桶密封。典型的燃料可能是用来制造燃料棒的浓缩铀。

图7所示的本发明第二实施例中，容器100仍然还是长方体形箱子。外部容器100以与第一实施例相类似的方式由竖直放置的侧墙102和底墙103围成。其它与第一实施例中对应的元件的标示数码分别为第一实施例中的相应数码加100。

这样，加固元件、支脚、外周法兰、盖子固定及盖的调整与第一实施例方法相似。

容器100也有一层相当厚的热绝缘层120，与第一实施例相似，它也由底面部分，墙部分和选择性装在盖上的部分组成。

然而，由这些绝缘层围成的内部空腔的安置是不同的。

空腔内装有一系列不锈钢套筒150，它们牢固地固定在位于底层绝缘层上的底板上。圆柱形的套筒是中空的，其内径与插入其中的燃料容器152的外径密切配合。九个圆柱形套筒150以三行三列的方式安置，在每个柱形套筒中放置一个燃料容器152。

燃料容器通常形如图6和6A所示，但还包括突出燃料容器平面的外部紧固件。

如图7、8和9所示，柱形套筒150周围被中子吸收材料158包围。这种材料在通过注入液态树脂，然后硬化形成填充内部空腔的组件的一部分的过程中，被注入在套筒150的周围空间中。内部空腔成型时最好使用树脂密封单元。这种树脂掺杂2％的硼以获得所期望的中子吸收能力。硼浓度达6.5％(重量百分比)和/或铅浓度达15％(重量百分比浓度)也可以。这种材料的氢原子密度在1×10²²到1×10²³个原子/cm³之间。

为了降低中子吸收材料的成本和重量，通常将密度1.68g/cm³的较轻材料，比如聚乙烯加入那些材料的中子吸收体积中，否则该体积会过量。这样在四个圆柱套筒间的位置162和外部的角位置164以及在圆柱套筒对之间的位置166处，中子吸收材料可以用更轻的材料替换。这种做法并不影响容器的中子吸收能力。

燃料容器桶152以及粉状或小片状燃料在其中的安放方式与本发明第一实施例中所描述的一致。本发明使得燃料55约占外部容器体积的20-40％，且仍能满足必需的标准。这一点优于现有技术。这样就成功地提高了有效负载。

使用不锈钢和组件的标准件有助于诸如消毒等在重新磨光和任何清洁阶段的需要。

Claims (15)

1、一种用于核燃料运输容器，该容器由一个具有内层绝缘的外部容器组成，绝缘层围成内部空腔，空腔内装有多个燃料容器，其特征在于燃料容器的内部体积至少是外部容器外部体积的5％。

2、根据权利要求1所述的容器，其特征在于内部空腔中装有与其形状相匹配的一个独立内部容器，该内部容器由四个侧面墙和一个底面组成。

3、根据权利要求2所述的容器，其特征在于内部容器被划分成一系列的小室。

4、根据权利要求3所述的容器，其特征在于内部容器被一个或多个横贯内部空腔或容器的元件分隔。

5、根据权利要求3所述的容器，其特征在于内部容器被一个或多个套筒分隔。

6、根据权利要求5所述的容器，其特征在于套筒被中子吸收材料包裹。

7、根据权利要求5所述的容器，其特征在于中子吸收材料是一种树脂，最好在加工过程中，将其以液态的形式注入套筒周围。

8、根据权利要求1至7中任何一项所述的容器，其特征在于绝缘材料以一系列的分离层形式为每个墙设置一层或多层的底面层和/或一层或多层墙面层。

9、根据权利要求1至8中任何一项所述的容器，其特征在于绝缘层具有热绝缘和/或中子吸收能力。

10、根据权利要求2至9中任何一项所述的容器，其特征在于内部容器由钢制成，特别是由硼或不锈钢制成。

11、根据权利要求2至10中任何一项所述的容器，其特征在于内部容器被分隔为九个大致相等的小室或套筒。

12、根据权利要求3或依据权利要求3的任何一项权利要求所述的容器，其特征在于燃料容器由处于一个或多个小室中的圆柱形桶组成。

13、根据权利要求3或依据权利要求3的任何一项权利要求所述的容器，其特征在于燃料容器被放置在三个以上的小室中。

14、根据权利要求3或依据权利要求3的任何一项权利要求所述的容器，其特征在于一个或多个小室中放置有中子吸收剂。

15、一种运输和/或储存核燃料的方法，其特征在于，该方法包括在权利要求1至14中任一项所述的容器中的放置核燃料。

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