JP2021507248A - 燃料アセンブリのためのモジュール式バスケットアセンブリ - Google Patents

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Abstract

複数の燃料アセンブリを受け取るためのバスケットアセンブリは、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定するグリッドを有するバスケットを含み、グリッドは、第1の燃料アセンブリを受け取るための第1のコンパートメントと、第2の燃料アセンブリを受け取るための第2のコンパートメントとを画定し、第2のコンパートメントの断面積は、第1のコンパートメントの断面積より大きい。バスケットアセンブリは、第1のコンパートメントの中に第1の燃料アセンブリを受け取るように構成され、第1の燃料アセンブリは、定形燃料アセンブリであり、バスケットアセンブリは、第2のコンパートメントの中に第2の燃料アセンブリを受け取るように構成され、第2の燃料アセンブリは、不定形燃料アセンブリであり、不定形燃料アセンブリは、少なくとも1つの不定形燃料棒を含む。

Description

(関連出願の相互参照)
本願は、その開示が参照することによってその全体として本明細書に明示的に組み込まれる2017年12月20日に出願された米国仮出願第62/608526号の利益を主張する。
キャニスタアセンブリは、典型的に、放射性燃料を貯蔵および移送するために使用される。使用済み燃料のためのキャニスタアセンブリは、個々の燃料アセンブリをバスケットのセル内に受け取るための「バスケット」を含み、バスケットおよび燃料アセンブリは、外側キャニスタ内に含まれる。バスケットは、典型的に、ステンレス鋼プレートまたはステンレス鋼プレートと同じ構造機能を同様に果たし得る中性子吸着プレートと、アルミニウムレールまたは他の鋼鉄構造とから構築され、それらは、バスケット構成に溶接されるか、または、スタックされる。コンパートメント間の幾何学的間隔および固定された中性子吸収体は、臨界制御を維持するために使用される。特に、不定形燃料アセンブリのための改良されたモジュール式バスケット設計の必要性が存在する。本開示の実施形態は、これらおよび他の必要性を充足することを対象とする。
本概要は、下記の発明を実施するための形態にさらに説明される一連の概念を簡略化された形態において導入するために提供される。本概要は、請求される主題の重要な特徴を識別することを意図するものではなく、請求される主題の範囲を決定することにおける補助として使用されるように意図されるものでもない。
本開示の一実施形態によると、複数の燃料アセンブリを受け取るためのバスケットアセンブリが、提供される。バスケットアセンブリは、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定するグリッドを有するバスケットを含み、グリッドは、第1の燃料アセンブリを受け取るための第1のコンパートメントと、第2の燃料アセンブリを受け取るための第2のコンパートメントとを画定し、第2のコンパートメントの断面積は、第1のコンパートメントの断面積より大きく、バスケットアセンブリは、第1のコンパートメントの中に第1の燃料アセンブリを受け取るように構成され、第1の燃料アセンブリは、定形燃料アセンブリであり、バスケットアセンブリは、第2のコンパートメントの中に第2の燃料アセンブリを受け取るように構成され、第2の燃料アセンブリは、不定形燃料アセンブリであり、不定形燃料アセンブリは、少なくとも1つの不定形燃料棒を含む。
本開示の別の実施形態によると、複数の燃料アセンブリを受け取るためのバスケットアセンブリが、提供される。バスケットアセンブリは、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定するグリッドを有するバスケットを含み、グリッドは、第1の燃料アセンブリを受け取るために構成された第1のコンパートメントであって、第1の燃料アセンブリは、定形燃料アセンブリである、第1のコンパートメントと、第2の燃料アセンブリを受け取るために構成された第2のコンパートメントであって、第2の燃料アセンブリは、不定形燃料アセンブリである、第2のコンパートメントとを少なくとも画定し、第2のコンパートメントの断面積は、ある増倍率だけ第1のコンパートメントの断面積より大きい。
本開示の別の実施形態によると、複数の燃料アセンブリを含むバスケットアセンブリが、提供される。バスケットアセンブリは、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定するグリッドを有するバスケットを含み、グリッドは、少なくとも、第1のコンパートメントと、第2のコンパートメントとを画定し、第2のコンパートメントの断面積は、第1のコンパートメントの断面積より大きく、第1の定形燃料アセンブリは、第1のコンパートメントの中に配置され、第2の不定形燃料アセンブリは、第2のコンパートメントの中に配置される。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、不定形燃料棒は、湾曲した燃料棒、捻じられた燃料棒、変形させられた燃料棒、損傷された燃料棒、瓶詰めされた燃料デブリ、およびそれらの任意の組み合わせから成る群から選択され得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、第2のコンパートメントの断面積は、ある増倍率だけ第1のコンパートメントより大きくあり得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、第2のコンパートメントは、第1のコンパートメントと同じ断面形状を有し得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、グリッドは、複数の第1のコンパートメントを画定し得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、グリッドは、複数の第2のコンパートメントを画定し得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、グリッド寸法は、正方形アレイにおける第1のコンパートメントの間隔と等しくあり得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、第1のコンパートメントの断面形状は、正方形であり得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、第2のコンパートメントの断面形状は、正方形であり得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、第1および第2の燃料アセンブリは、使用済み燃料アセンブリであり得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、バスケットアセンブリは、第3の燃料アセンブリを受け取るための第3のコンパートメントをさらに含み得、第3のコンパートメントの断面積は、第1および第2のコンパートメントの断面積より大きくあり得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、第3のコンパートメントの断面積は、ある増倍率だけ第1のコンパートメントの断面積より大きくあり得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、第3のコンパートメントは、第1および第2のコンパートメントと同じ断面形状を有し得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、第3のコンパートメントの断面形状は、正方形であり得る。
本明細書に説明される実施形態のいずれかにおいて、グリッドは、複数の第3のコンパートメントを画定し得る。
本開示の前述の側面および付帯利点の多くは、付随の図面と関連して検討されると、以下の発明を実施するための形態を参照することによってより深く理解されるようになるにつれて、より容易に認識されるようになるであろう。
図1Aは、本開示の一実施形態によるバスケットアセンブリの等角図である。
図1Bは、図1Aのバスケットアセンブリの上面図である。
図2Aは、本開示の別の実施形態によるバスケットアセンブリの等角図である。
図2Bは、図2Aのバスケットアセンブリの上面図である。
図3Aは、本開示の別の実施形態によるバスケットアセンブリの等角図である。
図3Bは、図3Aのバスケットアセンブリの上面図である。
図4は、以前に開発された技術による、キャニスタアセンブリ内に配置されるバスケットアセンブリの等角図である。
同様の番号が同様の要素を参照する添付の図面に関連して下記に記載される発明を実施するための形態は、開示される主題の種々の実施形態の説明として意図され、唯一の実施形態を表すことを意図するものではない。本開示に説明される各実施形態は、単純に、例または例証として提供され、他の実施形態より好ましいまたは有利であるものとして解釈されるべきではない。本明細書に提供される例証的例は、包括的である、または本開示を開示される精密な形態に限定することを意図するものではない。同様に、本明細書に説明される任意のステップは、同じまたは実質的に同様の結果を達成するために、他のステップまたはステップの組み合わせと相互交換可能であり得る。
以下の説明において、多数の具体的詳細が、本開示の例示的実施形態の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、多くの本開示の実施形態は、具体的詳細の一部または全部を伴わずに実践され得ることが、当業者に明白であろう。いくつかの事例において、周知のプロセスステップは、本開示の種々の側面を不必要に曖昧にしないために、詳細に説明されていない。さらに、本開示の実施形態は、本明細書に説明される特徴の任意の組み合わせを採用し得ることを理解されたい。
本開示の実施形態は、例えば、通気口付きキャニスタ貯蔵装置または移送システムにおける放射性材料の乾式貯蔵、移送、および格納のために使用されるアセンブリのためのモジュール式バスケットアセンブリと、そのようなバスケットアセンブリを製造する方法とを対象とする。図1Aおよび1Bを参照すると、本開示の一実施形態に従って構築されたモジュール式バスケットアセンブリ10が、提供される。モジュール式バスケットアセンブリ10は、グリッド20(図1B参照)を含むバスケットを含み、グリッド20は、複数の燃料アセンブリコンパートメント24を画定する。コンパートメントのグリッド20は、少なくとも第1の燃料アセンブリを受け取るための第1のコンパートメント24と、第2の燃料アセンブリを受け取るための第2のコンパートメント28とを画定する。
本開示の実施形態において、第1および第2のコンパートメント24および28の断面積は、非均一である。一実施形態において、第2のコンパートメント28の断面積は、第1のコンパートメント24の断面積より大きい。
本開示のバスケットアセンブリは、不定形燃料アセンブリを受け取るように構成され、不定形燃料アセンブリは、湾曲した燃料棒、捻じられた燃料棒、変形させられた燃料棒、損傷された燃料棒、瓶詰めされた燃料デブリ、またはそれらの任意の組み合わせ等の少なくとも1つの不定形燃料棒を含み得る。
核燃料は、核分裂または融合によって「燃焼」させられ、エネルギーを生成し得る材料である。例えば、燃料アセンブリは、富化ウラン燃料(約4%のU−235)を新鮮な燃料として含み得る。燃料「燃焼」プロセス中、U−235の含有量が、減少し、プルトニウムの含有量が、増加する(最大約1%のPu)。
典型的な核反応器は、加圧水型反応器(PWR)と、沸騰水型反応器(BWR)とを含む。大部分の反応器用途において、ウラン燃料は、二酸化ウランの形態であり、それは、非常に低い熱伝導性および非常に高い融点を伴う黒色半伝導性固体である。二酸化ウランは、押してペレットにされ得る、ペレットは、次いで、固体に焼結される。これらのペレットは、次いで、例えば、ジルコニウム合金から作製される管であり得る燃料棒内に装填され、カプセルに包まれる。ペレットを覆う管の表面は、燃料クラッディングと呼ばれる。
燃料棒または要素の集合は、燃料アセンブリと呼ばれる。燃料棒は、燃料アセンブリの基礎要素である。
概して、均一な燃料棒を含む均一燃料アセンブリとして製造されるが、不定形化が、「燃焼」プロセス中に生じる。したがって、不定形使用済み(または放射済み)燃料アセンブリは、1つ以上の不定形使用済み燃料棒を含み得る。
使用済み(または放射済み)核燃料アセンブリは、放射を遮蔽し、燃料アセンブリを冷却するために、反応器から除去され、使用済み燃料プール内に貯蔵される。使用済み燃料は、典型的に、乾式キャスク貯蔵装置に輸送する前、1〜10年にわたってプールの中で冷却される。乾式キャスク貯蔵装置への輸送は、燃料アセンブリ全体を全体として移動させること、または、燃料棒を燃料アセンブリから、プールに、プールから、キャニスタに含まれるバスケットアセンブリに個々に移動させることを含む。キャニスタは、次いで、乾燥によって処理され、現場でキャスク貯蔵装置を乾燥させるために輸送用キャスクの中で輸送されるか、または、移送用キャスクの中で現場外に移送される。
本開示の実施形態は、少なくとも1つの不定形燃料棒を含む不定形燃料アセンブリを受け取るように構成されたバスケットアセンブリを対象とする。本開示の一実施形態による、バスケットアセンブリ10は、不定形燃料アセンブリを受け取るように設計および構成される。バスケットアセンブリ10は、第1の燃料アセンブリを第1のコンパートメント24内に(第1の燃料アセンブリは、定形であり(かつ変形させられておらず))、第2の燃料アセンブリを第2のコンパートメント28内に(第2の燃料アセンブリは、不定形燃料アセンブリである)受け取り、含むように構成される。輪郭レール26が、グリッド22の周囲に形成され、バスケットアセンブリ10の全体的円筒形または略円筒形構造、または他の構造を提供する。
図4を参照すると、コンテナアセンブリCのための以前に設計されたバスケットアセンブリ110が、示される。バスケットアセンブリ110は、概して、複数のコンパートメントまたはセル124を均一グリッド構造122において画定し、セル124は、断面寸法において実質的に均一であるように構築される。セル124は、個々の燃料アセンブリ(図示せず)を支持するために構成される。輪郭レール126が、グリッド構造122の周囲に形成され、バスケットアセンブリ110の全体的円筒形または略円筒形構造、または他の構造を提供する。グリッド構造122は、燃料アセンブリが、好適な幾何学的間隔を隣接する燃料アセンブリ間に維持し、臨界のリスクを低減させることを可能にする。
以前に設計されたバスケットアセンブリ110の個々のセル124は、典型的に、ステンレス鋼プレート、またはステンレス鋼プレートと同じ構造機能を同様に果たすことができる中性子吸着プレートから製造され、それらは、複数のセル124を画定するグリッド構造122に一緒に溶接されるか、またはスタックされる。ステンレス鋼プレートは、それらの構造特性により、かつ、貯蔵プール等の湿潤環境において使用されるとき、それらが耐腐食性であるので、使用される。ステンレス鋼プレートと同じ構造機能を同様に果たすことができる中性子吸着プレートも、耐腐食性である。腐食は、構造劣化および/または貯蔵プールの汚染をもたらし得る。周辺レール126は、典型的に、アルミニウムまたは鋼鉄から構築される。中性子吸着プレート(図示せず)は、特に、隣接するセル124間でグリッド構造122のセル124を並べるように構成される。したがって、セル124は、個々の燃料アセンブリのための別々かつ遮蔽された縦方向コンパートメントを形成する。
図4の以前に設計されたバスケットアセンブリ110の均一セル構造とは対照的に、本開示のバスケットアセンブリ10のセル構造は、非均一である。
図1Aおよび1Bを参照すると、グリッド20は、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定し、燃料アセンブリコンパートメントは、第1の断面構成を有する複数の第1のコンパートメント24と、第1の断面構成と異なる第2の断面構成を有する複数の第2のコンパートメント28とを含む。第1の断面構成と異なる第2の断面構成を有する複数の第2のコンパートメント28を含むように示されるが、第1の断面構成と異なる第2の断面構成を有する1つのみの第2のコンパートメント28を含む実施形態も、本開示の範囲内内である。
図1Aおよび1Bの図示される実施形態において、グリッド20は、第1のコンパートメント24の3×3断面正方形の5つのアレイと、第2のコンパートメント28の4つの断面正方形とを含む。第2のコンパートメント28の各々は、第1のコンパートメント24の4つの2×2断面正方形のアレイと等しい断面積を有する。サイズが、均等であるので、第2のコンパートメント28は、製造中、第1のコンパートメント24の2×2断面正方形と単純に交換されることができる。
図示される実施形態において、第1および第2のコンパートメント24および28の両方の断面形状は、正方形形状であり、第2のコンパートメント28の断面形状は、第1のコンパートメント24の断面形状より大きい正方形である。本開示の他の実施形態において、第1および第2のコンパートメント24および28の断面形状は、正方形である必要はなく、長方形、円形、卵形、または多角形等の他の形状であり得る。非限定的例として、加圧水型エネルギー反応器(VVER)のためのバスケットアセンブリは、六面体燃料アセンブリのためのグリッドを提供する。さらに、他の実施形態において、第1および第2のコンパートメント24および28の断面形状は、同じである必要はなく、互いに異なり得る。
図示される実施形態において、第1および第2のコンパートメント24および28のグリッド20は、中心水平軸および中心垂直軸の両方に沿って対称である。本開示の他の実施形態において、1つ以上の軸に沿ったコンパートメントの対称性は、要求されない。例えば、グリッド20は、その構成において対称であり得るか、または、ランダムでさえあり得る。
図示される実施形態において、第2のコンパートメント28の断面積は、ある増倍率だけ(例えば、1.5倍、2倍、4倍、または8倍)第1のコンパートメント24の断面積より大きい。しかしながら、コンパートメントの他のサイズも、本開示の範囲内である。例えば、図1Aおよび1Bに提供されるバスケットアセンブリ設計は、例えば、BWR燃料アセンブリのより小さいサイズの結果として、3×3アレイに配列されるより小さいコンパートメントを有する沸騰水型反応器(BWR)燃料アセンブリに基づき得る。より大きい加圧水型反応器(PWR)燃料アセンブリは、2×2アレイに配列されるより大きいコンパートメントにおいて配列され得る。
ここで図2A、2B、3A、および3Bを参照すると、モジュール式バスケットアセンブリ10のための異なる構成が、提供される。
図2Aおよび2Bを参照すると、グリッド20は、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定し、燃料アセンブリコンパートメントは、第1の断面構成を有する複数の第1のコンパートメント24と、第1の断面構成と異なる第2の断面構成を有する複数の第2のコンパートメント28と、第1および第2の断面構成と異なる第3の断面構成を有する複数の第3のコンパートメント24とを含む。
図2Aおよび2Bの図示される実施形態において、グリッド20は、第1のコンパートメント24の3×3断面正方形の4つのアレイと、第2のコンパートメント28の4つの断面正方形と、第3のコンパートメント30の4つの断面正方形とを含む。上で議論されるように、第2のコンパートメント28の各々は、第1のコンパートメント24の4つの2×2断面正方形のアレイと等しい断面積を有する。4つの第3のコンパートメント30は、第1のコンパートメント24の3×3断面正方形のアレイと等しい断面積を有する。第2のコンパートメント30の2×2アレイは、製造中、第1のコンパートメント24の3×3断面正方形と単純に交換されることができる。
図3Aおよび3Bを参照すると、グリッド20は、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定し、燃料アセンブリコンパートメントは、第1の断面構成と異なる第2の断面構成を有する複数の第2のコンパートメント28と、第2の断面構成と異なる第3の断面構成を有する複数の第3のコンパートメント24とを含む。
図3Aおよび3Bの図示される実施形態において、グリッド20は、第3のコンパートメント30の2×2断面正方形の5つのアレイと、第2のコンパートメント28の4つの断面正方形とを含む。第2のコンパートメント28の各々は、第1のコンパートメント24の4つの2×2断面正方形のアレイと等しい断面積を有する。上で議論されるように、第2のコンパートメント28の2×2アレイは、製造中、第1のコンパートメント24の3×3断面正方形と単純に交換されることができる。
均一燃料アセンブリコンパートメントを有する以前に設計されるバスケットアセンブリは、均一コンパートメント内に嵌合しない、不定形燃料アセンブリを取り扱うことを可能にしない。したがって、特殊バスケットが、製造費用および複雑性の不利点を被って、不定形燃料アセンブリを収容するために製造される必要があった。したがって、本開示のモジュール式バスケットアセンブリ10の利点は、低減させられた製造コスト、低減させられた製造複雑性、および改良された性能を含む。バスケット製造業者が、バスケットアセンブリ内に配置されるための不定形燃料アセンブリの数および不定形燃料アセンブリの断面寸法を通知されることによって、バスケットアセンブリは、不定形燃料アセンブリを収容するために、従来のバスケットセルより断面寸法が大きい特定のモジュール式セルを伴って、製造されることができる。
例証的実施形態が、図示および説明されたが、種々の変更が、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、その中で行われることができることを理解されたい。
排他的性質または特権が請求される本開示の実施形態は、以下のように定義される。

Claims (17)

  1. 複数の燃料アセンブリを受け取るためのバスケットアセンブリであって、前記バスケットアセンブリは、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定するグリッドを有するバスケットを備え、
    前記グリッドは、第1の燃料アセンブリを受け取るための第1のコンパートメントと、第2の燃料アセンブリを受け取るための第2のコンパートメントとを画定し、前記第2のコンパートメントの断面積は、前記第1のコンパートメントの断面積より大きく、前記バスケットアセンブリは、前記第1のコンパートメントの中に第1の燃料アセンブリを受け取るように構成され、前記第1の燃料アセンブリは、定形燃料アセンブリであり、前記バスケットアセンブリは、前記第2のコンパートメントの中に第2の燃料アセンブリを受け取るように構成され、前記第2の燃料アセンブリは、不定形燃料アセンブリであり、前記不定形燃料アセンブリは、少なくとも1つの不定形燃料棒を含む、バスケットアセンブリ。
  2. 前記不定形燃料棒は、湾曲した燃料棒、捻じられた燃料棒、変形させられた燃料棒、損傷された燃料棒、瓶詰めされた燃料デブリ、およびそれらの任意の組み合わせから成る群から選択される、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  3. 前記第2のコンパートメントの断面積は、ある増倍率だけ前記第1のコンパートメントより大きい、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  4. 前記第2のコンパートメントは、前記第1のコンパートメントと同じ断面形状を有する、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  5. 前記グリッドは、複数の第1のコンパートメントを画定する、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  6. 前記グリッドは、複数の第2のコンパートメントを画定する、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  7. 前記グリッド寸法は、正方形アレイにおける第1のコンパートメントの間隔と等しい、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  8. 前記第1のコンパートメントの断面形状は、正方形である、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  9. 前記第2のコンパートメントの断面形状は、正方形である、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  10. 前記第1および第2の燃料アセンブリは、使用済み燃料アセンブリである、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  11. 第3の燃料アセンブリを受け取るための第3のコンパートメントをさらに備え、前記第3のコンパートメントの断面積は、前記第1および第2のコンパートメントの断面積より大きい、請求項1に記載のバスケットアセンブリ。
  12. 前記第3のコンパートメントの断面積は、ある増倍率だけ前記第1のコンパートメントの断面積より大きい、請求項11に記載のバスケットアセンブリ。
  13. 前記第3のコンパートメントは、前記第1および第2のコンパートメントと同じ断面形状を有する、請求項11に記載のバスケットアセンブリ。
  14. 前記第3のコンパートメントの断面形状は、正方形である、請求項11に記載のバスケットアセンブリ。
  15. 前記グリッドは、複数の第3のコンパートメントを画定する、請求項11に記載のバスケットアセンブリ。
  16. 複数の燃料アセンブリを受け取るためのバスケットアセンブリであって、前記バスケットアセンブリは、燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定するグリッドを有するバスケットを備え、
    前記グリッドは、
    第1の燃料アセンブリを受け取るために構成された第1のコンパートメントであって、前記第1の燃料アセンブリは、定形燃料アセンブリである、第1のコンパートメントと、
    第2の燃料アセンブリを受け取るために構成された第2のコンパートメントであって、前記第2の燃料アセンブリは、不定形燃料アセンブリである、第2のコンパートメントと
    を少なくとも画定し、
    前記第2のコンパートメントの断面積は、ある増倍率だけ前記第1のコンパートメントの断面積より大きい、バスケットアセンブリ。
  17. 複数の燃料アセンブリを含むバスケットアセンブリであって、前記バスケットアセンブリは、
    燃料アセンブリコンパートメント間の間隔を画定するグリッドを有するバスケットであって、前記グリッドは、少なくとも第1のコンパートメントと第2のコンパートメントとを画定し、前記第2のコンパートメントの断面積は、前記第1のコンパートメントの断面積より大きい、バスケットと、
    前記第1のコンパートメントの中に配置された第1の定形燃料アセンブリおよび前記第2のコンパートメントの中に配置された第2の不定形燃料アセンブリと
    を備えている、バスケットアセンブリ。
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