JP2024514626A - Zamak stabilization of spent sodium-cooled reactor fuel assemblies. - Google Patents

Zamak stabilization of spent sodium-cooled reactor fuel assemblies. Download PDF

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Abstract

本明細書には、ザマックを用いてナトリウム冷却原子炉由来の使用済み燃料アセンブリを安定化させるための方法およびシステムが記載されている。ザマックとナトリウムとの間には相乗作用があることが確認されおり、この相乗作用によって、燃料アセンブリのナトリウム濡れ表面との熱伝導性インターフェースを、ザマックが形成できるようになる。この方法では、1または複数の使用済み燃料アセンブリが、ナトリウム冷却材プールから取り出され、保護シース内に配置される。次いで、シースの残余空間に、液体ザマックが充填される。ある程度まで、ザマックは、燃料アセンブリ上に残存するナトリウムと溶け合って、合金を形成することとなる。溶解せずに残る余剰ナトリウムは、ザマックの充填によって、シースから移動される。次いで、ザマックが固体になるまで冷却され、シースが密閉される。計算によれば、結果的に得られるザマック安定化使用済み燃料アセンブリは、液体冷却の必要なく貯蔵および移送できるのに十分な内部熱伝導率を有する。Described herein is a method and system for stabilizing spent fuel assemblies from sodium-cooled nuclear reactors using zamak. A synergistic effect between zamak and sodium has been identified that allows zamak to form a thermally conductive interface with the sodium-wetted surfaces of the fuel assemblies. In this method, one or more spent fuel assemblies are removed from the sodium coolant pool and placed in a protective sheath. The remaining space in the sheath is then filled with liquid zamak. To some extent, the zamak will dissolve and form an alloy with the sodium remaining on the fuel assemblies. The excess sodium that remains undissolved is displaced from the sheath by the zamak filling. The zamak is then cooled until it becomes solid, and the sheath is sealed. Calculations indicate that the resulting zamak-stabilized spent fuel assemblies have sufficient internal thermal conductivity to be stored and transported without the need for liquid cooling.

Description

発明の詳細な説明Detailed description of the invention

〔イントロダクション〕
使用済み核燃料アセンブリを処分する方法が必要とされている。使用済み燃料アセンブリは、崩壊熱と称される熱を生成し続ける。アセンブリ内の核物質が分裂し続けるからである。崩壊熱が除去されなければ、この崩壊熱によって、燃料アセンブリ内のコンポーネントは、許容できないほど高温となり得る。潜在的には、このことが、コンポーネントの破損、ならびにアセンブリ内の核物質および核分裂生成物の放出を招来する可能性がある。
〔introduction〕
A method of disposing of spent nuclear fuel assemblies is needed. Spent fuel assemblies continue to generate heat, called decay heat. This is because the nuclear material within the assembly continues to fragment. If the decay heat is not removed, it can cause components within the fuel assembly to become unacceptably hot. Potentially, this could lead to component failure and release of nuclear material and fission products within the assembly.

使用済み燃料アセンブリの過熱を防止するために、しばしば、使用済み燃料アセンブリを大きな水プールに浸漬する「湿式貯蔵(wet storage)」が採用される。水プールは、使用済み燃料アセンブリによって生成される崩壊熱を除去するための冷却材として機能する。しかしながら、湿式貯蔵は、長期貯蔵の解決策であるとは考えられていない。プールの完全性が維持される必要があるからである。液体浴またはその他の能動的冷却を要しない「乾式貯蔵(dry storage)」は、長期貯蔵には好ましい。これによって、使用済み燃料アセンブリを最小限のコストで通常に貯蔵することが可能になる。 To prevent overheating of the spent fuel assembly, "wet storage" is often employed, in which the spent fuel assembly is immersed in a large pool of water. The water pool acts as a coolant to remove decay heat produced by the spent fuel assembly. However, wet storage is not considered a long-term storage solution. This is because the integrity of the pool needs to be maintained. "Dry storage", which does not require liquid baths or other active cooling, is preferred for long-term storage. This allows for conventional storage of spent fuel assemblies at minimal cost.

長期間の乾式貯蔵のために使用済み燃料アセンブリを安定化させる、提案される一方法は、燃料アセンブリに空隙充填固体材料を充填することである。熱伝導性を有する金属または金属合金(例えば、鉛)は、その融点よりも高い温度に加熱され、使用済み燃料アセンブリ内へと流されて燃料アセンブリ内の全空間(例えば、燃料アセンブリを通る冷却材流れのために設けられたチャネル)を満たし、次いで、冷却および固体化するようにされ得るだろう。理論的には、使用済み燃料アセンブリが金属によって完全に満たされた場合、安定化された使用済み燃料アセンブリの熱伝導率は、燃料アセンブリの外部へ崩壊熱を迅速に輸送し、当該崩壊熱が自然対流および伝導によって外部環境へ放散されることによって、コンポーネントが許容できないほど高温になることを防止するのに十分なものとなり得るだろう。したがって、理論上は、このように安定化された使用済み燃料アセンブリは、液体冷却浴またはその他の能動的冷却手段を要することなく、移送および貯蔵することができるだろう。 One proposed method of stabilizing spent fuel assemblies for long-term dry storage is to fill the fuel assemblies with void-filling solid materials. A thermally conductive metal or metal alloy (e.g., lead) is heated above its melting point and flowed into the spent fuel assembly to cool the entire space within the fuel assembly (e.g., through the fuel assembly). channels provided for material flow) and then allowed to cool and solidify. Theoretically, if the spent fuel assembly is completely filled with metal, the thermal conductivity of the stabilized spent fuel assembly will rapidly transport decay heat to the outside of the fuel assembly; Dissipation to the external environment by natural convection and conduction may be sufficient to prevent the components from becoming unacceptably hot. Thus, in theory, spent fuel assemblies stabilized in this way could be transported and stored without the need for liquid cooling baths or other active cooling means.

しかしながら、研究によって、この方法には1つの大きな問題があることがわかった。調査された空隙充填材料と燃料アセンブリ内のコンポーネントの外面との間に、空隙充填材料の固体化時に、通常、ギャップが形成されることが見出されたのである。このギャップによって、燃料アセンブリコンポーネントと空隙充填材料との間の熱伝達は、この方法が実行不可能となるほどに減少してしまう。 However, research has revealed one major problem with this method: it has been found that gaps typically form between the investigated void-filling materials and the exterior surfaces of the components within the fuel assembly as the void-filling materials solidify. This gap reduces heat transfer between the fuel assembly components and the void-filling material to such an extent that this method is not viable.

〔使用済みナトリウム冷却炉燃料アセンブリのザマック安定化〕
本明細書には、ザマックを用いてナトリウム冷却原子炉由来の使用済み燃料アセンブリを安定化させるための方法およびシステムが記載されている。ザマックとナトリウムとを使用する場合には相乗作用があることが確認されており、この相乗作用によって、燃料アセンブリのナトリウム濡れ表面との熱伝導性インターフェースを、ザマックが形成できるようになる。この方法では、1または複数の使用済み燃料アセンブリが、ナトリウム冷却材プールから取り出され、保護シース内に配置される。次いで、シースの残余空間に、液体ザマックが充填される。ある程度まで、ザマックは、燃料アセンブリ上に残存するナトリウムと溶け合って、合金を形成する。溶解せずに残る余剰ナトリウムは、ザマックの充填によって、シースから移動される(のけられる、displaced)。次いで、ザマックが固体になるまで冷却され、シースが密閉される。計算によれば、結果的に得られるザマック安定化使用済み燃料アセンブリは、液体冷却の必要なく貯蔵および移送できるのに十分な内部熱伝導率を有する。
[Zamak stabilization of spent sodium-cooled reactor fuel assemblies]
Described herein is a method and system for stabilizing spent fuel assemblies from sodium-cooled nuclear reactors using zamak. A synergistic effect has been identified between the use of zamak and sodium, which allows the zamak to form a thermally conductive interface with the sodium-wetted surfaces of the fuel assemblies. In this method, one or more spent fuel assemblies are removed from the sodium coolant pool and placed in a protective sheath. The remaining space in the sheath is then filled with liquid zamak. To a certain extent, the zamak dissolves with the sodium remaining on the fuel assemblies to form an alloy. The excess sodium that remains undissolved is displaced from the sheath by the zamak filling. The zamak is then cooled until it becomes solid, and the sheath is sealed. Calculations indicate that the resulting zamak-stabilized spent fuel assemblies have sufficient internal thermal conductivity to be stored and transported without the need for liquid cooling.

金属安定化の一欠点(すなわち、ギャップ形成)が、本明細書に記載の方法およびシステムによって回避される。初期の安定化の取り組みにおけるギャップ形成の主な原因は、燃料アセンブリのコンポーネントの外面上の酸化物層の存在であることが確認されている。通常の原子炉運転の間、またはその後の湿式貯蔵の間に、水、空気またはその他の酸素含有冷却材との接触によって、燃料アセンブリのコンポーネントの外面に酸化物層が発達する。例えば、高温時には、数マイクロメートルの酸化物層が、わずか数秒間の空気への曝露で発達し得ることが確認されている。調査された空隙充填材料と燃料アセンブリの金属コンポーネントとの間の良好な金属結合は、酸化物層によって妨害されてしまう。燃料アセンブリのコンポーネントと空隙充填材料との接触面に良好な金属結合が存在しなければ、液体空隙充填材料が固体化するときに、接触面にギャップが形成される。 One drawback of metal stabilization (i.e., gap formation) is avoided by the method and system described herein. It has been determined that the primary cause of gap formation in early stabilization efforts is the presence of an oxide layer on the outer surfaces of the fuel assembly components. During normal reactor operation or subsequent wet storage, an oxide layer develops on the outer surfaces of the fuel assembly components due to contact with water, air or other oxygen-containing coolants. For example, it has been determined that at elevated temperatures, an oxide layer of several micrometers can develop after only a few seconds of exposure to air. A good metallurgical bond between the investigated void-filling material and the metal components of the fuel assembly is prevented by the oxide layer. In the absence of a good metallurgical bond at the interface between the fuel assembly components and the void-filling material, gaps form at the interface when the liquid void-filling material solidifies.

燃料アセンブリ表面上における酸化物層の形成は、本明細書に記載の方法によって防止される。従来の加圧水型原子炉とは異なり、ナトリウム冷却炉内の燃料アセンブリは酸素に曝露しておらず、燃料アセンブリ上の酸化物層の形成は液体ナトリウムによって防止されている。その後に使用済み燃料アセンブリが酸素へ曝露することを、ナトリウム冷却材プールからアセンブリを取り出し、アセンブリにザマックを充填するプロセスの間に防止することによって、酸化物層の誘起するギャップ形成が防止され、良好な金属結合をザマックと燃料アセンブリの外面との間に形成することができる。 Formation of oxide layers on fuel assembly surfaces is prevented by the methods described herein. Unlike conventional pressurized water reactors, the fuel assembly in a sodium-cooled reactor is not exposed to oxygen, and the formation of an oxide layer on the fuel assembly is prevented by liquid sodium. By preventing subsequent exposure of the spent fuel assembly to oxygen during the process of removing the assembly from the sodium coolant pool and filling the assembly with zamak, oxide layer induced gap formation is prevented; A good metallurgical bond can be formed between the zamak and the outer surface of the fuel assembly.

〔図面の簡単な説明〕
少なくとも1つの実施例の様々な態様が、添付の図面を参照しつつ、以下に論じられる。図面は、一定の縮尺で描かれることを意図したものではない。図面は、様々な態様および実施例の例示とさらなる理解とを提供するよう添付したものであって、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものである。しかしながら、図面は、特定の実施例の限定を定めるものと意図したものではない。図面は、明細書の残りの部分と協働して、説明され特許請求された態様および実施例の原理および動作を説明する機能を有する。図面において、様々な図に示される同一またはほぼ同一の各構成要素は、同様の数字によって表されている。明確さのため、どの図におけるどの構成要素にもラベルが付されているとは限らない。
[Brief explanation of the drawing]
Various aspects of at least one embodiment are discussed below with reference to the accompanying drawings. The drawings are not intended to be drawn to scale. The drawings are included and constitute a part of this specification, and are included to provide illustration and further understanding of various aspects and embodiments. However, the drawings are not intended to define limitations of particular embodiments. The drawings, together with the remainder of the specification, serve to explain the principles and operation of the described and claimed aspects and embodiments. In the drawings, each identical or nearly identical component that is illustrated in various figures is represented by a like numeral. For clarity, not all components in any figure are labeled.

図1は、ナトリウム冷却炉を有する統合エネルギーシステムの一実施形態を示す。 FIG. 1 shows one embodiment of an integrated energy system with a sodium-cooled reactor.

図2は、ナトリウム冷却炉内で使用するための燃料アセンブリの分解図である。 Figure 2 is an exploded view of a fuel assembly for use in a sodium-cooled reactor.

図3は、異なる種類の燃料アセンブリの側面図を示す。 FIG. 3 shows side views of different types of fuel assemblies.

図4は、図1に示す統合エネルギーシステムにおける使用に適したザマック安定化システムの一実施形態を示す。 Figure 4 shows one embodiment of a Zamak stabilization system suitable for use in the integrated energy system shown in Figure 1.

図5は、シースの任意の実施形態に実装され得るであろう追加の特徴(構成)を含むシースの代替的な一実施形態を示す。 FIG. 5 depicts an alternative embodiment of the sheath that includes additional features (configurations) that could be implemented in any embodiment of the sheath.

図6は、ザマックを用いてナトリウム冷却炉由来の使用済み核燃料アセンブリを安定化させるための方法の一実施形態を示す。 FIG. 6 illustrates one embodiment of a method for stabilizing spent nuclear fuel assemblies from sodium cooled reactors using Zamak.

〔詳細な説明〕
ザマック安定化の方法およびシステムを開示および説明する前に、本開示は、本明細書に開示された特定の構造、処理工程、構成要素、または材料に限定されるものではなく、当業者であれば認識するであろうそれらの均等物にまで拡張されることを理解されたい。また、本明細書で使用される用語は、単にナトリウム濡れ燃料アセンブリを安定化させる特定の実施形態を説明する目的でのみ使用されるものであり、限定を意図するものではないことを理解されたい。単数形「a」、「an」、および「the」には、本明細書で使用される場合、文脈に別段の定めのない限り、複数の指示対象が含まれることに留意されたい。それゆえ、例えば、「a lithium hydroxide(水酸化リチウム)」の言及は、定量的または源限定的(source limiting)であるとして解釈されるべきではなく、「a step(工程)」の言及には、複数の工程が含まれ得、「producing(生成する工程)」または反応の「products(生成物)」の言及は、反応の生成物の全てであると解釈されるべきではなく、「reacting(反応させる工程)」の言及には、1または複数のかかる反応工程の言及が含まれ得る。このように、反応させる工程には、特定された反応生成物を生成する、同様の材料の複数回または繰り返しの反応が含まれ得る。
Detailed Description
Before disclosing and describing the method and system for zamac stabilization, it is to be understood that the present disclosure is not limited to the particular structures, process steps, components, or materials disclosed herein, but extends to equivalents thereof that one of ordinary skill in the art would recognize. It is also to be understood that the terminology used herein is used solely for the purpose of describing particular embodiments for stabilizing sodium-wet fuel assemblies, and is not intended to be limiting. It is to be noted that the singular forms "a,""an," and "the" as used herein include plural referents unless the context dictates otherwise. Thus, for example, a reference to "a lithium hydroxide" should not be construed as being quantitative or source limiting, a reference to "a step" may include a plurality of steps, a reference to "producing" or "products" of a reaction should not be construed as all of the products of the reaction, and a reference to "reacting" may include a reference to one or more such reaction steps. Thus, a reacting step may include multiple or repeated reactions of similar materials to produce a specified reaction product.

ザマックを用いてナトリウム冷却原子炉由来の使用済み燃料アセンブリを安定化させるための方法およびシステムを、以下に説明する。上述したように、ザマックとナトリウムとの間には、燃料アセンブリのナトリウム濡れ表面との熱伝導性インターフェースをザマックが形成できるようにする相乗作用が存在することが確認されている。ある程度まで、ザマックはナトリウムと溶け合って、合金を形成するが、結果的に得られるナトリウム富化(sodium-enriched)ザマックの安定化材料としての有効性は低減されない。さらに、液体ザマックの密度は液体ナトリウムよりも大きいため、任意の余剰液体ナトリウムを、ザマック充填プロセス中に、燃料アセンブリおよびシースから容易に移動させ、収集することができる。 A method and system for stabilizing spent fuel assemblies from sodium-cooled nuclear reactors using zamak is described below. As discussed above, it has been determined that there is a synergy between zamak and sodium that allows zamak to form a thermally conductive interface with the sodium-wetted surfaces of the fuel assemblies. To a certain extent, zamak will dissolve and form an alloy with the sodium, but the effectiveness of the resulting sodium-enriched zamak as a stabilizing material is not reduced. Furthermore, because the density of liquid zamak is greater than that of liquid sodium, any excess liquid sodium can be easily displaced and collected from the fuel assemblies and sheaths during the zamak filling process.

ザマック(Zamak)は、主要成分金属である亜鉛と合金元素であるアルミニウム、マグネシウムおよび銅とを有する合金の族を指す。ザマック合金は、亜鉛-アルミニウム合金族の一部であり、4%(実質的に3.5~4.3重量%のAl)という一定の公称アルミニウム組成によって、その他の亜鉛-アルミニウム合金と区別される。一般に、ザマックは、3.5~4.3%のAl、0.0~0.25%のCuおよび0.01~0.02%のMgを有し、残りがZnである。本文献の目的に関しては、ザマック合金は、1~10%のAl;0~1%のCu;0.01~1%のMg;0.5%未満の不純物(この場合、不純物はAl、Cu、MgおよびZn以外の任意の元素);および、残りのZnを有する合金として定義される。具体的には、ASTM B240規格では、ザマック族の種々のメンバーのインゴットに関する式(処方)が定義されている。ASTM B240に定義されたザマック族のメンバーの一部に、ザマック2、KS、ザマック3、ザマック4、ザマック5、およびザマック7がある。ザマック族の任意の特定のメンバーが、本明細書で用いられてもよい。一実施形態では、ザマック3が用いられる。ザマック3の組成および性質を以下に示す。ザマック族のその他のメンバーの組成は、ASTM B240規格内に見出すことができる。ASTM B240規格は、参照によって本明細書に援用される。 Zamak refers to a family of alloys having the main component metal zinc and the alloying elements aluminum, magnesium and copper. Zamak alloys are part of the zinc-aluminum alloy family and are distinguished from other zinc-aluminum alloys by a constant nominal aluminum composition of 4% (substantially 3.5-4.3% by weight Al). Ru. Generally, zamac has 3.5-4.3% Al, 0.0-0.25% Cu and 0.01-0.02% Mg, with the balance being Zn. For the purposes of this document, Zamak alloys contain 1-10% Al; 0-1% Cu; 0.01-1% Mg; less than 0.5% impurities (in this case the impurities are Al, Cu , any element other than Mg and Zn); and the remaining Zn. Specifically, the ASTM B240 standard defines formulas for ingots of various members of the Zamak family. Some of the members of the Zamak family defined by ASTM B240 are Zamak 2, KS, Zamak 3, Zamak 4, Zamak 5, and Zamak 7. Any specific member of the Zamak family may be used herein. In one embodiment, Zamac 3 is used. The composition and properties of Zamak 3 are shown below. Compositions of other members of the Zamak family can be found within the ASTM B240 standard. The ASTM B240 standard is incorporated herein by reference.

この方法では、1または複数の使用済み燃料アセンブリが、ナトリウム冷却材プールから取り出され、保護シース内に配置される。次いで、シースの残余空間に、液体ザマックが充填される。ある程度まで、ザマックは、燃料アセンブリ上に残存するナトリウムと溶け合って、合金を形成する。溶解せずに残る余剰ナトリウムは、ザマックの充填によってシースから移動される(のけられる)。次いで、ザマックが固体になるまで冷却され、シースが密閉される。計算によれば、結果的に得られるザマック安定化使用済み燃料アセンブリは、液体冷却の必要なく貯蔵および移送できるのに十分な内部熱伝導率を有する。 In this method, one or more spent fuel assemblies are removed from a sodium coolant pool and placed within a protective sheath. The remaining space of the sheath is then filled with liquid zamak. To some extent, the zamak will dissolve and form an alloy with the remaining sodium on the fuel assembly. Excess sodium that remains undissolved is displaced from the sheath by filling with zamak. The zamak is then cooled until it becomes solid and the sheath is sealed. According to calculations, the resulting Zamak stabilized spent fuel assembly has sufficient internal thermal conductivity to be able to be stored and transported without the need for liquid cooling.

図1は、ナトリウム冷却炉102を有する統合エネルギーシステム100の一実施形態を示す。ナトリウム冷却炉102は、ナトリウム106のプールを含む原子炉容器104を含む。核燃料を含む1または複数の燃料アセンブリ108(3つ図示されている)が、ナトリウム106のプールに浸漬されている。ナトリウム106に浸漬されると、燃料アセンブリ108の内部チャンバにはナトリウムが充填される。ナトリウム106は一次冷却材として作用し、運転中に、浸漬された燃料アセンブリ108から二次冷却材へ熱を伝達する。図3および図4に関して、燃料アセンブリがより詳細に説明される。 FIG. 1 depicts one embodiment of an integrated energy system 100 having a sodium cooled reactor 102. Sodium cooled reactor 102 includes a reactor vessel 104 containing a pool of sodium 106. One or more fuel assemblies 108 (three shown) containing nuclear fuel are immersed in a pool of sodium 106. Once immersed in sodium 106, the internal chamber of fuel assembly 108 is filled with sodium. Sodium 106 acts as a primary coolant, transferring heat from submerged fuel assembly 108 to the secondary coolant during operation. 3 and 4, the fuel assembly will be described in more detail.

一設計では、図1に示すように、プール内のナトリウムは、燃料アセンブリ108と、一次熱交換器110と称される浸漬されたプール内熱交換器との間を循環する。加熱されたナトリウムが、燃料アセンブリ108から一次熱交換器110へ流れ、冷却されたナトリウムが燃料アセンブリ108へ流れ戻る、循環ループ(液体流れの方向の矢印111によって示される)が形成されている。 In one design, as shown in FIG. 1, sodium within the pool is circulated between fuel assembly 108 and a submerged in-pool heat exchanger, referred to as primary heat exchanger 110. A circulation loop (indicated by liquid flow direction arrow 111) is formed in which heated sodium flows from fuel assembly 108 to primary heat exchanger 110 and cooled sodium flows back to fuel assembly 108.

一次熱交換器110は、二次冷却材内へ熱を伝達することによって、ナトリウムを冷却する。二次冷却材は、ナトリウムまたは他の何らかの流体冷却材であってもよく、一次熱交換器110と二次熱交換器112との間を循環する。図示の実施形態では、二次熱交換器112は、二次冷却材から蓄熱媒体へ、熱を伝達する。低温媒体の供給物は、低温槽114内に設けられている。二次熱交換器112は、低温媒体へ熱を伝達し、高温となった媒体は、高温槽116内に貯蔵される。 The primary heat exchanger 110 cools the sodium by transferring heat into a secondary coolant, which may be sodium or some other fluid coolant, which circulates between the primary heat exchanger 110 and the secondary heat exchanger 112. In the illustrated embodiment, the secondary heat exchanger 112 transfers heat from the secondary coolant to a thermal storage medium. A supply of cold medium is provided in a cold reservoir 114. The secondary heat exchanger 112 transfers heat to the cold medium, which is then stored in a hot reservoir 116.

蓄熱はよく知られており、現在知られているかまたは今後開発される、任意の適切な蓄熱媒体が使用されてもよい。図示の実施形態では、蓄熱媒体は塩である。適切な蓄熱媒体の例には、共晶溶体(eutectic solution)、相変化材料、混和性間隙合金(miscibility gap alloy)、金属の混合物(例えば、AlSi12)、セメント系材料、溶融塩(例えば、ナトリウム、カリウムおよびカルシウムの1種または複数種の塩化物塩;ナトリウム、カリウムおよびカルシウムの1種または複数種の硝酸塩。とりわけ、NaKMg、またはNaKMgCl)、固体ケイ素もしくは溶融ケイ素、または、これらの材料もしくはその他の材料の組合せが含まれる。 Heat storage is well known, and any suitable heat storage medium, now known or hereafter developed, may be used. In the illustrated embodiment, the heat storage medium is salt. Examples of suitable heat storage media include eutectic solutions, phase change materials, miscibility gap alloys, mixtures of metals (e.g. AlSi12 ), cementitious materials, molten salts (e.g. one or more chloride salts of sodium, potassium and calcium; one or more nitrates of sodium, potassium and calcium (in particular NaKMg or NaKMgCl), solid or molten silicon, or these materials or Other material combinations are included.

統合エネルギーシステム100からの電力が必要となったとき、高温槽116からの高温塩が、蒸気発生器118を通過させられる。蒸気発生器118において、高温塩から加圧水流へ熱が伝達され、過熱蒸気が生成される。(今や低温となった)塩は、低温槽114へ送られ、二次冷却材からより多くの熱を受け取る必要が生じるまで貯蔵される。 When power from integrated energy system 100 is required, hot salt from hot tank 116 is passed through steam generator 118 . In steam generator 118, heat is transferred from the hot salt to the pressurized water stream to produce superheated steam. The (now cold) salt is sent to cryostat 114 and stored until it is needed to receive more heat from the secondary coolant.

過熱蒸気内の熱エネルギーは、過熱蒸気に従来の蒸気タービンおよび凝縮器のシステム120を通過させることによって、機械エネルギーに変換される。図示の実施形態では、蒸気タービン122は、発電機124を駆動して電気をつくり出す。 Thermal energy in the superheated steam is converted to mechanical energy by passing the superheated steam through a conventional steam turbine and condenser system 120. In the illustrated embodiment, steam turbine 122 drives generator 124 to produce electricity.

図示の実施形態では、原子炉容器104には、容器ヘッド126によって蓋がされている。容器ヘッド126には、アクセスポートが設けられている。当該アクセスポートによって、燃料アセンブリの挿入および原子炉容器104からの除去(取出し)が可能となっている。燃料アセンブリ取扱システム130は、燃料アセンブリ貯蔵装置132からの新しい燃料アセンブリの回収(取り上げ)、燃料アセンブリ108の挿入および原子炉102からの除去、ザマック安定化システム140への使用済み燃料アセンブリ108の移送のために設けられる。燃料アセンブリ取扱システム130は、取扱時に燃料アセンブリを不活性環境下に維持して、燃料アセンブリが水、空気、または他の任意の望ましくない環境に曝露することを防止し、それによって、原子炉容器104とザマック安定化システム140との間での移送の間に当該燃料アセンブリの表面上に酸化物層が形成されることを、防止はしないとしても阻害する。一実施形態では、燃料アセンブリ取扱システム130は、移送の間に、燃料アセンブリをナトリウム環境下に維持する。代替的な一実施形態では、燃料アセンブリは、取扱の間に、アルゴンまたは窒素等の不活性雰囲気中に維持される。さらに別の一実施形態では、燃料アセンブリ取扱システム130は、0.1%未満の酸素、0.01%未満の酸素、または0.001%未満の酸素を有する低酸素環境下に、燃料アセンブリを維持する。 In the illustrated embodiment, the reactor vessel 104 is capped by a vessel head 126. The vessel head 126 is provided with access ports that allow for the insertion and removal of fuel assemblies from the reactor vessel 104. A fuel assembly handling system 130 is provided for retrieving fresh fuel assemblies from a fuel assembly storage device 132, inserting and removing fuel assemblies 108 from the reactor 102, and transferring spent fuel assemblies 108 to a Zamak stabilization system 140. The fuel assembly handling system 130 maintains the fuel assemblies in an inert environment during handling to prevent exposure of the fuel assemblies to water, air, or any other undesirable environment, thereby inhibiting, if not preventing, the formation of an oxide layer on the surfaces of the fuel assemblies during transfer between the reactor vessel 104 and the Zamak stabilization system 140. In one embodiment, the fuel assembly handling system 130 maintains the fuel assemblies in a sodium environment during transfer. In an alternative embodiment, the fuel assemblies are maintained in an inert atmosphere, such as argon or nitrogen, during handling. In yet another embodiment, the fuel assembly handling system 130 maintains the fuel assembly in a low-oxygen environment having less than 0.1% oxygen, less than 0.01% oxygen, or less than 0.001% oxygen.

ザマック安定化システム140は、使用済み燃料アセンブリを取扱システム130から受け取る。システム140は、1または複数の使用済み燃料アセンブリを一度に受け取るように実装されてもよい。さらに、システム140は、燃料アセンブリを一度に1つを処理するように実装されてもよく、または、バッチ単位で同時に、もしくは2つ以上を同時に処理するように実装されてもよい。使用済み燃料アセンブリを受け取った後、ザマック安定化システム140は、保護シース(sheath)内にそれを配置する。以下により詳細に説明するように、燃料アセンブリ108内における空きのある任意の空間、および燃料アセンブリ108周囲のシースの残余空間に、液体ザマックが充填される。溶解せずに残る余剰ナトリウムは、ザマックの充填によってシースから移動され、ザマック安定化システム140によって収集される。当該余剰ナトリウムは、原子炉102内、または統合エネルギーシステム100における他の場所で再使用され得る。次いで、ザマック安定化システム140は、外装された(シースに収められた:sheathed)使用済み燃料アセンブリを、ザマックが固体になるまで能動的に冷却し得る。さらに、ザマック安定化システム140は、(冷却前、あるいは冷却中、あるいは冷却後のいずれかのときに)シースを密閉する。結果的に得られる外装されたザマック安定化使用済み燃料アセンブリは、液体冷却の必要なく貯蔵および移送できるのに十分な内部熱伝導率を有するものと計算されている。一実施形態では、ザマック安定化システム140は、安定化プロセスの間、使用済み燃料アセンブリを不活性環境下に維持する。 The zamak stabilization system 140 receives the spent fuel assembly from the handling system 130. The system 140 may be implemented to receive one or more spent fuel assemblies at a time. Additionally, the system 140 may be implemented to process the fuel assemblies one at a time, or may be implemented to process a batch or more at the same time. After receiving the spent fuel assembly, the zamak stabilization system 140 places it in a protective sheath. As described in more detail below, any free space within the fuel assembly 108 and the remaining space in the sheath around the fuel assembly 108 is filled with liquid zamak. Any excess sodium that remains undissolved is displaced from the sheath by the zamak filling and collected by the zamak stabilization system 140. The excess sodium may be reused within the reactor 102 or elsewhere in the integrated energy system 100. The zamak stabilization system 140 may then actively cool the sheathed spent fuel assembly until the zamak is solid. The zamak stabilization system 140 then seals the sheath (either before, during, or after cooling). The resulting sheathed zamak stabilized spent fuel assembly is calculated to have sufficient internal thermal conductivity to allow for storage and transportation without the need for liquid cooling. In one embodiment, the zamak stabilization system 140 maintains the spent fuel assembly in an inert environment during the stabilization process.

図2は、進行波炉またはその他のナトリウム冷却炉内で使用するための燃料アセンブリ200の一実施形態の分解図である。アセンブリ200には、軸線Aを有する細長い冷却材チャネル202が含まれる。チャネル202は、六角形の断面を有する。内部流路を有するハンドリングソケット204は、チャネル202の第1端部206に固定されており、内部特徴部または外部特徴部を有する。それが原子炉容器内の機構によって把持されて、アセンブリ200を炉心内へ、炉心から外へ、または炉心内において、上昇、下降、およびその他の方法で移動することを、当該内部特徴部または外部特徴部が可能にしている。入口ノズル208は、チャネル202の第2端部210に固定されている。複数の支承リング212および複数の保定リング214は、ハンドリングソケット204および入口ノズル208をチャネル202に取り付けるために用いられる。複数のロックプレート216(この実施例では、2つ)、および複数のロッドストリップレール218は、入口ノズル208の端部に近接して含まれる。複数のロックプレート216および複数のロッドストリップレール218は協働して、燃料棒束220を入口ノズル208に接続する。一実施形態では、燃料棒束220における燃料棒は全て、上述した環状金属燃料棒である。代替的な一実施形態では、燃料棒の一部のみが環状金属燃料棒であって、その他の燃料棒は異なる種類または構造を有してもよい。シールリング222および流量制限器224も示されている。 FIG. 2 is an exploded view of one embodiment of a fuel assembly 200 for use in a traveling wave reactor or other sodium cooled reactor. Assembly 200 includes an elongated coolant channel 202 having an axis A. Channel 202 has a hexagonal cross section. A handling socket 204 with an internal flow path is secured to the first end 206 of the channel 202 and has internal or external features. It may be gripped by mechanisms within the reactor vessel to raise, lower, and otherwise move assembly 200 into, out of, or within the reactor core, such as by internal or external features. Features make this possible. Inlet nozzle 208 is secured to second end 210 of channel 202 . A plurality of bearing rings 212 and a plurality of retaining rings 214 are used to attach the handling socket 204 and inlet nozzle 208 to the channel 202. A plurality of lock plates 216 (two in this example) and a plurality of rod strip rails 218 are included proximate the end of the inlet nozzle 208. A plurality of lock plates 216 and a plurality of rod strip rails 218 cooperate to connect fuel rod bundle 220 to inlet nozzle 208. In one embodiment, all of the fuel rods in fuel rod bundle 220 are annular metal fuel rods as described above. In an alternative embodiment, only some of the fuel rods are annular metal fuel rods, and other fuel rods may have different types or configurations. Seal ring 222 and flow restrictor 224 are also shown.

図3は、燃料アセンブリ300の代替的な一設計の側面図を示す。アセンブリは、複数(6つが示されている)のスペーサグリッド330を貫通し、かつ当該複数のスペーサグリッド330によって適所に保持された、複数の燃料棒320のセットを含む。底部ノズルアセンブリ340は、原子炉の炉心内で燃料アセンブリ300を支持する。頂部ノズルアセンブリ310は、複数のガイドシンブル管302を含むアセンブリ300の頂部に設けられている。ガイドシンブル管302は、頂部ノズルアセンブリ310から底部ノズルアセンブリ340まで延在する。スペーサグリッド330は、安定させるために、ガイドシンブル管302に取り付けられてもよい。ホールドダウンスプリング312が、アセンブリ300の頂部における頂部ノズルアセンブリ310の上方に設けられており、これによって、燃料アセンブリのコンポーネントに対して適量のホールドダウン力(抑え力)が保証されている。 Figure 3 shows a side view of an alternative design of a fuel assembly 300. The assembly includes a set of fuel rods 320 that pass through and are held in place by a number of spacer grids 330 (six shown). A bottom nozzle assembly 340 supports the fuel assembly 300 in the reactor core. A top nozzle assembly 310 is provided at the top of the assembly 300 that includes a number of guide thimble tubes 302. The guide thimble tubes 302 extend from the top nozzle assembly 310 to the bottom nozzle assembly 340. The spacer grids 330 may be attached to the guide thimble tubes 302 for stability. A hold-down spring 312 is provided above the top nozzle assembly 310 at the top of the assembly 300 to ensure the proper amount of hold-down force against the fuel assembly components.

上述した燃料棒は、その長さ方向に沿って一様である必要はないことに留意されたい。例えば、濃縮度のより多いまたはより少ない領域を、燃料棒の長さ方向に沿って設けることができるだろう。このことは、組み立ての間に燃料の種々の環状スラグまたは異なる粒子状燃料を種々の領域に設けることによって、達成できるだろう。同様に、可燃毒物、他の添加剤、または種々の種類の金属燃料を、特定の領域に設けることができるだろう。種々の材料に加えて、種々の領域は、金属燃料材料は同じままだとしても、種々の属性(例えば、種々のポロシティ、嵩密度、または種々の環状スラグサイズ)を備えることができるだろう。 It should be noted that the fuel rods described above do not have to be uniform along their length. For example, regions of greater or lesser enrichment could be provided along the length of the fuel rod. This could be accomplished by providing different annular slugs of fuel or different particulate fuel in different regions during assembly. Similarly, burnable poisons, other additives, or different types of metallic fuel could be provided in specific regions. In addition to different materials, the different regions could have different attributes (e.g., different porosity, bulk density, or different annular slug sizes) even though the metallic fuel material remains the same.

図2および図3の燃料アセンブリは、本明細書に記載の方法およびシステムを使用して安定化できるであろう燃料アセンブリの2つの例にすぎない。他の種類の原子炉で使用するための、他の多くの燃料アセンブリ設計が存在する。特定の原子炉に対する特定のアセンブリ内における燃料棒およびその他の種類の棒(例えば、制御棒、反射体、および計装棒(instrumentation rod))の構成(配置)は、ザマック安定化技術に影響しない。アセンブリ内における棒の形状および構成(配置)、ならびに、原子炉炉心におけるアセンブリの形状、向きおよび構成(配置)は、特定の原子炉設計に関して、ならびに、使用される環状金属燃料棒の数、種類および性能に応じて、適宜異なり得るが、安定化プロセスに影響はない。 The fuel assemblies of Figures 2 and 3 are just two examples of fuel assemblies that may be stabilized using the methods and systems described herein. Many other fuel assembly designs exist for use in other types of reactors. The configuration of the fuel rods and other types of rods (e.g., control rods, reflectors, and instrumentation rods) within a particular assembly for a particular reactor does not affect the Zamak stabilization technique. The shape and configuration of the rods within the assembly, and the shape, orientation, and configuration of the assembly in the reactor core may vary as appropriate for a particular reactor design and depending on the number, type, and performance of the annular metallic fuel rods used, but does not affect the stabilization process.

図4は、図1に示す統合エネルギーシステムにおける使用に適したザマック安定化システムの一実施形態を示す。図示の実施形態では、ザマック安定化システム400によって受け取られたときの使用済み燃料アセンブリ402は、シース404内へ配置され、次いで、エンドキャップ406によってシースに蓋がされる。シース404には、燃料アセンブリ402の底部ノズル408と係合するレセプタクル(容器)410が設けられている。燃料アセンブリの配置を案内し、またはザマックの充填に先立ってシース内にさらなる支持を提供するよう、追加の支持体(図示せず)がシース内に設けられてもよい。一実施形態では、レセプタクル410は、燃料アセンブリ402を支持するとともに、シース404にザマックを全体的に充填する前に、底部ノズル408を介して燃料アセンブリ402内へザマックを注入することを可能にする。レセプタクル410は、シースの底部において、下側アクセスポート415に接続されており、ザマックは、当該下側アクセスポート415を通じて、パイプ416によって送出される。 4 illustrates an embodiment of a zamak stabilization system suitable for use in the integrated energy system illustrated in FIG. 1. In the illustrated embodiment, the spent fuel assembly 402, when received by the zamak stabilization system 400, is placed into a sheath 404, which is then capped by an end cap 406. The sheath 404 is provided with a receptacle 410 that engages with a bottom nozzle 408 of the fuel assembly 402. Additional supports (not shown) may be provided within the sheath to guide the placement of the fuel assembly or provide additional support within the sheath prior to filling with zamak. In one embodiment, the receptacle 410 supports the fuel assembly 402 and allows for zamak to be injected into the fuel assembly 402 via the bottom nozzle 408 prior to filling the sheath 404 entirely with zamak. The receptacle 410 is connected to a lower access port 415 at the bottom of the sheath, through which the zamac is delivered by a pipe 416.

シース404は、任意の適切な構造材料から作製されてもよい。シース材料は、ザマックの融点よりも高い融点を有する必要があり、ザマック動作温度(ザマック使用温度)において適切な量の強度を維持する必要がある。ザマックの融点は、約380~390℃である。一実施形態では、ザマックは、燃料アセンブリおよび/またはシースチャンバを充填するとき、400~450℃の温度で送出される。代替的な一実施形態では、送出時のザマック温度は、380~2,000℃である。 The sheath 404 may be made from any suitable material of construction. The sheath material must have a melting point higher than that of zamak and must maintain an adequate amount of strength at zamak operating temperatures. Zamak has a melting point of approximately 380-390°C. In one embodiment, the zamak is delivered at a temperature of 400-450°C when filling the fuel assembly and/or sheath chamber. In an alternative embodiment, the zamak temperature at delivery is 380-2,000°C.

シース404、およびザマック流れのループにおけるその他のコンポーネントのための適切な材料には、任意の適切な鋼(例えば、特に、304鋼、316鋼等のステンレス鋼、T-91等のフェライトマルテンサイト鋼、または、適切な融点および強度を有するその他の非腐食性材料)が含まれる。適切な鋼のさらなる例には、マルテンサイト鋼、フェライト鋼、オーステナイト鋼、アルミニウム含有ステンレス鋼を含むステンレス鋼、FeCrAl合金、HT9、酸化物分散強化鋼、T91鋼、T92鋼、HT9鋼、316鋼、304鋼、APMT(Fe-22重量%Cr-5.8重量%Al)およびアロイ33(鉄、クロム、およびニッケルの混合物、公称では32重量%Fe-33重量%Cr-31重量%Ni)等の先進(advanced)鋼が含まれる。別段の定めのない限り、本明細書中の全てのパーセンテージ(%)は、重量パーセンテージ(重量%)である。鋼は、任意の種類の微細構造を有してもよい。例えば、一実施形態では、クラッディング106内の実質的に全ての鋼が、焼戻しマルテンサイト相、フェライト相およびオーステナイト相から選択される、少なくとも1つの相を有する。一実施形態では、鋼は、HT9鋼、またはHT9鋼の改質版である。 Suitable materials for the sheath 404 and other components in the zamak flow loop include any suitable steel (e.g., stainless steels such as 304 steel, 316 steel, ferritic martensitic steels such as T-91, among others, or other non-corrosive materials having suitable melting points and strengths). Further examples of suitable steels include martensitic steels, ferritic steels, austenitic steels, stainless steels including aluminum-containing stainless steels, FeCrAl alloys, HT9, oxide dispersion strengthened steels, T91 steel, T92 steel, HT9 steel, 316 steel, 304 steel, advanced steels such as APMT (Fe-22 wt% Cr-5.8 wt% Al) and Alloy 33 (a mixture of iron, chromium, and nickel, nominally 32 wt% Fe-33 wt% Cr-31 wt% Ni). Unless otherwise specified, all percentages (%) herein are weight percentages (wt%). The steels may have any type of microstructure. For example, in one embodiment, substantially all of the steel in the cladding 106 has at least one phase selected from a tempered martensite phase, a ferrite phase, and an austenite phase. In one embodiment, the steel is HT9 steel or a modified version of HT9 steel.

制御可能なバルブ412が設けられており、当該制御可能なバルブ412は、ザマックが底部ノズル408内へ導かれるか、または、シースと使用済み燃料アセンブリの外面との間の空間内へ導かれるかを制御する。これによって、シース404と使用済み燃料アセンブリ402の外面との間の外部空間の充填とは独立して、底部ノズルおよび頂部ノズルを介してアクセス可能な燃料アセンブリの内部空間を充填できるようになる。両空間は、同時に充填されてもよく、または時間をずらして充填されてもよい。図示の実施形態では、バルブ412は、シース404内にある。代替的な一実施形態では、バルブ412は、シース404の外部にあってもよく、これによって、バルブ412が再使用できるようになる。この実施形態では、シースは、少なくとも2つのアクセスポートを有する。1つは、シース404と使用済み燃料アセンブリ402の外面との間の外部空間を充填するためのアクセスポートであり、1つは、底部ノズル408および頂部ノズル414を介してアクセス可能な燃料アセンブリ402の内部空間を充填するためのアクセスポートである。 A controllable valve 412 is provided that allows zamak to be directed into the bottom nozzle 408 or into the space between the sheath and the exterior surface of the spent fuel assembly. control. This allows filling the interior space of the fuel assembly accessible through the bottom and top nozzles independently of filling the exterior space between the sheath 404 and the exterior surface of the spent fuel assembly 402. Both spaces may be filled simultaneously or at staggered times. In the illustrated embodiment, valve 412 is within sheath 404. In an alternative embodiment, valve 412 may be external to sheath 404, allowing valve 412 to be reused. In this embodiment, the sheath has at least two access ports. One access port for filling the external space between the sheath 404 and the outer surface of the spent fuel assembly 402 and one access port for the fuel assembly 402 accessible through the bottom nozzle 408 and the top nozzle 414. is an access port for filling the internal space of the

燃料アセンブリ402の内部空間を満たすとき、ザマックとの合金を形成しない余剰ナトリウムは、より重量の大きいザマックによって移動され、最終的には、頂部ノズル414から、シースチャンバ(すなわち、シース404と使用済み燃料アセンブリ402の外面との間の空間)内へと押し出される。シースチャンバが充填されると、余剰ナトリウムはさらに移動され、最終的には、シースキャップ406におけるアクセスポート418を通じて、シースから押し出される。シースキャップ406におけるアクセスポート418は、ザマック貯蔵タンク420に接続されている。 When filling the interior space of the fuel assembly 402, excess sodium that does not alloy with the zamak is displaced by the heavier zamak and is eventually forced out of the top nozzle 414 and into the sheath chamber (i.e., the space between the sheath 404 and the outer surface of the spent fuel assembly 402). As the sheath chamber fills, the excess sodium is further displaced and eventually forced out of the sheath through an access port 418 in the sheath cap 406, which is connected to a zamak storage tank 420.

アクセスポート418とザマック貯蔵タンク420との間には、ナトリウムトラップ422が示されている。図示の実施形態では、ナトリウムトラップは、ナトリウムセンサ424と、制御可能なバルブ426と、ナトリウム貯蔵タンク428と、を含む。ナトリウムがパイプ内で検出されると、バルブは、ナトリウムをナトリウム貯蔵タンク428内へ導く。ザマックが検出されると、ザマックは、バルブ426によってザマック貯蔵タンク420へと導かれる。ナトリウムトラップ422は、シースからの余剰ナトリウムを収集する可能な一方法にすぎない。他の多くのナトリウムトラップ設計またはナトリウムトラップ戦略を使用して同じ結果が達成でき、かかる任意の適切な設計または戦略がここで利用できるだろう。 A sodium trap 422 is shown between the access port 418 and the zamak storage tank 420. In the illustrated embodiment, the sodium trap includes a sodium sensor 424, a controllable valve 426, and a sodium storage tank 428. When sodium is detected in the pipe, the valve directs the sodium into the sodium storage tank 428. When zamak is detected, the zamak is directed by the valve 426 to the zamak storage tank 420. The sodium trap 422 is only one possible method of collecting excess sodium from the sheath. Many other sodium trap designs or sodium trap strategies can be used to achieve the same result, and any suitable such designs or strategies may be utilized herein.

ザマックループを通るザマックの流れは、ポンプ430によって駆動される。追加のコンポーネントには、温度センサ432および圧力センサ434等のセンサが含まれる。かかるセンサは、システム400全体を通じて配置することができる。図示の実施形態では、センサは、ザマック貯蔵タンク420上とアクセスポート415直前の送出パイプ416上との両方に設けられている。シースへ送出されるザマックの流量および体積がモニタできるようにする流量計436が示されている。 The flow of zamak through the zamak loop is driven by a pump 430. Additional components include sensors such as a temperature sensor 432 and a pressure sensor 434. Such sensors can be located throughout the system 400. In the illustrated embodiment, sensors are provided on both the zamak storage tank 420 and on the delivery pipe 416 just prior to the access port 415. A flow meter 436 is shown that allows the flow rate and volume of zamak delivered to the sheath to be monitored.

種々のコンポーネントのプロセスおよび動作を制御するために、制御装置438が設けられている。制御装置438は、データを受信し、受信したデータの処理に基づいて種々のコンポーネントに指令を送信するために、センサ、制御可能なバルブ、ポンプ430、およびその他のコンポーネントに、通信可能に接続されている。 A controller 438 is provided to control the processes and operations of the various components. A controller 438 is communicatively connected to the sensors, controllable valves, pumps 430, and other components to receive data and send commands to various components based on processing of the received data. ing.

シースおよび使用済み燃料アセンブリにザマックが充填された後、シースは、密閉され、ループから除去される。一実施形態では、底部および頂部における取り付けパイプは、任意の適切な方法で切断、遮蔽または密閉される。しかしながら、これはほんの一技法であって、任意の適切な代替的な密閉および除去技法が利用できるだろう。 After the sheath and spent fuel assembly are filled with zamak, the sheath is sealed and removed from the loop. In one embodiment, the attachment pipes at the bottom and top are cut, shielded or sealed in any suitable manner. However, this is just one technique and any suitable alternative sealing and removal technique could be used.

図示された他のコンポーネントに、貯蔵タンク420内のザマックを加熱し、安定化プロセスの間にそれを液体状態に維持するための加熱器440がある。一実施形態では、加熱器440は、貯蔵タンク420の外部の周りの抵抗ジャケット加熱器の形態をとり得るだろう。 Other components shown include a heater 440 for heating the zamak in the storage tank 420 and maintaining it in a liquid state during the stabilization process. In one embodiment, heater 440 may take the form of a resistance jacket heater around the exterior of storage tank 420.

図示された他のコンポーネントに、ザマックの充填後にシース404を冷却するためのシース冷却器442がある。一実施形態では、冷却器442は、冷却ジャケットまたはシースの外部に室温空気を導くファンを含む、任意の適切な形態をとり得るだろう。さらに別の一代替形態では、温度制御された部屋を、冷却器442として設けることができるだろう。シースを充填、密閉し、ループから除去した後、温度制御された部屋内にシースを配置できるだろう。次いで、ザマックの冷却を正確に制御できるだろう。一実施形態では、図示のように、冷却器は、シース404の底部を冷却して、ザマックが底部から上方へ固体化するように配置される。 Other components shown include a sheath cooler 442 for cooling the sheath 404 after filling with zamak. In one embodiment, cooler 442 could take any suitable form, including a fan that directs room temperature air outside of a cooling jacket or sheath. In yet another alternative, a temperature controlled room could be provided as a cooler 442. After the sheath is filled, sealed, and removed from the loop, it could be placed in a temperature-controlled room. The cooling of the zamak could then be precisely controlled. In one embodiment, as shown, the cooler is positioned to cool the bottom of the sheath 404 so that the zamak solidifies from the bottom upward.

システム400の他のコンポーネントに、カバーガス制御システム450がある。カバーガスシステム450は、ザマックがループを完全に満たしていないとき、ループ内にカバーガス環境を維持する。例えば、初めに燃料アセンブリ402がシース404内へ配置されるとき、カバーガスシステム450は、燃料アセンブリ周囲の環境を制御し、燃料アセンブリ402の酸素への曝露を低減して、燃料アセンブリ上における酸化物層表面の形成を、防止はしないとしても阻害する。カバーガスシステムは、当技術分野で知られている。ザマック充填プロセスの前およびザマック充填プロセスの間における燃料アセンブリの酸素への曝露が低減されるよう、システム450に関する任意の適切な構成が用いられてもよい。 Another component of the system 400 is a cover gas control system 450. The cover gas system 450 maintains a cover gas environment in the loop when zamak does not completely fill the loop. For example, when the fuel assembly 402 is initially placed into the sheath 404, the cover gas system 450 controls the environment around the fuel assembly and reduces the exposure of the fuel assembly 402 to oxygen to inhibit, if not prevent, the formation of a surface oxide layer on the fuel assembly. Cover gas systems are known in the art. Any suitable configuration for the system 450 may be used to reduce the exposure of the fuel assembly to oxygen before and during the zamak filling process.

図5は、任意のシース実施形態に実装され得るであろう追加の構成を示す、シース500の代替的な一実施形態を示す。 FIG. 5 depicts an alternative embodiment of a sheath 500 showing additional configurations that could be implemented in any sheath embodiment.

図示の実施形態では、シース504が、キャップ506によって蓋をされる頂部開口部のみを有する単体の容器となるように、シース504およびキャップ506が設計されている。これによって、シースが容易に作製できるようになり、複雑さが低減する。シース504には、燃料アセンブリ502の底部ノズル508と係合するレセプタクル510が設けられている。 In the illustrated embodiment, the sheath 504 and cap 506 are designed such that the sheath 504 is a unitary container with only a top opening that is covered by the cap 506. This makes the sheath easier to manufacture and reduces complexity. The sheath 504 is provided with a receptacle 510 that engages with the bottom nozzle 508 of the fuel assembly 502.

ザマックの充填が依然として底部から行われるように、2つのディップチューブ550および552が設けられている。燃料アセンブリディップチューブ550を通って流れるザマックが底部ノズル508を通って燃料アセンブリ502に進入するように、燃料アセンブリディップチューブ550は、レセプタクル510に流体的に接続されている。第2ディップチューブ552は、燃料アセンブリとシースとの間の環状領域を充填するために設けられている。代替的な一実施形態では、この第2ディップチューブは省かれ、燃料アセンブリ502の頂部ノズル514からザマックを溢流させることによって、環状領域が充填される。2つのディップチューブ550、552の間の流れを制御/分配するために、さらなる制御バルブ512がザマック入口ライン上に設けられてもよい。キャップ506とシース504とが接続されたときにディップチューブが適切に配置されるように、ディップチューブ550、552がキャップ内に組み込まれてもよい。あるいは、ディップチューブ550、552はシース504内に組み込まれてもよく、対応する適切な開口がキャップ506内に設けられる。 Two dip tubes 550 and 552 are provided so that the filling of zamak still occurs from the bottom. The fuel assembly dip tube 550 is fluidly connected to the receptacle 510 so that the zamak flowing through the fuel assembly dip tube 550 enters the fuel assembly 502 through the bottom nozzle 508. A second dip tube 552 is provided to fill the annular region between the fuel assembly and the sheath. In an alternative embodiment, this second dip tube is omitted and the annular region is filled by spilling zamak from the top nozzle 514 of the fuel assembly 502. An additional control valve 512 may be provided on the zamak inlet line to control/distribute the flow between the two dip tubes 550, 552. The dip tubes 550, 552 may be incorporated into the cap so that the dip tubes are properly positioned when the cap 506 and the sheath 504 are connected. Alternatively, the dip tubes 550, 552 may be incorporated into the sheath 504, with suitable corresponding openings provided in the cap 506.

キャップ506には、出口554がさらに設けられている。シース504が充填されたとき、余剰ナトリウムおよびザマックは、出口554を取って移動されることとなる。各ディップチューブ550、552および出口554には、充填後に閉止可能な接続バルブ556が設けられてもよい。 Cap 506 is further provided with an outlet 554. When sheath 504 is filled, excess sodium and zamac will be removed via outlet 554. Each dip tube 550, 552 and outlet 554 may be provided with a connection valve 556 that can be closed after filling.

シース504の底外部に接続された冷却器542を用いて、シース504を底部から容易に冷却することができる。シース504は、周囲に作用するためのいかなるフィッティングまたは接続部も、もはや有していない。 The sheath 504 can be easily cooled from the bottom using a cooler 542 connected to the bottom exterior of the sheath 504. Sheath 504 no longer has any fittings or connections to interact with the surroundings.

図示の実施形態では、シース504の外部には、充填前、充填中および充填後におけるシース504の取り扱いおよび持ち上げのための2つの眼部(アイ)558が設けられている。 In the illustrated embodiment, the exterior of the sheath 504 is provided with two eyes 558 for handling and lifting of the sheath 504 before, during, and after filling.

図6は、ザマックを用いてナトリウム冷却炉由来の使用済み核燃料アセンブリを安定化させるための方法の一実施形態を示す。図示の実施形態では、当該方法は、除去操作602において、使用済み燃料アセンブリをナトリウム冷却炉から除去する工程から始まる。除去操作602は、原子炉容器内におけるナトリウムのプール内の使用済み燃料アセンブリにアクセスする(接近する、到達する)工程と、燃料アセンブリ取扱システムを使用して当該使用済み燃料アセンブリを除去する工程と、を含んでもよい。以下により詳細に説明するように、移送の間、燃料アセンブリは、酸素が0.1%未満の被制御環境下に維持され、その結果、この除去操作602におけるプールからの燃料アセンブリの除去から第2充填操作612におけるザマック充填操作の完了までの間における、燃料アセンブリの表面上における酸化物層の形成が低減される。 FIG. 6 illustrates one embodiment of a method for stabilizing spent nuclear fuel assemblies from sodium cooled reactors using Zamak. In the illustrated embodiment, the method begins with removing a spent fuel assembly from a sodium cooled reactor in a removal operation 602. Removal operation 602 includes accessing a spent fuel assembly in a pool of sodium within a reactor vessel and removing the spent fuel assembly using a fuel assembly handling system. , may also be included. As explained in more detail below, during the transfer, the fuel assembly is maintained in a controlled environment with less than 0.1% oxygen, so that the fuel assembly is removed from the pool in this removal operation 602. The formation of an oxide layer on the surface of the fuel assembly during the completion of the zamak filling operation in 2 filling operation 612 is reduced.

次いで、送達操作604において、使用済み燃料アセンブリがザマック安定化システムへ送達される。 The spent fuel assembly is then delivered to the Zamak stabilization system in a delivery operation 604.

外装(シージング:sheathing)操作606において、使用済み燃料アセンブリが受け取られると、当該使用済み燃料アセンブリがシース内に配置される。外装操作606の一実施形態では、燃料アセンブリの底部ノズルがシースの底部にあるレセプタクルと係合され、シースに蓋がされる。次いで、今や密閉状態にあるシースが、ザマック配管に接続される。 In sheathing operation 606, once the spent fuel assembly is received, it is placed into a sheathing. In one embodiment of sheathing operation 606, the bottom nozzle of the fuel assembly is engaged with a receptacle at the bottom of the sheathing and the sheathing is capped. The now sealed sheath is then connected to the Zamak piping.

ザマック生成操作608において、ザマックがまだその液体動作温度に加熱されていない場合、ある量のザマックをその融点よりも高い温度に加熱することによって、液体ザマックが生成される。 In a zamak production operation 608, liquid zamak is produced by heating a quantity of zamak to a temperature above its melting point, if the zamac has not already been heated to its liquid operating temperature.

第1充填操作610が行われ、シースのレセプタクルおよび燃料アセンブリの底部ノズルを通じて液体ザマックを流すことによって、使用済み核燃料アセンブリの(1以上の)内部チャンバに液体ザマックが充填される。余剰ナトリウムは、燃料アセンブリの頂部ノズルから移動される(置換される、のけられる)こととなる。ナトリウムは、頂部ノズルから収集されてもよく、または、燃料アセンブリの外部とシースとの間の環状空間内において、ザマックがその領域にまだ充填されていない場合に貯留できるようになっていてもよい。 A first filling operation 610 is performed to fill the internal chamber(s) of the spent nuclear fuel assembly with liquid zamak by flowing the liquid zamak through the receptacle of the sheath and the bottom nozzle of the fuel assembly. Excess sodium is displaced (displaced, removed) from the top nozzle of the fuel assembly. The sodium may be collected from the top nozzle or may be allowed to accumulate in the annular space between the exterior of the fuel assembly and the sheath if zamak has not yet filled that area.

第2充填操作612が行われ、燃料アセンブリの外面とシースとの間の環状空間に、ザマックが充填される。やはり、燃料アセンブリの外面上の余剰ナトリウムは、当該空間が充填されるときに移動され(のけられ)、ザマックの表面に浮かぶこととなる。一実施形態では、燃料アセンブリの外面とシースとの間の環状空間は、シースの底部におけるシースアクセスポートを通じて充填されてもよい。あるいは、さらなるザマックに燃料アセンブリを通過させ、環状空間が充填されるまで燃料アセンブリの頂部ノズルから余剰ザマックが溢流できるようにすることによって、燃料アセンブリの外面とシースとの間の環状空間が充填されてもよい。余剰ナトリウムの全てがシースから移動され、ザマックがシースから流出するまで、第2充填操作612が行われてもよい。シースから移動された任意の余剰ナトリウムは収集されて、後にクリーニングしかつ/または原子炉プールで再使用するために貯蔵されてもよい。 A second filling operation 612 is performed to fill the annular space between the outer surface of the fuel assembly and the sheath with zamak. Again, excess sodium on the outer surface of the fuel assembly will be dislodged as the space is filled and will float to the surface of the zamak. In one embodiment, the annular space between the outer surface of the fuel assembly and the sheath may be filled through a sheath access port at the bottom of the sheath. Alternatively, the annular space between the outer surface of the fuel assembly and the sheath is filled by passing additional zamak through the fuel assembly and allowing excess zamak to overflow from the top nozzle of the fuel assembly until the annular space is filled. may be done. A second filling operation 612 may be performed until all of the excess sodium is removed from the sheath and the zamak flows out of the sheath. Any excess sodium displaced from the sheath may be collected and stored for later cleaning and/or reuse in the reactor pool.

一実施形態では、充填後に、充填されたコンポーネントにザマックがさらに流されるよう(フラッシングされるよう)、シースか燃料アセンブリかのいずれかを通じて余剰量のザマックを流してもよい。空間に流される余剰量のザマックの量は、その空間のサイズに基づいて決定されてもよいが、このことは既知であろう。あるいは、ザマックは、最初の充填後の時間に基づいて流されてもよい(フラッシングされてもよい)(例えば、未充填領域を減少させるため、または残存ナトリウムを移動させるために、シースが充填された後に10分間、ザマックをシースに流す)。 In one embodiment, after filling, an excess amount of zamak may be flushed through either the sheath or the fuel assembly so that the filled components are flushed with additional zamak. The amount of surplus zamak to be flushed into a space may be determined based on the size of that space, as will be known. Alternatively, the zamak may be flushed based on the time after the initial fill (e.g., the sheath is filled to reduce unfilled areas or to displace residual sodium). (after which the zamak is allowed to flow through the sheath for 10 minutes).

さらに別の一実施形態では、いかなる余剰のナトリウムまたはザマックも、シースから除去されない。そうではなく、シースには、部分的にまたは完全に燃料アセンブリがザマックに沈められる点まで充填されるだけであり、次いで当該シースが密閉される。この実施形態では、原子炉由来の全てのナトリウムは、シース内に残り、安定化された最終的な燃料アセンブリと共に処分される。この実施形態では、ナトリウムが浪費され得るものの、照射(irradiated)ナトリウムの取扱量が低減される。 In yet another embodiment, no excess sodium or zamac is removed from the sheath. Rather, the sheath is only filled to the point that the fuel assembly is partially or completely submerged in the zamak, and then the sheath is sealed. In this embodiment, all sodium from the reactor remains within the sheath and is disposed of with the final stabilized fuel assembly. This embodiment reduces the amount of irradiated sodium handled, although sodium may be wasted.

一実施形態では、燃料アセンブリの底部ノズル内、およびシース内へのザマックの流れは、独立して制御することができる。これによって、第1充填操作610および第2充填操作612を、任意の順序で行うことができる。例えば、一実施形態では、第1充填操作610が最初に行われ、燃料アセンブリが充填された後にはじめて、第2充填操作612が行われる。第1充填操作610および第2充填操作612は、充填操作中にシースを振動させることによって補助されてもよい。 In one embodiment, the flow of zamac into the bottom nozzle of the fuel assembly and into the sheath can be controlled independently. This allows the first filling operation 610 and the second filling operation 612 to occur in any order. For example, in one embodiment, the first filling operation 610 occurs first and the second filling operation 612 occurs only after the fuel assembly is filled. The first filling operation 610 and the second filling operation 612 may be assisted by vibrating the sheath during the filling operations.

次いで、冷却操作614が、ザマックが充填されたシースに対して行われる。上述したように、冷却処理は、能動的または受動的に行われてもよい。一実施形態では、冷却器は、ザマックの最下部分が最初に固体化するようにシースを下方から冷却するために用いられる。冷却速度が制御されてもよい。ザマックは、その融点未満に冷却される。ザマックは、さらに室温に冷却されてもよい。 A cooling operation 614 is then performed on the zamak filled sheath. As mentioned above, the cooling process may be active or passive. In one embodiment, a cooler is used to cool the sheath from below so that the bottom portion of the zamak solidifies first. The cooling rate may be controlled. The zamak is cooled below its melting point. The zamak may be further cooled to room temperature.

いったん冷却されると、外装されたザマック安定化燃料アセンブリには、乾式貯蔵操作616が示す乾式貯蔵の準備が整う。これには、外装されたザマック安定化燃料アセンブリを屋外、建物(建屋)内、または地下のボアホールまたは他の室内に配置する工程が含まれてもよい。外装されたザマック安定化燃料アセンブリは、移送または貯蔵の助けとなるよう、キャスク、フレーム、またはその他の容器内にさらに配置されてもよい。 Once cooled, the sheathed zamak stabilized fuel assembly is ready for dry storage as indicated by dry storage operation 616. This may include placing the sheathed zamak stabilized fuel assembly outdoors, in a building, or underground in a borehole or other chamber. The sheathed zamak stabilized fuel assembly may further be placed in a cask, frame, or other container to aid in transportation or storage.

除去操作602および送達操作604の一方またはいずれかは、排出操作を含んでもよい。当該排出操作において、液体ナトリウムは、使用済み核燃料アセンブリから排出できるようになっている。これによって、シースを充填するときに回収される余剰ナトリウムの量は減少し、または無くされさえすることになる。 Either or both of the removal operation 602 and the delivery operation 604 may include a drainage operation in which liquid sodium is allowed to drain from the spent nuclear fuel assembly, thereby reducing or even eliminating the amount of excess sodium that is recovered when filling the sheath.

安定化方法600の一実施形態では、燃料アセンブリの表面上における酸化物の形成が防止されるように、0.1%を超える酸素を有する環境に使用済み燃料アセンブリを曝露することなく、方法の操作の全てが行われる。これは、使用済み燃料アセンブリの取り扱う間に、当該使用済み燃料アセンブリを不活性雰囲気(すなわち、0.1重量%未満の酸素を有するアルゴン、窒素、およびヘリウム等の1種または複数種の不活性ガスの雰囲気)、低酸素雰囲気(例えば、0.1重量%未満の酸素、0.01重量%未満の酸素)またはナトリウム環境下に維持することによって、行われてもよい。代替的な一実施形態では、除去操作604および送達操作606は、酸化物のいかなる実質的な形成も防止されるように、使用済み燃料のナトリウム濡れに依存して、迅速に実行されてもよい。不活性環境下またはナトリウム環境下においてシース内部の充填操作が行われる場合、移動された不活性材料またはナトリウムは、再使用のために収集されてもよい。 In one embodiment of the stabilization method 600, all of the operations of the method are performed without exposing the spent fuel assembly to an environment having more than 0.1% oxygen, so as to prevent the formation of oxides on the surface of the fuel assembly. This may be done by maintaining the spent fuel assembly in an inert atmosphere (i.e., an atmosphere of one or more inert gases such as argon, nitrogen, and helium having less than 0.1% oxygen by weight), a low-oxygen atmosphere (e.g., less than 0.1% oxygen by weight, less than 0.01% oxygen by weight), or a sodium environment during handling of the spent fuel assembly. In an alternative embodiment, the removal operation 604 and the delivery operation 606 may be performed quickly, relying on the sodium wetting of the spent fuel to prevent any substantial formation of oxides. If the filling operation inside the sheath is performed in an inert or sodium environment, the displaced inert material or sodium may be collected for reuse.

方法600の代替的な一実施形態では、シースは省かれる。この実施形態では、使用済み燃料アセンブリにザマックが充填され、ノズルが密閉され、ザマックが冷却されて、その結果、ザマックで安定化されたものの外装されていない使用済み燃料アセンブリが得られる。一実施形態では、崩壊熱生成が最小限である場合には、このより単純なアプローチで十分であり得る。 In an alternative embodiment of method 600, the sheath is omitted. In this embodiment, the spent fuel assembly is filled with zamak, the nozzle is sealed, and the zamak is cooled, resulting in a zamak stabilized but unsheathed spent fuel assembly. In an embodiment, this simpler approach may be sufficient if decay heat generation is minimal.

使用済み燃料アセンブリの処分の文脈で説明されているが、上述したシステムおよび方法は、崩壊熱を生成する核物質を含有するか否かにかかわらず、新たな燃料アセンブリ、またはナトリウムに曝露した他の任意のコンポーネントを安定化させるために、使用できるだろう。例えば、一実施形態では、上述したシステムおよび方法は、ナトリウムを保持していた管、またはナトリウム環境下にあった管等の金属コンポーネントを処分するために使用できるだろう。ザマック安定化システムを、管にザマックを充填して当該管内の残留ナトリウムを移動させる(のける)ために使用でき、次いで、安定化された管を冷却して、貯蔵および/または処分の準備ができたザマック安定化管をつくり出せるだろう。 Although described in the context of the disposal of spent fuel assemblies, the systems and methods described above are applicable to new fuel assemblies, whether or not they contain nuclear material that produces decay heat, or others exposed to sodium. could be used to stabilize any component of the For example, in one embodiment, the systems and methods described above could be used to dispose of metal components, such as pipes that held sodium or were in a sodium environment. A zamak stabilization system can be used to fill a tube with zamac to displace residual sodium within the tube, and then cool the stabilized tube to prepare it for storage and/or disposal. It would be possible to create a finished Zamak stabilizing tube.

添付の特許請求の範囲にかかわらず、本開示はまた、付番された以下の条項によって定められる。 Notwithstanding the appended claims, the present disclosure is also defined by the following numbered clauses:

1.
使用済み核燃料アセンブリの貯蔵準備をする方法であって、
前記使用済み核燃料アセンブリは、外部と、底部ノズルおよび頂部ノズルを通じてアクセス可能な1または複数の内部チャンバと、を有し、
第1融点を有するある量のザマックを用意する工程と、
前記第1融点よりも高い第2融点を有する材料から作製されたシースであって、前記使用済み核燃料アセンブリの前記底部ノズルと係合するように構成されたレセプタクルをさらに含むシースを用意する工程と、
前記使用済み核燃料アセンブリを液体ナトリウム環境から除去する工程と、
前記使用済み核燃料アセンブリをシース内に配置して、前記レセプタクルを前記底部ノズルと係合させる工程と、
前記ある量のザマックを前記第1融点よりも高いが前記第2融点よりも低い温度に加熱することによって液体ザマックを生成する工程と、
前記レセプタクルおよび前記底部ノズルを通じて液体ザマックを流すことによって、前記使用済み核燃料アセンブリの1または複数の前記内部チャンバに液体ザマックを充填する工程と、
前記シースと前記使用済み核燃料アセンブリの前記外部との間の空間内へ液体ザマックを当該液体ザマックで満ちるまで流すことによって、前記シースに液体ザマックを充填する工程と、
を含む、方法。
1.
1. A method for preparing a spent nuclear fuel assembly for storage, comprising the steps of:
the spent nuclear fuel assembly having an exterior and one or more interior chambers accessible through a bottom nozzle and a top nozzle;
providing a quantity of zamak having a first melting point;
providing a sheath made from a material having a second melting point higher than the first melting point, the sheath further including a receptacle configured to engage the bottom nozzle of the spent nuclear fuel assembly;
removing the spent nuclear fuel assembly from the liquid sodium environment;
placing the spent nuclear fuel assembly within a sheath and engaging the receptacle with the bottom nozzle;
generating liquid zamak by heating the quantity of zamak to a temperature above the first melting point but below the second melting point;
filling one or more of the internal chambers of the spent nuclear fuel assembly with liquid zamak by flowing liquid zamak through the receptacle and the bottom nozzle;
filling the sheath with liquid zamak by flowing liquid zamak into a space between the sheath and the exterior of the spent nuclear fuel assembly until the sheath is filled with liquid zamak;
A method comprising:

2.
前記ザマックは、ザマック2、KS、ザマック3、ザマック4、ザマック5およびザマック7から選択される、条項1に記載の方法。
2.
2. The method according to clause 1, wherein said zamak is selected from zamak 2, KS, zamak 3, zamak 4, zamak 5 and zamak 7.

3.
前記ザマックは、ザマック3である、条項1に記載の方法。
3.
The method according to clause 1, wherein the Zamak is Zamak 3.

4.
前記シースに液体ザマックを充填する工程の後に、前記シース内の前記ザマックを前記第1融点未満の温度に冷却する工程をさらに含む、条項1~3のいずれか一項に記載の方法。
4.
4. A method according to any one of clauses 1 to 3, further comprising, after filling the sheath with liquid zamak, cooling the zamak in the sheath to a temperature below the first melting point.

5.
前記使用済み核燃料アセンブリを不活性環境下の前記シース内に配置する工程と、
前記シースに液体ザマックを充填する工程であって、それによって前記不活性環境を置換する(移動させる、のける:displace)工程と、
をさらに含む、条項1~4のいずれか一項に記載の方法。
5.
placing the spent nuclear fuel assembly within the sheath in an inert environment;
filling the sheath with liquid zamak, thereby displacing the inert environment;
5. The method of any one of clauses 1 to 4, further comprising:

6.
前記第1融点よりも高い第2融点を有する前記材料は、304ステンレス鋼、316ステンレス鋼、およびT91鋼から選択される、条項1~5のいずれか一項に記載の方法。
6.
A method according to any one of clauses 1 to 5, wherein the material having a second melting point higher than the first melting point is selected from 304 stainless steel, 316 stainless steel, and T91 steel.

7.
前記使用済み核燃料アセンブリから液体ナトリウムを排出する工程をさらに含む、条項1~6のいずれか一項に記載の方法。
7.
7. The method of any one of clauses 1-6, further comprising draining liquid sodium from the spent nuclear fuel assembly.

8.
複数の前記充填操作によって前記シースと1または複数の前記内部チャンバとから移動されたナトリウムを収集する工程をさらに含む、条項1~7のいずれか一項に記載の方法。
8.
8. The method of any one of clauses 1-7, further comprising collecting sodium displaced from the sheath and one or more of the internal chambers by a plurality of the filling operations.

9.
前記配置操作は、
前記使用済み核燃料アセンブリを前記シース内に配置する工程の後に、前記シースに蓋をする工程
をさらに含む、条項1~8のいずれか一項記載の方法。
9.
The placement operation is
The method of any one of clauses 1-8, further comprising the step of capping the sheath after the step of placing the spent nuclear fuel assembly within the sheath.

10.
前記シースおよび1または複数の前記内部チャンバにザマックを充填する工程の後に、前記シースを冷却する工程をさらに含む、条項1~8のいずれか一項に記載の方法。
10.
9. The method of any one of clauses 1-8, further comprising cooling the sheath after filling the sheath and the one or more internal chambers with zamak.

11.
前記冷却操作は、
前記シースを底部から冷却する工程
をさらに含む、条項10に記載の方法。
11.
The cooling operation is
11. The method of claim 10, further comprising the step of cooling the sheath from the bottom.

12.
前記シースおよび1または複数の前記内部チャンバにザマックを充填する工程の後に、前記シースを乾式貯蔵装置内に配置する工程をさらに含む、条項1~11のいずれか一項に記載の方法。
12.
12. The method of any one of clauses 1-11, further comprising the step of placing the sheath in a dry storage device after the step of filling the sheath and the one or more internal chambers with zamak.

13.
前記シースおよび1または複数の前記内部チャンバにザマックを充填する工程の後に、前記シースを乾燥した地下貯蔵場所に配置する工程をさらに含む、条項1~11のいずれか一項に記載の方法。
13.
12. The method of any one of clauses 1-11, further comprising the step of placing the sheath in a dry underground storage site after the step of filling the sheath and the one or more internal chambers with zamak.

14.
前記使用済み核燃料アセンブリを前記ナトリウム環境から除去する工程と前記使用済み核燃料アセンブリに液体ザマックを充填する工程との間に、前記使用済み核燃料アセンブリの少なくとも1つの表面上における酸化物の形成を防止する工程をさらに含む、条項1~13のいずれか一項に記載の方法。
14.
preventing the formation of oxides on at least one surface of the spent nuclear fuel assembly between removing the spent nuclear fuel assembly from the sodium environment and filling the spent nuclear fuel assembly with liquid zamak; 14. The method according to any one of clauses 1 to 13, further comprising a step.

15.
前記使用済み核燃料アセンブリを低酸素環境下に維持することによって、前記使用済み核燃料アセンブリの表面上における酸化物層の形成を阻害する工程
をさらに含む、条項1~13のいずれか一項に記載の方法。
15.
14. The method of any one of clauses 1-13, further comprising inhibiting formation of an oxide layer on a surface of the spent nuclear fuel assembly by maintaining the spent nuclear fuel assembly in a low-oxygen environment.

16.
前記方法の1または複数の操作は、不活性雰囲気または低酸素雰囲気のうちの一方の中で行われることで、前記使用済み核燃料アセンブリの表面上における酸化物層の形成が阻害される、条項1~13のいずれか一項に記載の方法。
16.
Clause 1, wherein one or more operations of the method are performed in one of an inert atmosphere or a low oxygen atmosphere to inhibit the formation of an oxide layer on the surface of the spent nuclear fuel assembly. The method according to any one of items 1 to 13.

17.
使用済み核燃料アセンブリの貯蔵準備をする方法であって、
第1融点を有するある量のザマックを用意する工程と、
前記使用済み核燃料アセンブリの酸素への曝露を制御しつつ前記使用済み核燃料アセンブリを液体ナトリウム環境から除去する工程であって、それによって、前記使用済み核燃料アセンブリ上における酸化物層の形成を阻害する工程と、
ザマック充填使用済み核燃料アセンブリが得られるよう前記使用済み核燃料アセンブリに液体状態の前記ザマックを充填する工程であって、それによって、前記使用済み核燃料アセンブリにおける少なくとも一部の液体ナトリウムを前記ザマック内へ溶解させ、残存する液体ナトリウムを前記使用済み核燃料アセンブリから移動させる工程と、
前記ザマックが前記第1融点未満の温度になるまで前記ザマック充填使用済み核燃料アセンブリを冷却して、ザマック安定化使用済み核燃料アセンブリを得る工程と、
前記ザマック安定化使用済み核燃料アセンブリを乾式貯蔵する工程と、
を含む、方法。
17.
1. A method of preparing spent nuclear fuel assemblies for storage, the method comprising:
providing an amount of zamak having a first melting point;
removing the spent nuclear fuel assembly from a liquid sodium environment while controlling exposure of the spent nuclear fuel assembly to oxygen, thereby inhibiting the formation of an oxide layer on the spent nuclear fuel assembly; and,
filling the spent nuclear fuel assembly with the zamak in a liquid state so as to obtain a zamak-filled spent nuclear fuel assembly, thereby dissolving at least a portion of the liquid sodium in the spent nuclear fuel assembly into the zamac; and removing remaining liquid sodium from the spent nuclear fuel assembly;
cooling the Zamak-filled spent nuclear fuel assembly until the Zamak has a temperature below the first melting point to obtain a Zamak-stabilized spent nuclear fuel assembly;
dry storing the Zamak stabilized spent nuclear fuel assembly;
including methods.

18.
前記充填操作は、
前記第1融点よりも高い第2融点を有する材料から作製されたシース内に前記使用済み核燃料アセンブリを配置する工程と、
前記シースと前記使用済み核燃料アセンブリとの両方に液体ザマックを充填する工程と、
をさらに含む、条項17に記載の方法。
18.
The filling operation includes:
placing the spent nuclear fuel assembly within a sheath made of a material having a second melting point higher than the first melting point;
filling both the sheath and the spent nuclear fuel assembly with liquid zamak;
The method according to clause 17, further comprising:

19.
前記ザマックは、ザマック2、KS、ザマック3、ザマック4、ザマック5、およびザマック7から選択される、条項17または18に記載の方法。
19.
19. A method according to clause 17 or 18, wherein the Zamak is selected from Zamak 2, KS, Zamak 3, Zamak 4, Zamak 5, and Zamak 7.

20.
前記ザマックは、ザマック3である、条項17または18に記載の方法。
20.
19. The method according to clause 17 or 18, wherein the Zamak is Zamak 3.

21.
前記シースに液体ザマックを充填する工程の後に、前記シース内の前記ザマックを前記第1融点未満の温度に冷却する工程をさらに含む、条項17~20のいずれか一項に記載の方法。
21.
21. The method of any one of clauses 17-20, further comprising, after filling the sheath with liquid zamak, cooling the zamak in the sheath to a temperature below the first melting point.

22.
前記使用済み核燃料アセンブリを不活性環境下の前記シース内に配置する工程と、
前記シースに液体ザマックを充填する工程であって、それによって前記不活性環境を置換する工程と、
をさらに含む、条項17~21のいずれか一項に記載の方法。
22.
placing the spent nuclear fuel assembly within the sheath in an inert environment;
filling the sheath with liquid zamak, thereby replacing the inert environment;
22. The method of any one of clauses 17 to 21, further comprising:

23.
前記第1融点よりも高い第2融点を有する前記材料は、304ステンレス鋼、316ステンレス鋼、およびT91鋼から選択される、条項17~22のいずれか一項に記載の方法。
23.
23. The method of any one of clauses 17-22, wherein the material having a second melting point higher than the first melting point is selected from 304 stainless steel, 316 stainless steel, and T91 steel.

24.
前記使用済み核燃料アセンブリから液体ナトリウムを排出する工程をさらに含む、条項17~23のいずれか一項に記載の方法。
24.
24. The method of any one of clauses 17-23, further comprising draining liquid sodium from the spent nuclear fuel assembly.

25.
複数の前記充填操作によって前記シースと前記使用済み核燃料アセンブリとから移動されたナトリウムを収集する工程をさらに含む、条項17~24のいずれか一項に記載の方法。
25.
25. The method of any one of clauses 17-24, further comprising collecting sodium displaced from the sheath and the spent nuclear fuel assembly by a plurality of the filling operations.

26.
前記配置操作は、
前記使用済み核燃料アセンブリを前記シース内に配置する工程の後に、前記シースに蓋をする工程
をさらに含む、条項17~25のいずれか一項記載の方法。
26.
The arrangement operation is
26. The method of any one of clauses 17-25, further comprising capping the sheath after placing the spent nuclear fuel assembly within the sheath.

27.
前記シースおよび前記使用済み核燃料アセンブリにザマックを充填する工程の後に、前記シースを冷却する工程をさらに含む、条項17~26のいずれか一項に記載の方法。
27.
27. The method of any one of clauses 17-26, further comprising cooling the sheath after filling the sheath and the spent nuclear fuel assembly with zamak.

28.
前記冷却操作は、
前記シースを底部から冷却する工程
をさらに含む、条項27に記載の方法。
28.
The cooling operation is
28. The method of claim 27, further comprising the step of cooling the sheath from the bottom.

29.
前記シースおよび前記使用済み核燃料アセンブリにザマックを充填する工程の後に、前記シースを乾式貯蔵装置内に配置する工程をさらに含む、条項17~28のいずれか一項に記載の方法。
29.
29. The method of any one of clauses 17-28, further comprising placing the sheath in a dry storage device after filling the sheath and the spent nuclear fuel assembly with Zamak.

30.
前記シースおよび前記使用済み核燃料アセンブリにザマックを充填する工程の後に、前記シースを乾燥した地下貯蔵場所に配置する工程をさらに含む、条項17~28のいずれか一項に記載の方法。
30.
29. The method of any one of clauses 17-28, further comprising placing the sheath in a dry underground storage location after filling the sheath and the spent nuclear fuel assembly with Zamak.

31.
前記方法は、前記使用済み核燃料アセンブリを酸素に曝露することなく行われる、条項17~30のいずれか一項に記載の方法。
31.
31. A method according to any one of clauses 17 to 30, wherein the method is carried out without exposing the spent nuclear fuel assembly to oxygen.

32.
前記方法の1または複数の操作は、前記使用済み核燃料アセンブリを酸素に曝露することなく行われる、条項17~30のいずれか一項に記載の方法。
32.
31. The method of any one of clauses 17-30, wherein one or more operations of the method are performed without exposing the spent nuclear fuel assembly to oxygen.

33.
前記方法の1または複数の操作は、不活性雰囲気中で行われる、条項17~32のいずれか一項に記載の方法。
33.
33. The method of any one of clauses 17 to 32, wherein one or more operations of the method are carried out in an inert atmosphere.

34.
固体ザマックを充填した燃料アセンブリを備える、装置。
34.
An apparatus comprising a fuel assembly filled with solid zamak.

35.
前記燃料アセンブリは、容器内に密閉されている、条項34に記載の装置。
35.
35. The apparatus of clause 34, wherein the fuel assembly is sealed within a container.

36.
前記燃料アセンブリと前記容器との間の空間には、固体ザマックが充填されている、条項35に記載の装置。
36.
36. The apparatus of clause 35, wherein the space between the fuel assembly and the container is filled with solid zamak.

37.
ナトリウム冷却原子炉由来の使用済み核燃料アセンブリを安定化させるためのシステムであって、
ザマック貯蔵タンクと、
融点を有する、ある量のザマックと、
前記使用済み核燃料アセンブリを受け入れて密閉保定するように構成されたシースであって、液体ザマックを受け入れて前記シースに注入するための入口ポートを有するシースと、
前記融点よりも高い温度にザマックを加熱するように適合された加熱器と、
を備える、システム。
37.
A system for stabilizing a spent nuclear fuel assembly derived from a sodium cooled nuclear reactor, the system comprising:
Zamak storage tank;
an amount of zamak having a melting point;
a sheath configured to receive and hermetically retain the spent nuclear fuel assembly, the sheath having an inlet port for receiving and injecting liquid zamak into the sheath;
a heater adapted to heat the zamak to a temperature above the melting point;
A system equipped with.

38.
前記シース内への液体ザマックの流れを制御するように構成された制御装置をさらに備える、条項37に記載のシステム。
38.
38. The system of clause 37, further comprising a controller configured to control the flow of liquid zamak into the sheath.

39.
前記シースとその内容物とを前記融点未満に冷却するように適合された冷却器をさらに備える、条項37に記載のシステム。
39.
38. The system of clause 37, further comprising a cooler adapted to cool the sheath and its contents below the melting point.

40.
前記シースから液体ナトリウムを収集するように構成されたナトリウムトラップをさらに備える、条項37に記載のシステム。
40.
38. The system of claim 37, further comprising a sodium trap configured to collect liquid sodium from the sheath.

41.
複数の燃料アセンブリを収容するナトリウムプールを含む前記ナトリウム冷却原子炉をさらに備える、条項37に記載のシステム。
41.
38. The system of clause 37, further comprising the sodium cooled nuclear reactor including a sodium pool housing a plurality of fuel assemblies.

42.
複数の燃料アセンブリを前記ナトリウムプールから前記シースへ移送するように適合された燃料アセンブリ取扱システムをさらに備える、条項41に記載のシステム。
42.
42. The system of clause 41, further comprising a fuel assembly handling system adapted to transfer a plurality of fuel assemblies from the sodium pool to the sheath.

43.
前記使用済み核燃料アセンブリを低酸素環境下に維持するように適合されたカバーガスシステムをさらに備える、条項37~42のいずれか一項に記載のシステム。
43.
43. The system of any one of clauses 37-42, further comprising a cover gas system adapted to maintain the spent nuclear fuel assembly under a hypoxic environment.

44.
使用済み核燃料アセンブリの代わりに、ナトリウムに曝露したコンポーネントが安定化される、条項1~43のいずれか一項に記載のシステムおよび方法。
44.
The system and method of any one of clauses 1-43, wherein sodium-exposed components are stabilized in place of spent nuclear fuel assemblies.

45.
ナトリウムに曝露した表面を有するコンポーネントの貯蔵準備をする方法であって、
第1融点を有するある量のザマックを用意する工程と、
ザマック被覆表面が前記コンポーネント上に得られるように、ナトリウムを前記表面から液体ザマックによって移動させる(のける)工程と、
ザマック安定化コンポーネントが得られるように、前記第1融点未満の温度になるまで前記ザマックを冷却する工程と、
を含む、方法。
45.
1. A method of preparing a component for storage having a surface exposed to sodium, the method comprising:
providing an amount of zamak having a first melting point;
displacing sodium from the surface by liquid zamac so that a zamac-coated surface is obtained on the component;
cooling the zamak to a temperature below the first melting point so as to obtain a zamak stabilizing component;
including methods.

46.
前記コンポーネントは、ナトリウムが充填された管であり、
移動させる工程は、
前記管に液体ザマックを充填する工程
をさらに含む、条項45に記載の方法。
46.
the component is a sodium-filled tube;
The process of moving is
46. The method of clause 45, further comprising filling the tube with liquid zamak.

47.
前記ザマックは、1~10%のAl;0~1%のCu;0.01~1%のMg;0.5%未満の不純物(すなわち、Al、Cu、MgおよびZn以外の任意の元素);および、残りのZnを有する合金である、条項1~46のいずれか一項に記載のシステムおよび方法。
47.
The zamac contains 1-10% Al; 0-1% Cu; 0.01-1% Mg; less than 0.5% impurities (i.e. any element other than Al, Cu, Mg and Zn). and an alloy having a balance of Zn.

別段の定めのない限り、本明細書および特許請求の範囲において使用される成分の量、分子量等の性質、反応条件等を表す全ての数は、全ての場合において、「約」という語によって修飾されているものと理解されたい。したがって、それとは異なる指示がない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載された数値パラメータは、求める所望の性質に応じて変化し得る近似値である。 Unless otherwise indicated, all numbers expressing quantities of ingredients, properties such as molecular weight, reaction conditions, and the like used in the specification and claims are to be understood as being modified in all instances by the word "about." Accordingly, unless indicated to the contrary, the numerical parameters set forth in the following specification and appended claims are approximations that may vary depending upon the desired properties sought.

広い範囲の技術を説明する数値範囲および数値パラメータが近似値であるにもかかわらず、特定の実施例に示す数値は、可能な限り正確に報告されたものである。しかしながら、いかなる数値も、それぞれの試験測定において見出される標準偏差から必然的に生じる一定の(certain)誤差を内在的に含んでいる。 Notwithstanding that the numerical ranges and numerical parameters describing a wide range of techniques are approximations, the numerical values set forth in the specific examples are reported to be as accurate as possible. However, any numerical value inherently contains certain errors that necessarily result from the standard deviation found in each test measurement.

本明細書に記載されたシステムおよび方法が、言及した目的および利点、ならびにそれらに内在する目的および利点が達成されるよう十分に適合されたものであることは明らかであろう。当業者であれば、本明細書における方法およびシステムが多くの様態で実装され得るため、上述した例示的な実施形態および実施例によって限定されるものではないことを認識するだろう。言い換えれば、機能的要素は、ハードウェアおよびソフトウェアの様々な組合せにおいて、単一または複数のコンポーネントによって実行され、クライアントレベルあるいはサーバレベルのいずれかにおいて、ソフトウェアアプリケーション間に個々の機能を分散することができる。この点に関して、本明細書に記載された種々の実施形態の任意の数の特徴(構成)が単一の一実施形態内へと組み合わせられてもよく、本明細書に記載された全ての特徴(構成)よりも少数または多数の特徴(構成)を有する代替的な実施形態が考えられる。 It will be apparent that the systems and methods described herein are well adapted to achieve the objects and advantages mentioned, as well as those inherent therein. Those skilled in the art will recognize that the methods and systems described herein may be implemented in many ways and are not limited by the exemplary embodiments and examples described above. In other words, functional elements may be performed by single or multiple components in various combinations of hardware and software, and individual functions may be distributed among software applications at either the client or server level. In this regard, any number of features of the various embodiments described herein may be combined into a single embodiment, and alternative embodiments having fewer or more features than all of the features described herein are contemplated.

本開示の目的に関して様々な実施形態を説明してきたが、本開示によって想定される範囲内に十分含まれる、様々な変更および修正が行われてもよい。例えば、読者には、図1に示す基本設計の代替的な多数の実施形態が直ちに示唆されるだろう。例えば、二次熱交換器112を省き、二次冷却材として蓄熱媒体を用いてもよい。中間熱ループを除去することで、構造、配管、バルブが簡素化され、コストが低減する。当業者に容易に示唆され本開示の精神(趣旨)に包含される、その他の多数の変更が行われてもよい。 While various embodiments have been described for purposes of this disclosure, various changes and modifications may be made that are well within the scope contemplated by this disclosure. For example, the reader will immediately be aware of numerous alternative embodiments of the basic design shown in FIG. 1. For example, the secondary heat exchanger 112 may be omitted, and a thermal storage medium may be used as the secondary coolant. Eliminating the intermediate thermal loop simplifies the structure, piping, and valves, and reduces costs. Many other modifications may be made that are readily suggested to those skilled in the art and are within the spirit (intent) of this disclosure.

ナトリウム冷却炉を有する統合エネルギーシステムの一実施形態を示す。1 illustrates an embodiment of an integrated energy system with a sodium cooled reactor. ナトリウム冷却炉内で使用するための燃料アセンブリの分解図である。FIG. 1 is an exploded view of a fuel assembly for use in a sodium-cooled reactor. 異なる種類の燃料アセンブリの側面図を示す。Figure 3 shows side views of different types of fuel assemblies. 図1に示す統合エネルギーシステムにおける使用に適したザマック安定化システムの一実施形態を示す。2 illustrates an embodiment of a zamak stabilization system suitable for use in the integrated energy system illustrated in FIG. シースの任意の実施形態に実装され得るであろう追加の構成を含むシースの代替的な一実施形態を示す。13 illustrates an alternative embodiment of a sheath that includes additional features that could be implemented in any of the sheath embodiments. ザマックを用いてナトリウム冷却炉由来の使用済み核燃料アセンブリを安定化させるための方法の一実施形態を示す。1 illustrates an embodiment of a method for stabilizing spent nuclear fuel assemblies from a sodium-cooled reactor using zamak.

Claims (45)

使用済み核燃料アセンブリの貯蔵準備をする方法であって、
前記使用済み核燃料アセンブリは、外部と、底部ノズルおよび頂部ノズルを通じてアクセス可能な1または複数の内部チャンバと、を有し、
第1融点を有するある量のザマックを用意する工程と、
前記第1融点よりも高い第2融点を有する材料から作製されたシースであって、前記使用済み核燃料アセンブリの前記底部ノズルと係合するように構成されたレセプタクルをさらに含むシースを用意する工程と、
前記使用済み核燃料アセンブリを液体ナトリウム環境から除去する工程と、
前記使用済み核燃料アセンブリをシース内に配置して、前記レセプタクルを前記底部ノズルと係合させる工程と、
前記ある量のザマックを前記第1融点よりも高いが前記第2融点よりも低い温度に加熱することによって液体ザマックを生成する工程と、
前記レセプタクルおよび前記底部ノズルを通じて液体ザマックを流すことによって、前記使用済み核燃料アセンブリの1または複数の前記内部チャンバに液体ザマックを充填する工程と、
前記シースと前記使用済み核燃料アセンブリの前記外部との間の空間内へ液体ザマックを当該液体ザマックで満ちるまで流すことによって、前記シースに液体ザマックを充填する工程と、
を含む、方法。
1. A method for preparing a spent nuclear fuel assembly for storage, comprising the steps of:
the spent nuclear fuel assembly having an exterior and one or more interior chambers accessible through a bottom nozzle and a top nozzle;
providing a quantity of zamak having a first melting point;
providing a sheath made from a material having a second melting point higher than the first melting point, the sheath further including a receptacle configured to engage the bottom nozzle of the spent nuclear fuel assembly;
removing the spent nuclear fuel assembly from the liquid sodium environment;
placing the spent nuclear fuel assembly within a sheath and engaging the receptacle with the bottom nozzle;
generating liquid zamak by heating the quantity of zamak to a temperature above the first melting point but below the second melting point;
filling one or more of the internal chambers of the spent nuclear fuel assembly with liquid zamak by flowing liquid zamak through the receptacle and the bottom nozzle;
filling the sheath with liquid zamak by flowing liquid zamak into a space between the sheath and the exterior of the spent nuclear fuel assembly until the sheath is filled with liquid zamak;
A method comprising:
前記ザマックは、ザマック2、KS、ザマック3、ザマック4、ザマック5およびザマック7から選択される、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the Zamak is selected from Zamak 2, KS, Zamak 3, Zamak 4, Zamak 5 and Zamak 7. 前記ザマックは、ザマック3である、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the Zamac is Zamac 3. 前記シースに液体ザマックを充填する工程の後に、前記シース内の前記ザマックを前記第1融点未満の温度に冷却する工程をさらに含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, further comprising, after the step of filling the sheath with liquid zamak, a step of cooling the zamak in the sheath to a temperature below the first melting point. 前記使用済み核燃料アセンブリを不活性環境下の前記シース内に配置する工程と、
前記シースに液体ザマックを充填する工程であって、それによって前記不活性環境を置換する工程と、
をさらに含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
placing the spent nuclear fuel assembly within the sheath in an inert environment;
filling the sheath with liquid zamak, thereby displacing the inert environment;
The method according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記第1融点よりも高い第2融点を有する前記材料は、304ステンレス鋼、316ステンレス鋼、およびT91鋼から選択される、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any preceding claim, wherein the material having a second melting point higher than the first melting point is selected from 304 stainless steel, 316 stainless steel and T91 steel. 前記使用済み核燃料アセンブリから液体ナトリウムを排出する工程をさらに含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 6, further comprising the step of draining liquid sodium from the spent nuclear fuel assembly. 複数の前記充填操作によって前記シースと1または複数の前記内部チャンバとから移動されたナトリウムを収集する工程をさらに含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 7, further comprising collecting sodium displaced from the sheath and one or more of the internal chambers by a plurality of the filling operations. 前記配置操作は、
前記使用済み核燃料アセンブリを前記シース内に配置する工程の後に、前記シースに蓋をする工程
をさらに含む、請求項1~8のいずれか一項記載の方法。
The placement operation is
The method of any one of claims 1 to 8, further comprising the step of: capping the sheath after the step of placing the spent nuclear fuel assembly within the sheath.
前記シースおよび1または複数の前記内部チャンバにザマックを充填する工程の後に、前記シースを冷却する工程をさらに含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any preceding claim, further comprising cooling the sheath after filling the sheath and one or more of the internal chambers with zamak. 前記冷却操作は、
前記シースを底部から冷却する工程
をさらに含む、請求項10に記載の方法。
The cooling operation is
The method of claim 10 further comprising the step of: cooling the sheath from the bottom.
前記シースおよび1または複数の前記内部チャンバにザマックを充填する工程の後に、前記シースを乾式貯蔵装置内に配置する工程をさらに含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any preceding claim, further comprising the step of placing the sheath in a dry storage device after filling the sheath and one or more of the internal chambers with zamak. 前記シースおよび1または複数の前記内部チャンバにザマックを充填する工程の後に、前記シースを乾燥した地下貯蔵場所に配置する工程をさらに含む、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any preceding claim, further comprising the step of placing the sheath in a dry underground storage location after filling the sheath and one or more of the internal chambers with zamak. 前記使用済み核燃料アセンブリを前記ナトリウム環境から除去する工程と前記使用済み核燃料アセンブリに液体ザマックを充填する工程との間に、前記使用済み核燃料アセンブリの少なくとも1つの表面上における酸化物の形成を防止する工程をさらに含む、請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 13, further comprising the step of preventing oxide formation on at least one surface of the spent nuclear fuel assembly between the step of removing the spent nuclear fuel assembly from the sodium environment and the step of filling the spent nuclear fuel assembly with liquid zamak. 前記使用済み核燃料アセンブリを低酸素環境下に維持することによって、前記使用済み核燃料アセンブリ上における酸化物層の形成を阻害する工程をさらに含む、請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 13, further comprising inhibiting the formation of an oxide layer on the spent nuclear fuel assembly by maintaining the spent nuclear fuel assembly in a low-oxygen environment. 前記方法の1または複数の操作は、不活性雰囲気または低酸素雰囲気のうちの一方の中で行われることで、前記使用済み核燃料アセンブリの表面上における酸化物層の形成が阻害される、請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。 10. The method of claim 1, wherein one or more operations of the method are performed in one of an inert atmosphere or a low oxygen atmosphere to inhibit the formation of an oxide layer on the surface of the spent nuclear fuel assembly. 14. The method according to any one of 1 to 13. 使用済み核燃料アセンブリの貯蔵準備をする方法であって、
第1融点を有するある量のザマックを用意する工程と、
前記使用済み核燃料アセンブリの酸素への曝露を制御しつつ前記使用済み核燃料アセンブリを液体ナトリウム環境から除去する工程であって、それによって、前記使用済み核燃料アセンブリ上における酸化物層の形成を阻害する工程と、
ザマック充填使用済み核燃料アセンブリが得られるよう前記使用済み核燃料アセンブリに液体状態の前記ザマックを充填する工程であって、それによって、前記使用済み核燃料アセンブリにおける少なくとも一部の液体ナトリウムを前記ザマック内へ溶解させ、残存する液体ナトリウムを前記使用済み核燃料アセンブリから移動させる工程と、
前記ザマックが前記第1融点未満の温度になるまで前記ザマック充填使用済み核燃料アセンブリを冷却して、ザマック安定化使用済み核燃料アセンブリを得る工程と、
前記ザマック安定化使用済み核燃料アセンブリを乾式貯蔵する工程と、
を含む、方法。
1. A method of preparing spent nuclear fuel assemblies for storage, the method comprising:
providing an amount of zamak having a first melting point;
removing the spent nuclear fuel assembly from a liquid sodium environment while controlling exposure of the spent nuclear fuel assembly to oxygen, thereby inhibiting the formation of an oxide layer on the spent nuclear fuel assembly; and,
filling the spent nuclear fuel assembly with the zamak in a liquid state so as to obtain a zamak-filled spent nuclear fuel assembly, thereby dissolving at least a portion of the liquid sodium in the spent nuclear fuel assembly into the zamac; and removing remaining liquid sodium from the spent nuclear fuel assembly;
cooling the Zamak-filled spent nuclear fuel assembly until the Zamak has a temperature below the first melting point to obtain a Zamak-stabilized spent nuclear fuel assembly;
dry storing the Zamak stabilized spent nuclear fuel assembly;
including methods.
前記充填操作は、
前記第1融点よりも高い第2融点を有する材料から作製されたシース内に前記使用済み核燃料アセンブリを配置する工程と、
前記シースと前記使用済み核燃料アセンブリとの両方に液体ザマックを充填する工程と、
をさらに含む、請求項17に記載の方法。
The filling operation is
placing the spent nuclear fuel assembly within a sheath made from a material having a second melting point higher than the first melting point;
filling both the sheath and the spent nuclear fuel assembly with liquid zamak;
20. The method of claim 17, further comprising:
前記ザマックは、ザマック2、KS、ザマック3、ザマック4、ザマック5、およびザマック7から選択される、請求項17または18に記載の方法。 19. A method according to claim 17 or 18, wherein the Zamak is selected from Zamak 2, KS, Zamak 3, Zamak 4, Zamak 5, and Zamak 7. 前記ザマックは、ザマック3である、請求項17または18に記載の方法。 19. The method according to claim 17 or 18, wherein the Zamac is Zamac 3. 前記シースに液体ザマックを充填する工程の後に、前記シース内の前記ザマックを前記第1融点未満の温度に冷却する工程をさらに含む、請求項17~20のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 17 to 20, further comprising, after the step of filling the sheath with liquid zamak, a step of cooling the zamak in the sheath to a temperature below the first melting point. 前記使用済み核燃料アセンブリを不活性環境下の前記シース内に配置する工程と、
前記シースに液体ザマックを充填する工程であって、それによって前記不活性環境を置換する工程と、
をさらに含む、請求項17~21のいずれか一項に記載の方法。
placing the spent nuclear fuel assembly within the sheath in an inert environment;
filling the sheath with liquid zamak, thereby displacing the inert environment;
22. The method according to any one of claims 17 to 21, further comprising:
前記第1融点よりも高い第2融点を有する前記材料は、304ステンレス鋼、316ステンレス鋼、およびT91鋼から選択される、請求項17~22のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 17 to 22, wherein the material having a second melting point higher than the first melting point is selected from 304 stainless steel, 316 stainless steel, and T91 steel. 前記使用済み核燃料アセンブリから液体ナトリウムを排出する工程をさらに含む、請求項17~23のいずれか一項に記載の方法。 24. A method according to any one of claims 17 to 23, further comprising draining liquid sodium from the spent nuclear fuel assembly. 複数の前記充填操作によって前記シースと前記使用済み核燃料アセンブリとから移動されたナトリウムを収集する工程をさらに含む、請求項17~24のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 17 to 24, further comprising collecting sodium displaced from the sheath and the spent nuclear fuel assembly by a plurality of the filling operations. 前記配置操作は、
前記使用済み核燃料アセンブリを前記シース内に配置する工程の後に、前記シースに蓋をする工程
をさらに含む、請求項17~25のいずれか一項記載の方法。
The arrangement operation is
26. The method of any one of claims 17 to 25, further comprising capping the sheath after placing the spent nuclear fuel assembly within the sheath.
前記シースおよび前記使用済み核燃料アセンブリにザマックを充填する工程の後に、前記シースを冷却する工程をさらに含む、請求項17~26のいずれか一項に記載の方法。 27. The method of any one of claims 17 to 26, further comprising cooling the sheath after filling the sheath and the spent nuclear fuel assembly with Zamak. 前記冷却操作は、
前記シースを底部から冷却する工程
をさらに含む、請求項27に記載の方法。
The cooling operation includes:
28. The method of claim 27, further comprising: cooling the sheath from the bottom.
前記シースおよび前記使用済み核燃料アセンブリにザマックを充填する工程の後に、前記シースを乾式貯蔵装置内に配置する工程をさらに含む、請求項17~28のいずれか一項に記載の方法。 29. The method of any one of claims 17 to 28, further comprising placing the sheath in a dry storage device after filling the sheath and the spent nuclear fuel assembly with Zamak. 前記シースおよび前記使用済み核燃料アセンブリにザマックを充填する工程の後に、前記シースを乾燥した地下貯蔵場所に配置する工程をさらに含む、請求項17~28のいずれか一項に記載の方法。 29. The method of any one of claims 17 to 28, further comprising placing the sheath in a dry underground storage location after filling the sheath and the spent nuclear fuel assembly with Zamak. 前記方法は、前記使用済み核燃料アセンブリを酸素に曝露することなく行われる、請求項17~30のいずれか一項に記載の方法。 A method according to any one of claims 17 to 30, wherein the method is carried out without exposing the spent nuclear fuel assembly to oxygen. 前記方法の1または複数の操作は、前記使用済み核燃料アセンブリを酸素に曝露することなく行われる、請求項17~30のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 17 to 30, wherein one or more operations of the method are performed without exposing the spent nuclear fuel assembly to oxygen. 前記方法の1または複数の操作は、不活性雰囲気中で行われる、請求項17~32のいずれか一項に記載の方法。 33. A method according to any one of claims 17 to 32, wherein one or more operations of the method are carried out in an inert atmosphere. 固体ザマックを充填した燃料アセンブリを備える、装置。 An apparatus comprising a fuel assembly filled with solid zamak. 前記燃料アセンブリは、容器内に密閉されている、請求項34に記載の装置。 35. The apparatus of claim 34, wherein the fuel assembly is sealed within a container. 前記燃料アセンブリと前記容器との間の空間には、固体ザマックが充填されている、請求項35に記載の装置。 The apparatus of claim 35, wherein the space between the fuel assembly and the container is filled with solid zamak. ナトリウム冷却原子炉由来の使用済み核燃料アセンブリを安定化させるためのシステムであって、
ザマック貯蔵タンクと、
融点を有する、ある量のザマックと、
前記使用済み核燃料アセンブリを受け入れて密閉保定するように構成されたシースであって、液体ザマックを受け入れて前記シースに注入するための入口ポートを有するシースと、
前記融点よりも高い温度にザマックを加熱するように適合された加熱器と、
を備える、システム。
1. A system for stabilizing spent nuclear fuel assemblies from a sodium-cooled nuclear reactor, comprising:
Zamak storage tanks;
an amount of zamak having a melting point;
a sheath configured to receive and hermetically retain the spent nuclear fuel assembly, the sheath having an inlet port for receiving and injecting liquid zamak into the sheath;
a heater adapted to heat the zamak to a temperature above said melting point;
A system comprising:
前記シース内への液体ザマックの流れを制御するように構成された制御装置をさらに備える、請求項37に記載のシステム。 38. The system of claim 37, further comprising a controller configured to control the flow of liquid zamak into the sheath. 前記シースとその内容物とを前記融点未満に冷却するように適合された冷却器をさらに備える、請求項37に記載のシステム。 38. The system of claim 37, further comprising a cooler adapted to cool the sheath and its contents below the melting point. 前記シースから液体ナトリウムを収集するように構成されたナトリウムトラップをさらに備える、請求項37に記載のシステム。 38. The system of claim 37, further comprising a sodium trap configured to collect liquid sodium from the sheath. 複数の燃料アセンブリを収容するナトリウムプールを含む前記ナトリウム冷却原子炉をさらに備える、請求項37に記載のシステム。 38. The system of claim 37, further comprising the sodium cooled nuclear reactor including a sodium pool housing a plurality of fuel assemblies. 複数の燃料アセンブリを前記ナトリウムプールから前記シースへ移送するように適合された燃料アセンブリ取扱システムをさらに備える、請求項41に記載のシステム。 The system of claim 41, further comprising a fuel assembly handling system adapted to transfer a plurality of fuel assemblies from the sodium pool to the sheath. 前記使用済み核燃料アセンブリを低酸素環境下に維持するように適合されたカバーガスシステムをさらに備える、請求項37~42のいずれか一項に記載のシステム。 The system of any one of claims 37 to 42, further comprising a cover gas system adapted to maintain the spent nuclear fuel assembly in a low-oxygen environment. ナトリウムに曝露した表面を有するコンポーネントの貯蔵準備をする方法であって、
第1融点を有するある量のザマックを用意する工程と、
ザマック被覆表面が前記コンポーネント上に得られるように、ナトリウムを前記表面から液体ザマックによって移動させる工程と、
ザマック安定化コンポーネントが得られるように、前記第1融点未満の温度になるまで前記ザマックを冷却する工程と、
を含む、方法。
1. A method for preparing a component having a sodium-exposed surface for storage, comprising:
providing a quantity of zamak having a first melting point;
displacing sodium from said surface by liquid zamak such that a zamak coated surface is obtained on said component;
cooling the zamak to a temperature below the first melting point to obtain a zamak-stabilized component;
A method comprising:
前記コンポーネントは、ナトリウムが充填された管を含み、
移動させる工程は、
前記管に液体ザマックを充填する工程
をさらに含む、請求項44に記載の方法。
the component includes a sodium-filled tube;
The process of moving is
45. The method of claim 44, further comprising: filling the tube with liquid zamak.
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