CZ301852B6 - Zásobník pro radioaktivní materiály - Google Patents

Abstract

Zásobník sestává ze svazku trubek (10) spojených navzájem spojovacími prostredky (14) do pravidelné síte oddílu (16). Kovové krížové tvarovky (12) jsou umísteny mezi trubkami (10) a vytvárejí souvislou stenu okolo každého oddílu (16) obklopující první stenu vytvorenou trubkami (10). Zásobník je vybaven nekolika oddíly (16) o prurezu ve tvaru ctverce, obdélníku, šestihranu nebo kruhu.

Description

Zásobník pro radioaktivní materiály

Oblast techniky

Vynález se týká zásobníku pro radioaktivní materiály s několika k sobě přilehlými oddíly, který je určen pro uchovávání, skladování a transport upravených radioaktivních materiálů jako jsou palivové články zjademých reaktorů nebo podobné materiály.

io Zásobník podle vynálezu může být zejména používán pro transport nebo skladování palivových článků z jaderných reaktorů nebo jiných jaderných zařízení v suchém nebo mokrém prostředí. Tento zásobník pak může být dále uložen do transportního nebo skladovacího kontejneru nebo do nádrže reaktoru nebo do příslušné, k tomuto účelu určené budovy. Zásobník může být rovněž uložen v geologických vrstvách.

Vynález je zvláště vhodný pro výrobu kompaktních zásobníků vybavených oddíly o pravidelném průřezu, např. Šestíhranném. V tomto typu zásobníku je možno skladovat palivové články o šestihranném průřezu jako jsou palivové články typu VVER, které se užívají v některých jaderných reaktorech; tímto způsobem je možno optimálně využít daný prostor. Samozřejmě může být zásobník podle vynálezu rovněž vytvořen s oddíly o jednodušším průřezu, např. čtvercovém nebo obdélníkovém, do kterých lze uložit palivové články typu, který je často užíván v lehkovodních jaderných reaktorech.

Stav techniky

Palivové články pro jaderné reaktory a jiný radioaktivní materiál, který má být transportován nebo skladován, se nejprve uloží do nádob nebo regálů (také nazývaných prihradové regály), jenž bude poté uložen do transportního kontejneru nebo skladovacího kontejneru nebo do insta30 láce k tomuto účelu určené.

Tento typ zásobníku musí splňovat několik velice důležitých funkcí. Zejména musí zásobník vykazovat vysokou mechanickou odolnost a schopnost poskytnout radioaktivnímu materiálu vhodný obal; navíc musí být manipulace s tímto zásobníkem velíce snadná.

Vzhledem k povaze radioaktivního materiálu musí zásobník splňovat různé funkce spojené sjadernou bezpečností během transportu nebo skladování. Tyto funkce zahrnují především potřebu odvádět teplo produkované materiály obsaženými v zásobníku a kontrolovat jadernou kritičnost v případě, že jde o štěpné materiály, které by mohly vyvolat řetězovou reakci.

Mechanická odolnost zásobníku je nezbytná z toho důvodu, aby geometrie zásobníku mohla být za všech okolností zachována, a to i během manipulace se zásobníkem za účelem dodržení jaderné kritičnosti, a to i v případě zrychlení, ke kterému dochází během transportu nebo v případě nenadálé kolize nebo pádu zásobníku.

Stávající zásobníky jsou obvykle vybaveny oddíly s přepážkami z kompozitních materiálů sendvičového typu, které jsou vyrobeny z postupných vrstev různých materiálů, jež jsou v kontaktu jedna s druhou a každá z nich plní alespoň jednu z výše uváděných potřebných funkcí.

Např. lze využít vrstvu z materiálu dobře odvádějícího teplo jako je hliník, měď a hliníkové a měděné slitiny ve spojení s vrstvou strukturního materiálu, která dodává zásobníku mechanickou odolnost v případě náhlého šoku, dále vrstvu materiálu obsahujícího prvek absorbující neutrony jako je bór nebo kadmium. Takovým strukturním materiálem s vysokou mechanickou odolností může být nerez ocel, uhlíková ocel nebo hliník nebo některé ze slitin těchto materiálů.

-1 CZ 301852 B6

Materiál obsahující prvek absorbující neutrony je obvykle nerez ocel, hliník nebo jeho slitiny nebo spékaný materiál, např. na bázi karbidu bóru. V případě nerez oceli nebo hliníku je prvek absorbující neutrony obvykle přidáván přímo do tohoto materiálu, což nijak výrazně nesnižuje jeho mechanickou odolnost. Jediná vrstva materiálu je pak dostatečná k tomu, aby zajistila vysokou mechanickou odolnost a kontrolu jaderné kritičnosti.

V prvním typu známého zásobníku jsou přepážky oddílů z kompozitního materiálu vyrobeny tak, že se pokládají pásy plochých nebo profilovaných materiálů na sebe v podélném směru. Každý pás je tak složen z několika vrstev výše uvedených materiálů. Další známou metodou, jak dosáhlo nout pravidelného navrstvení různých materiálů v podélném směruje vytvořit v pásech zarážky nebo drážky, do nichž pak jednotlivé pásy zapadají a vzájemně spolu kooperují, takže pásy jsou pevně k sobě spojeny kolmo na osu oddílů.

Jiný typ známého zásobníku neobsahuje kompozitní pásy, ale vrstvy různých materiálů prostří15 dané v podélném směru oddílů. Přesněji vyjádřeno, pásy o stejné geometrii jsou vyrobeny z různých materiálů a jsou na sebe vrstveny tak, aby vytvořily sekvenci komponentů v podélném směru, při čemž každá z těchto vrstev plní alespoň jednu z požadovaných funkcí. Dokument EP-A*/ 0 329 581 popisuje zásobník vyrobený tímto způsobem.

ίο V některých případech a za určitých podmínek je možno také vyrobit zásobník jen z jednoho materiálu. Např. hliník je dobrý vodič tepla a je velíce snadné jej spojit s prvkem absorbujícím neutrony jako je např. bór. Potřebná mechanická odolnost hliníkových částí zásobníku se pak dosáhne tím, že se jednotlivé části zásobníku vyrobí z dostatečně silných hliníkových desek nebo hliníkových profilů o průřezu ve tvaru H nebo U.

I když redukce počtu použitých materiálů pro výrobu zásobníku zjednodušuje výrobu a snižuje náklady, může tak docházet k jisté ztrátě výkonnosti zásobníku. V případě zásobníku pro jaderné materiály vyrobeného pouze z hliníku je velice obtížné dodržet potřebnou mechanickou odolnost, zejména při vysokých teplotách, které se mohou vyskytovat v zásobníku obsahujícím radio30 aktivní materiály. Tloušťka hliníkových částí musí být tedy zvyšována neboje třeba zkonstruovat zásobník převážně z velmi silných profilů, jak se výše uvádí. Výsledkem pak je výrobek, který je příliš těžký, a dokonce dochází i k nežádoucí redukci počtu příslušných oddílů a tím i jeho kapacity.

Jestliže však má být vyroben zásobník vysoce výkonný, např. vzhledem k povaze radioaktivního materiálu nebo vzhledem k hmotnosti přepravovaného a skladovaného materiálu či vzhledem k jeho rozměrům, pak jsou zásobníky vyrobené z kompozitních materiálů, tedy z několika vrstev materiálů schopných plnit různé funkce, obvykle daleko výhodnější přes jejich komplexnost a vyšší náklady spojené s jejich výrobou.

Nehledě na počet použitých materiálů mohou vzniknout různé potíže při výrobě dosavadních známých zásobníků. Pásy pro jednotlivé vrstvy je třeba vyrobit s velkou přesností, aby mohly být dokonale vyrovnány při navrstvení. Tato podmínka je zásadní pro výrobu oddílů zásobníku s konstantním průřezem a s dokonale hladkou stěnou, aby bylo možno zabránit jakémukoli zadrhnutí radioaktivního materiálu uvnitř zásobníku při vkládání a vyjímání. Jestliže jsou v pásech tvořících vrstvy vytvořeny zarážky nebo drážky, musejí být velice přesně opracovány, aby nevznikla při spojování žádná vůle; je tak je možno zajistit, aby zásobník vykazoval potřebnou tuhost, aniž dojde k nesprávnému vyrovnání příslušných pásů,

Jestliže mají oddíly zásobníku čtvercový nebo obdélníkový průřez, je možno tyto potíže překonat přesným opracováním, ačkoli náklady s ním spojené nejsou nikterak zanedbatelné. Jak je zobrazeno na obr. 6 dokumentu EP-A 0 329 581 pro tento typ oddílu zásobníku jsou používány pouze jednotlivé pásy, které se vedou od jedné strany zásobníku ke druhé bez jakéhokoli přerušení

-2CZ JUIODZ DO materiálu mezi přepážkami v přilehlých oddílech. Toto uspořádání zlepšuje kohezi a mechanickou odolnost zásobníku.

Použití těchto technik je daleko složitější u zásobníků s polygonálními oddíly (např. šestihranné oddíly) o větším počtu stran. Pokud jde o příklad šestihranných oddílů, je nutno použít pásy skládané do přerušovaných vedení, které jsou pak uspořádány do příslušných směrů, jak je zobrazeno na obr. 5 výše uváděného dokumentu EP-A 0 329 581. V tomto případě není možné použít jednotlivé pásy procházející průřezem zásobníku a z tohoto důvodu je tedy třeba uspořádat velký počet pásů. Nezbytná diskontinuita pásů při tomto uspořádání nutně snižuje žádoucí příčnou io tuhost a tím i všeobecnou mechanickou odolnost celého zásobníku. Dalším důsledkem zvýšeného počtu použitých pásů a jejích skládání je značně zvýšená obtížnost jak při výrobě, tak i sestavování zásobníků. Vzhledem k tomu, že všechny pásy by měly být vlastně zdvojeny a uloženy po celé výšce zásobníku, je třeba použít specielní výrobní techniky k tomu, aby nedošlo k rozměrovým chybám, aby byly zachovány minimální tolerance a vůle pri sestavování tak, že budou vyro15 beny oddíly s konstantním průřezem a dokonale hladkými stěnami. Aplikace těchto technik však vyžadují velké výrobní náklady.

Jak je zobrazeno v dokumentu EP-A 0 752 151, další známá metoda zhotovení zásobníku spočívá v tom, že se vytvoří zásobník s oddíly s prismatickým pravidelným polygonálním průřezem tak, že se spojí svazek identických kovových trubek o stejném průřezu. Trubky mohou být vyrobeny z jednoho kusu o požadovaném tvaru a rozměrech a za vynaložení rozumných výrobních nákladů tzv. protlačováním. Délka trubek je s výhodou zvolena tak, aby byla rovná výšce zásobníku, což přispívá k usnadnění montáže a snížení nákladů. Svazek trubek je kompaktní a vykazuje nezbytnou kohesi, k čemuž přispívají spojovací prostředky jako jsou vyztužovací pásy svírající svazek trubek, které jsou rozmístěny po celé výšce svazku.

Hlavní nevýhoda tohoto technického řešení podle dokumentu EP-A 0 752 151 však spočívá v tom, že je vlastně omezena na trubky vyrobené pouze z jednoho materiálu. V tomto případě musí být příslušný materiál schopen plnit všechny výše uvedené potřebné funkce. Jak bylo již zmíněno, použití jednoho materiálu je výhodné pro výrobu a snížení nákladů, ale může zase vést ke snížení výkonu zásobníku, a to zejména ke snížení jeho skladovací kapacity vzhledem kjeho hmotnosti a velké rozměmosti.

Závěrem je třeba konstatovat, že žádné z dosavadních, výše uváděných technických řešení výro35 by skladovacích zásobníků pro radioaktivní materiály není schopno splnit požadované funkce, a to jednoduchým a optimálním způsobem, aniž přitom dojde ke snížení výkonu zásobníku, zejména pokud jde o jeho skladovací kapacitu, a to bez ohledu na tvar příslušných oddílů zásobníku i v případě šestihranných tvarů oddílů zásobníku.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vyrobit skladovací zásobník pro radioaktivní materiály jako jsou palivové články z jaderných reaktorů, který by splňoval všechny požadované funkce na tento zásobník kladené a současně zajistil nezbytnou kontrolu jaderné kritičnosti, přenos tepla a mechanickou odolnost, a to bez ohledu na tvar oddílů zásobníku, avšak při plném zachování nebo i zdokonalení skladovací kapacity známých zásobníků.

Podle vynálezu je možno tohoto cíle dosáhnout a vyrobit zásobník pro radioaktivní materiály s několika rovnými kovovými trubkami uspořádanými do svazku pomocí spojovacích prostředků, které seskupí trubky paralelně k sobě do pravidelné sítě a vytvoří tak několik přilehlých oddílů pro radioaktivní materiály, pri čemž každá z těchto trubek tvoří souvislou stěnu příslušného oddílu. Zásobník je vyznačen tím, zeje vybaven několika kovovými křížovými tvarovkami, které mají alespoň tri příruby navzájem spojené společným okrajem, přičemž jsou tyto křížové tvarov-3CZ 301852 B6 ky umístěny mezi trubky tak, že vytvářejí druhou souvislou stěnu okolo první stěny a jsou s ní alespoň v částečném kontaktu.

Vzhledem ke skutečnosti, že každý oddíl zásobníku je vymezen první sténou trubky a druhou stě5 nou sestavenou z přírub křížových tvarovek vpravených mezi trubky, neexistují již žádné obtíže, které by byly na překážku vytvoření zásobníku s oddíly o průřezu ve tvaru hranolu. Navíc kompozitní povaha stěn oddílů zásobníku usnadňuje výkon všech jeho požadovaných funkcí výše zmiňovaných. Jinými slovy řečeno, zásobník podle vynálezu umožňuje nej lepší využití vlastností různých materiálů, jakož i optimalizaci výkonu a skladovací kapacity zásobníku, přičemž lze současně vytvářet různé tvary oddílů. Tyto požadavky však zásobníky podle známého stavu techniky nesplňovaly.

Podle výhodného provedení vynálezu jsou křížové tvarovky ve vzájemném kontaktu prostřednictvím vnějších okrajů svých přírub proti uvedeným společným okrajům. Toto uspořádání zajiš15 ťuje tepelný kontakt mezi přírubami křížových tvarovek, jakož i souvislost druhé stěny zásobníku.

Vnější okraje přírub křížových tvarovek mohou být opatřeny ploškami paralelními k rovinám uvedených přírub, jejichž prostřednictvím jsou křížové tvarovky navzájem v kontaktu nebo i pří20 dávnými čepy a vybráními, kterými křížové tvarovky do sebe navzájem zapadají.

Podle prvního uspořádání vynálezu je průřez trubek ve tvaru hranolu, čtvercový nebo obdélníkový a křížové tvarovky jsou opatřeny čtyřmi přírubami orientovanými ve dvou na sebe kolmých směrech.

Podle druhého provedení vynálezu má průřez trubek tvar šestihranu a křížové tvarovky jsou opatřeny třemi přírubami orientovanými ve třech směrech, které k sobě svírají úhel 120°.

Podle třetího provedení vynálezu má průřez trubek tvar kruhový a křížové tvarovky jsou opatre30 ny čtyřmi přírubami orientovanými ve dvou na sebe kolmých směrech.

Ve všech těchto provedeních může být křížová tvarovka vyrobena jako jeden kus o délce rovné délce trubky nebo může být tvořena několika segmenty křížových tvarovek, které jsou na svých koncích spojeny a jejichž celková délka se pak rovná délce trubky.

V zájmu přispět k účinnosti přenosu tepla jsou křížové tvarovky vyrobeny tak, aby obsahovaly alespoň jednu vrstvu materiálu zvoleného ze skupiny zahrnující hliník, měď a jejich slitiny.

V případě, že jde o radioaktivní materiál, který je štěpný, alespoň jeden materiál tvořící trubky 40 a/nebo křížové tvarovky obsahuje prvek absorbující neutrony. Materiál absorbující neutrony může být bór, hafnium nebo kadmium. Vhodný je zejména bór obohacený bórem 10, a to nejméně o 80 hmot. %.

Podle provedení vynálezu jsou příruby křížových tvarovek vyrobeny alespoň ze dvou odlišných 45 vrstev materiálů, které jsou navzájem v kontaktu.

Aby mohly trubky splňovat jednu z jejich základních funkcí, tedy zajišťovat mechanickou odolnost zásobníku za všech okolností, jsou s výhodou vyrobeny z materiálu zvoleného ze skupiny zahrnující nerez ocel, uhlíkovou ocel, hliník a jejich slitiny s dobrými mechanickými vlastnost50 mi, jakož i titan.

Podle prvního provedení vynálezu obsahují spojovací prostředky alespoň dvě kovové výztuže obklopující svazek trubek v různých jeho výškách.

-4VZ. JUIOOi DD

S výhodou jsou tyto výztuže vyrobeny z materiálu o koeficientu tepelné expanze nižším nebo rovným koeficientu tepelné expanze materiálu, ze kterého jsou vyrobeny trubky.

Podle druhého provedení vynálezu jsou spojovací prostředky opatřeny alespoň dvěma deskami 5 umístěnými v různých výškách zásobníku a spojkami pevně uchycujícími tyto desky navzájem, přičemž každá deska je perforována řadou děr, které mají stejný tvar jako je průřez trubky; do těchto děr jsou pak trubky napevno uchyceny.

Alespoň jedna ze dvou uvedených desek je umístěna na jednom konci zásobníku. Navíc jsou 10 spojky s výhodou upevněny k deskám šrouby.

Podle druhého provedení spojovacích prostředků je každá spojka navíc k vnější ploše opatřena vnitřní plochou svazku trubek a přidružených křížových tvarovek, přičemž tak tvoří vnější plochu zásobníku. Ve všech případech je zásobník opatřen tuhým dnem.

Přehled obrázků na výkresech

V dalším textu budou popsány příklady možného provedení vynálezu, které však nikterak 20 neomezují rozsah vynálezu, a to s odvoláním na připojené výkresy s obrázky;

Obr. 1 je perspektivní schematický pohled na zásobník pro radioaktivní materiály podle prvního provedení vynálezu,

Obr. 2 je rez spojený s pohledem na zadní obrysy zásobníku podle obr. 1 ve větším měřítku podél horizontální roviny.

Obr. 3A a 3B jsou řezy srovnatelné s obr. 2 a zobrazují dvě možná provedení konců přírub křížových tvarovek ve větším měřítku.

Obr. 4 je řez srovnatelný s obr. 1 znázorňující druhé provedení vynálezu.

Obr. 5 je pohled v řezu na zásobník zobrazený na obr. 4 ve větším měřítku podél horizontální roviny.

Obr. 6 je perspektivní pohled na třetí provedení vynálezu.

Obr. 7 je rez zásobníkem zobrazeným na obr. 6 ve větším měřítku podél horizontální roviny.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje zásobník pro radioaktivní materiály podle prvního výhodného provedení technického řešení podle vynálezu. Tento zásobník sestává z několika trubek JO několika kovových křížových tvarovek 12 (obr. 2) umístěných mezi trubkami j_0 a ze spojovacích prostředků Í4, které zajišťují kohezi a kompaktnost celého svazku tvořícího zásobník.

Jak bylo již výše uvedeno, radioaktivní materiál, který se má převážet nebo uskladnit v zásobníku podle vynálezu, může být jakékoli povahy. Zvláště však může jít o palivové články zjader50 ných reaktorů formované tak, že jejich průřez je čtvercový nebo šestihranný.

Trubky K) jsou rovné, kovové trubky o stejných rozměrech. Všechny trubky W mají stejný průřez i délku a jsou vyrobeny ze stejného materiálu. Spojovací prostředky J_4 svazují trubky j0 paralelně k sobě v pravidelném síťovém uspořádání v jeden celek.

-5CZ 301852 B6

Je třeba upřesnit, že svazek trubek JJ) je určen k tomu, aby trubky byly v zásobníku umístěny vertikálně. Výsledkem je několik k sobě přilehlých oddílů £6, z nichž každý může obsahovat radioaktivní materiál, např. palivové články z jaderných reaktorů, které mají být transportovány a/nebo uloženy.

Každá z trubek £0 tvoří první stěnu odpovídajícího oddílu £6, První stěna vytváří oddíl £6 po celé jeho délce a obvodu, a to bez jakéhokoli přerušení.

to Kovové křížové tvarovky 12 jsou kovové části tvořené řadou rovných desek, tj. přírub 18 bez jakéhokoli otvoru. Všechny příruby £8 pro jednu kovovou křížovou tvarovku £2 jsou spojeny navzájem rovným společným okrajem a jsou rozmístěny ve stejných úhlových odstupech na tomto okraji.

Z uspořádání zobrazeného na obr. 1 je zřejmé, že délka kovových křížových tvarovek 12 je stejná jako délka trubek £0.

Ve variantním provedení technického řešení podle vynálezu (nezobrazeno) je každá kovová křížová tvarovka £2 vytvořena z několika kovových segmentů křížových tvarovek £2 spojených svými konci. Celková délka těchto kovových segmentů křížových tvarovek 12 je pak rovná délce trubek LQ.

Každá z kovových křížových tvarovek 12 je sdružena se skupinou přilehlých trubek J_0 ajejich počet a rozmístění závisí na průřezu trubek 10 a na tvaru síťového uspořádání tvořeného svaz25 kem trubek 10. Společný okraj je umístěn ve středu skupiny trubek JO paralelně k ose trubek JO, Počet přírub J_8 kovových křížových tvarovek 12 se rovná počtu trubek £0 příslušného svazku tvořícího zásobník. Příruba J_8 kovové křížové tvarovky 12 je umístěna mezi každým párem přilehlých trubek £0 ve svazku vytvářejícím zásobník.

Příruby 18 každé kovové křížové tvarovky £2 jsou rozmístěny mezi trubkami 10 tak, že vnější okraje každé příruby J_8 proti společnému okraji jsou paralelní s tímto okrajem a v kontaktu s vnějším okrajem příruby £8 přilehlé kovové křížové tvarovky J_2 umístěné mezi stejným párem trubek K). Kovové křížové tvarovky 12 tak vytvářejí druhou souvislou stěnu okolo každého z oddílů £6.

Navíc je svazek vytvořený spojovacími prostředky J_4 uspořádán tak, že každá z přírub £8 kovové křížové tvarovky £2 je v kontaktu s každou z trubek 10 umístěných na každé straně této příruby 18 a to prakticky po celé výšce zásobníku. Druhá stěna oddílů £6 zásobníku je tvořena kovovými křížovými tvarovkami 12 upravenými okolo každého z oddílů 16 a je tedy alespoň v částečném kontaktu s první stěnou oddílů 16 zásobníku vytvořenou trubkami 10.

V provedení technického řešení podle vynálezu zobrazeného v detailu na obr. 1 a 2 má každá trubka JJ) řez ve tvaru hranolu. Pravidelné síťové uspořádání svazku trubek JJ) je tedy čtvercovou sítí, takže každá skupina trubek £0 je tvořena čtyřmi přilehlými trubkami £0. Podle výše uvede45 ného uspořádání je pak každá kovová křížová tvarovka £2 tvořena čtyřmi přírubami £8 podél dvou na sebe kolmých směrů. Toto uspořádání znázorněné na obr. 1 a 2 umožňuje kompletní povrchový kontakt mezi přírubami J_8 kovových křížových tvarovek £2 a přilehlých stran trubek 10·

Podle druhého nákresu technického řešení podle vynálezu znázorněného na obr. 3B jsou vnější okraje přírub £8 kovových křížových tvarovek 12 proti střednímu okraji vyhotoveny tak, aby jeden okraj mohl zapadnout do druhého. Tato úprava může spočívat např. v použití čepu 22 a jemu odpovídajícího vybrání 24. Popsané uspořádání poskytuje tytéž výhody jako předchozí a navíc zvyšuje kontakt přilehlých částí, jakož i odvod tepelného toku.

-6CL no

V zásobníku podle vynálezu je hlavní funkcí trubek JO vytvářejících první stěny oddílů J_6 vybavit zásobník mechanickou odolností, a to jak za normálních podmínek, tak i v případě nějakých nehod (např. když zásobník spadne). Geometrie zásobníku je tedy za všech okolností zachována, což pomáhá i udržet kontrolu nad jadernou kritičností.

V zájmu účinné funkce zásobníku je třeba, aby byly trubky 10 vyrobeny z odolného materiálu, s výhodou zvoleného ze skupiny sestávající z nerez oceli, uhlíkové oceli, hliníku a hliníkových slitin s dobrými mechanickými vlastnostmi, jakož i z titanu. Tento seznam materiálů, které io mohou být použity, však není zdaleka vyčerpávající.

Trubky JO mohou být vyrobeny jakoukoli výrobní technikou, např. válcováním nebo složením desky do požadovaného tvaru, který se posléze uzavře svařovaným švem. V případě hliníkových trubek se s výhodou používá techniky protlačování, takže lze vyrobit bezešvé trubky jakéhokoli rozměru a tvaru.

Zásobník podle vynálezu musí odvádět teplo produkované radioaktivními materiály v něm uloženými, čehož lze docílit zejména prostřednictvím kovových křížových tvarovek Γ2. Tato funkce je velice důležitá tehdy, když je radioaktivní materiál palivovým článkem, který byl ozářen v jader20 něm reaktoru, jelikož tyto články emitují teplo ve velkém množství.

V provedení technického řešení podle vynálezu je tepelný tok produkovaný radioaktivními materiály přenášen na kov křížových tvarovek J2 prostřednictvím kovu, z něhož jsou zhotoveny trubky 10 vytvářející první stěny zásobníku. Přenos teplaje usnadněn tím, že příruby J_8 kovových křížových tvarovek 12 vytvářejících druhé stěny oddílů J_6 jsou přilehlé ke stěnám vytvořeným z trubek 10, které tvoří první stěny oddílů 16.

Účinnost tohoto tepelného přenosu je s výhodou zvyšována volbou materiálu použitého pro kovové křížové tvarovky 12 vyrobené z dobře vodivého materiálu jako je měď a její slitiny nebo hliník ajeho slitiny.

Tepelný tok se tak převádí do materiálu kovových křížových tvarovek 12, které jsou ve vzájemném kontaktu svými vnějšími okraji, a to z vnitřku směrem ven ze zásobníku. Zejména díky kontaktu mezi vnějšími okraji přírub Jji kovových křížových tvarovek Γ2 prochází tepelný tok smě35 rem ven ze zásobníku téměř bez přerušení, nepotkává se s žádným tepelným odporem, který by mohl způsobit, že by teplota uvnitř zásobníku neúměrně vzrostla.

Tepelný tok se poté rozptýlí do atmosféry nebo do konstrukce, ve které se zásobník nachází při transportu nebo skladování.

Když je zásobník naplněn štěpným radioaktivním materiálem, který by mohl vyvolat jadernou reakci, jeho části musí také plnit třetí základní funkci a to kontrolu jaderné kritičnosti.

Této kontroly se dosáhne jednak mechanickou odolností zásobníku, která je zajištěna velkou mechanickou odolností trubek 10 vytvářej ících první stěny oddílů 16 zásobníku.

Jaderná kritičnost je také z části kontrolována tím, že se do materiálů, z nichž je vytvořena konstrukce zásobníku, přidává prvek absorbující neutrony jako je bór nebo kadmium. Tyto prvky by měly však být do konstrukčních materiálů vpravovány v rozptýlené formě, a to buď do kovu trubek 10, nebo do kovu křížových tvarovek 12 nebo do obou těchto konstrukčních materiálů současně. Dále je také možno z prvku absorbujícího neutrony vytvořit vrstvu přiléhající k jedné ze stěn nebo např. formou spékaného materiálu na bázi karbidu bóru vytvořit vrstvu na přírubách J_8 kovových křížových tvarovek 12.

-7CZ 301852 B6

Je-li prvkem absorbujícím neutrony bór, pak je s výhodou obohacen o bór 10, což je izotop bóru, který je velice účinným absorbérem neutronů. Tato charakteristika nemodifikuje příliš mechanickou a metalurgickou odolnost použitých materiálů.

Dle výhodného provedení technického řešení podle vynálezu jsou příruby 18 kovových křížových tvarovek 12 vyrobeny z kompozitního materiálu, který je složen jednak z kovu o vysoké vodivosti tepla jako je např. měď nebo měděné slitiny a dále z materiálu s vysokým obsahem bóru jako je spékaný materiál na bázi karbidu bóru.

io Jak je zobrazeno v prvním příkladu provedení, stejná složka zásobníku může současně plnit několik funkcí, aby se tak zlepšil celkový výkon zásobníku.

V provedení technického řešení podle vynálezu zobrazeného na obr. 1 jsou spojovací prostředky J_4 tvořeny kovovou výztuží obklopující svazek trubek 10 a kovových křížových tvarovek ]2 na různých úrovních. Spojovací prostředky J_4 jsou nejméně dva, na obr. 1 jsou však znázorněny tři spojovací prostředky. Každá z těchto kruhových konstrukcí je tvořena kovovou výztuží 26 obklopující svazek trubek K). S výhodou je kovová výztuž 26 vyrobena z kovu jiného než je kov trubek JO. Kov pro výztuž se zvolí tak, aby jeho koeficient expanze byl menší nebo stejný jako koeficient expanze trubek 10, takže koheze a kontakt mezi trubkami IO a křížovými tvarovkami

12 zůstává nezměněn nebo se zvyšuje tehdy, když teplota vzrůstá. Účinnost přenosu teplaje tak zachována. Síla stahu kovových výztuží je upravena na požadovanou hodnotu napínacím zařízením (nezobrazeno).

Jak je znázorněno na obr. 1, zásobník podle vynálezu může mít tuhé dno nebo desku 28, obvykle kovovou navíc k výše uvedené konstrukci. Trubky jO a křížové tvarovky 12 spolu se spojovacími prostředky 14 jsou podepřeny dnem 28. Dno 28 je zejména užitečné pro uchycení radioaktivních materiálů, např. tehdy, když se se zásobníkem separátně manipuluje.

Zásobník podle vynálezu může být rovněž vybaven homí deskou (není zobrazena). Tato deska pak musí být opatřena úchytkami pro usnadnění manipulace se zásobníkem.

Podle varianty provedení technického řešení podle vynálezu, která není znázorněna, jsou trubky IQ s průřezem ve tvaru čtverce nahrazeny trubkami 10 s průřezem ve tvaru obdélníku. Kovové křížové tvarovky 12 sestávají pak ze dvou malých, v jedné rovině umístěných přírub 18, jejichž šířka se rovná jedné polovině délky krátké strany obdélníku a dvou širokých přírub J_8 kolmých na první dvě příruby J_8 o šířce rovné jedné polovině délky dlouhé strany obdélníku.

Další varianta provedení technického řešení podle vynálezu, která rovněž není znázorněna, sestává z trubek IQ s kruhovitým průřezem. Příruby j_8 kovových křížových tvarovek 12 jsou umístě40 ny jako tečna k trubkám _H). Tímto způsobem proniká tepelný proud uvolňovaný radioaktivním materiálem z trubek IQ do kovových křížových tvarovek 12.

Druhé provedení technického řešení podle vynálezu znázorněné na obr. 4 a 5 je podstatně odlišné od prvního provedení a to tvarem trubek J_0.

Namísto průřezu ve tvaru čtverce mají v tomto případě trubky IQ průřez ve tvaru šestihranu. Svazek trubek IQ tak vytváří trojúhelníkovou síť. To znamená, že každá křížová tvarovka 12 je opatřena třemi přírubami v úhlovém rozmezí 120°. Všechny další charakteristiky a vlastnosti uvedené pro první provedení technického řešení podle vynálezu a jeho varianty je možno apli50 kovat i v tomto případě.

Obr. 6 a 7 zobrazují třetí provedení technického řešení podle vynálezu.

-8CL JUIODA DD

Na obr. 4 a 5 jsou znázorněny trubky o průřezu ve tvaru šestihranu. V tomto případě jsou však spojovací prostředky L4 nahrazeny perforovanými kovovými deskami 30 pevně navzájem spojenými spojkami 32a, 32b, čímž se vytváří tuhá konstrukce, která udržuje trubky j0 a kovové křížové tvarovky 12 na místě.

Přesněji řečeno, alespoň dvě desky 30 jsou umístěny kolmo na osu trubek JO zásobníku. Desky 30 jsou tenké (od několika mm do několika cm) a jsou opatřeny sítí děr 34, přičemž jejich tvar a rozměry odpovídají trubkám 10. V příkladu provedení, kde mají trubky 10 průřez ve tvaru šestihranu, jsou díry 34 rovněž šestihranné a jejich rozměry jsou nepatrně větší než rozměry io trubek 10. Trubky 10 tak zapadají do každé díry 34 v každé podpěrné desce 30 s nepatrnou tolerancí. Jelikož jsou desky 30 navzájem spojeny spojkami 32a a 32b, trubky IO jsou tak udržovány na místě podpěrnými deskami 30.

Jak je znázorněno na obr. 7, tloušťka stěn 36 mezi přilehlými děrami 34 v téže desce 30 je upra15 véna tak, aby byla nepatrně větší než je tloušťka přírub j_8 křížových tvarovek 12. Tento nákres znázorňuje rozsah místa mezi trubkami JO pouze pro vsunutí kovových křížových tvarovek 12, takže se redukuje celková vůle na dostatečně nízkou hodnotu a příruby J_8 kovových křížových tvarovek 12 i stěny trubek 10 jsou těsně propojeny.

Každá z kovových křížových tvarovek 12 je vyrobena z několika křížových segmentů 38, přičemž každý segment 38 má délku rovnou vzdálenosti mezi deskami 30 nebo vzdálenosti oddělující každý konec zásobníku od nejbližší desky 30. Tento nákres znázorňuje, jak je možno uspořádat druhou souvislou stěnu okolo každého oddílu 16.

Jak je schematicky znázorněno na obr. 6, desky 30 jsou umístěny na horní a dolní Částí zásobníku. V tomto případě je horní deska 30 vybavena úchytkami nebo podobným zařízením pro manipulaci se zásobníkem jako jsou např. šrouby s oky. Děrovaná spodní deska může být rovněž nahrazena nebo zdvojena jednolitou deskou, jak je popsáno u obr. 1.

Z obr. 6 vyplývá, že spojky 32a a 32b jsou umístěny mimo svazek trubek 10 a jsou paralelní s trubkami Π) po celé výšce zásobníku.

Desky 30 mimo desku horní a spodní jsou vybaveny spojkami 32a a 32b s drážkami 40a, 40b. Tyto drážky 40a, 40b jsou určeny pro vsunutí desek 30. Jeden nebo více připevňovacích pro35 středků jako jsou šrouby 42 procházej í spojkami 32a a 32b a připevňuj í tak desky 30,

Rovněž horní a spodní desky 30 jsou připevněny ke koncům spojek 32a a 32b šrouby 44.

Popsaný nákres představuje rám tvořený deskami 30 a spojkami 32a a 32b, které tak tvoří pevnou konstrukci.

Na obr. 6 jsou znázorněny spojky 32a a 32b dvou různých typů podle pozice, ve které jsou umístěny na obvodu zásobníku. Trubky 10 o průřezu ve tvaru šestihranu uvnitř pláště s kruhovitým průřezem vytvářejí první ustupující části s hranolovým, napůl šestihranným průřezem a dru45 hé ustupující části s hranolovým zubovým průřezem okolo obvodu zásobníku.

Spojky 32a mají vnější stěnu utvořenou tak, aby mohly uchytit první ustupující části a spojky 32b jsou přizpůsobeny k uchycení druhých ustupujících částí. Vnější strany spojek 32a a 32b jsou válcovité a vykazují stejný rádius zakřivení rovný zakřivení vnějšího válcovitého pláště zásobníku. Jestliže jsou tedy všechny spojky 32a a 32b umístěny okolo svazku trubek 10, jejich vnější stěny vytvářejí vnější válcovitý plášť zásobníku.

-9CZ 301852 B6

Nákres právě popsaný znázorňuje, jakje možno udržet potřebnou vůli mezi zásobníkem a kontejnerem, jestliže je zásobník v kontejneru umístěn. Tato charakteristika zlepšuje přenos tepla mezi vnějškem zásobníku a konstrukcí kontejneru.

Válcovitý tvar vnějšího pláště je udán pouze jako příklad. Je možno vytvořit plášť ve tvaru o průřezu ve tvaru čtverce, obdélníku nebo i jiný, jestliže se použijí vhodné tvary spojek.

Materiály použité pro výrobu desek 30 a spojek 32a a 32b jsou s výhodou kovy s velkou mechanickou odolností jako kovy zvolené ze skupiny nerez ocel, uhlíková ocel a hliníkové slitiny ío s dobrými mechanickými vlastnostmi.

Zásobník podle druhého provedení technického řešení podle vynálezu, který byl popsán, vykazuje podobné charakteristiky a vlastnosti jako první provedení tohoto řešení a jeho varianty.

Popsaná provedení technického řešení podle vynálezu a jejich varianty jasně prokazují velké výhody vynálezu. Zejména je zřejmé, že vynález je vhodný pro výrobu zásobníků s oddíly 16 o průřezu šestihranném, ale i obvyklejším čtvercovém a obdélníkovém.

Kompaktní svazek trubek 10 a křížových tvarovek J2. vytvořený spojovacími prostředky J_4 ío usnadňuje přenos tepla, Použití připojovacích prostředků jako jsou šrouby nebo svary je přitom minimální. Z tohoto důvodu jsou výrobní náklady optimalizovány.

Claims (22)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zásobník pro radioaktivní materiály s několika rovnými kovovými trubkami (10) uspořáda30 nými do svazku pomocí spojovacích prostředků (14), které seskupují trubky paralelně k sobě do pravidelné sítě a vytvářejí tak několik přilehlých oddílů (16) pro radioaktivní materiály, přičemž každá z těchto trubek (10) tvoří souvislou stěnu příslušného oddílu, vyznačující se tím, že je vybaven několika kovovými křížovými tvarovkami (12), které mají alespoň tri příruby (18) navzájem spojené společným okrajem, přičemž jsou kovové křížové tvarovky (12)

   35 umístěny mezi trubky (10) tak, že vytvářejí druhou souvislou stěnu okolo první stěny a jsou s ní alespoň v částečném kontaktu.
2. 2. Zásobník podle nároku 1, vyznačující se tím, že kovové křížové tvarovky (12) jsou navzájem v kontaktu vnějšími okraji svých přírub (18) proti společným okrajům.
3. 3. Zásobník podle nároku 2, vyznačující se tím, že vnější okraje přírub (18) kovových křížových tvarovek (12) jsou opatřeny ploškami (20) paralelními k rovinám přírub (18) a kovové křížové tvarovky (12) jsou navzájem v kontaktu prostřednictvím plošek (20).

   45
4. 4. Zásobník podle nároku 2, vyznač uj ící se t í m , že vnější okraje přírub (18) kovových křížových tvarovek (12) jsou navzájem v kontaktu přídavnými čepy (22) a vybráními (24), které do sebe zapadají.
5. 5. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že trubky (10)

   50 mají průřez ve tvaru čtverce nebo obdélníku a kovové křížové tvarovky (12) jsou opatřeny čtyřmi přírubami (18) orientovanými ve dvou na sebe kolmých směrech.

   -10CL OU1O3Z BO
6. 6. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že trubky (10) mají průřez ve tvaru Šestihranu a kovové křížové tvarovky (12) jsou opatřeny třemi přírubami (18) orientovanými ve třech směrech, které svírají úhel 120°.

   5
7. 7. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že trubky (10) mají kruhový průřez a kovové křížové tvarovky (12) jsou opatřeny čtyřmi přírubami (18) orientovanými ve dvou na sebe kolmých směrech.
8. 8. Zásobník podle kteréhokoli z předchozích nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že io délka kovových křížových tvarovek (12) je rovná délce trubek (10).
9. 9. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že kovové křížové tvarovky (12) jsou vytvořeny z křížových segmentů (38), které jsou na svých koncích spojeny a jejichž celková délka se rovná délce trubky (10).
10. 10. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že příruby (18) kovových křížových tvarovek (12) sestávají alespoň ze dvou vrstev různých materiálů navzájem spojených,

    20
11. 11. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že kovové křížové tvarovky (12) obsahují alespoň jednu vrstvu materiálu zvoleného ze skupiny zahrnující hliník, měď a jejich slitiny.
12. 12. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že alespoň

    25 jedna z několika trubek (10) a několika kovových křížových tvarovek (12) obsahuje prvek absorbující neutrony.
13. 13. Zásobník podle nároku 12, vyznačující se tím, že prvek absorbující neutrony je zvolen ze skupiny zahrnující bór, hafni um a kadmium.
14. 14. Zásobník podle nároku 12, vyznačující se tím, že prvek absorbující neutrony je bór obohacený bórem 10, a to nejméně z 80 hmot. %.
15. 15. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že trubky (10)

    35 a spojovací prostředky (14) jsou zhotoveny z materiálu zvoleného ze skupiny sestávající z nerez oceli, uhlíkové oceli, hliníku a jejich slitin, jakož i titanu.
16. 16. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že spojovací prostředky (14) zahrnují alespoň dvě kovové kruhové výztuže (26) obklopující svazek trubek

    40 (10) v různých úrovních,
17. 17. Zásobník podle nároku 16, vyznačující se tím, že kruhové kovové výztuže (26) jsou vyrobeny z materiálu o tepelném koeficientu expanze nižším nebo rovném tepelnému koeficientu expanze materiálu trubek (10).
18. 18. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že spojovací prostředky (14) zahrnují alespoň dvě desky (30) umístěné v různých úrovních zásobníku a pevně navzájem spojené spojkami (32a, 32b), při čemž je každá deska perforována sítí děr (34) o stejném tvaru jako je průřez trubek (10) upevněných v dírách (34).
19. 19. Zásobník podle nároku 18, vyznačující se tím, že alespoň jedna z desek (30) je místěna na konci zásobníku.

    -11 CZ 301852 B6
20. 20. Zásobník podle nároku 18 nebo 19, vyznačující se tím, že spojky (32a, 32b) jsou připojeny k deskám (30) šrouby (42, 44).
21. 21. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 18 až 20, vyznačující se tím, že každá 5 spojka (32a, 32b) je opatřena vnitřní stěnou přizpůsobenou zakřivení vnějšího pláště svazku trubek (10) a přidružených kovových tvarovek (12) a vnější stěnou vytvářející pravidelný tvar.
22. 22. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 až 21, vyznačující se tím, že je opatřen pevným dnem (28).