RU2109355C1 - Method for packing spent nuclear fuel - Google Patents
Method for packing spent nuclear fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2109355C1 RU2109355C1 RU96108565A RU96108565A RU2109355C1 RU 2109355 C1 RU2109355 C1 RU 2109355C1 RU 96108565 A RU96108565 A RU 96108565A RU 96108565 A RU96108565 A RU 96108565A RU 2109355 C1 RU2109355 C1 RU 2109355C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- snf
- elements
- melt
- fuel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ядерной технологии и может быть использовано для упаковки отработавшего ядерного топлива с целью его транспортировки и/или длительного хранения. The invention relates to nuclear technology and can be used for packaging spent nuclear fuel for transportation and / or long-term storage.
Известен способ хранения кассет, содержащих отработавшее ядерное топливо (далее - ОЯТ) в приреакторных бассейнах выдержки под слоем воды. There is a method of storing cassettes containing spent nuclear fuel (hereinafter referred to as SNF) in pre-reactor holding pools under a layer of water.
Недостатком способа является высокая вероятность выхода радионуклидов вследствие относительно высокой скорости коррозии элементов конструкции кассет и оболочек твэлов в воде. Поэтому длительность хранения ОЯТ по этому способу не может превышать несколько десятков лет с момента извлечения кассет из ядерного реактора [1]. The disadvantage of this method is the high probability of radionuclide release due to the relatively high corrosion rate of structural elements of cassettes and cladding of fuel rods in water. Therefore, the duration of spent fuel storage by this method cannot exceed several tens of years from the moment of removing the cartridges from a nuclear reactor [1].
Известен способ сухого хранения ОЯТ путем размещения его (после выдержки в течении нескольких лет в воде) в толстостенных бетонных или металлических контейнерах, заполненных инертным газом [2]. There is a method of dry storage of spent nuclear fuel by placing it (after holding it for several years in water) in thick-walled concrete or metal containers filled with inert gas [2].
Недостатком способа является недостаточно эффективный теплоотвод от поверхности конструктивных элементов кассет, высокая температура их разогрева и, вследствие этого, относительно высокая скорость коррозии оболочек твэлов. Поэтому способ не позволяет обеспечить надежное хранение ОЯТ в течение длительного времени (более 100 лет) и не позволяет предотвратить выделение радионуклидов из ОЯТ. Кроме того, реализация способа в большинстве случаев возможна только при осуществлении принудительной вентиляции контейнера, что дополнительно снижает надежность хранения ОЯТ. The disadvantage of this method is the insufficiently effective heat removal from the surface of the structural elements of the cassettes, the high temperature of their heating and, as a result, the relatively high corrosion rate of the cladding of the fuel rods. Therefore, the method does not allow for reliable storage of SNF for a long time (more than 100 years) and does not prevent the release of radionuclides from SNF. In addition, the implementation of the method in most cases is possible only with the implementation of forced ventilation of the container, which further reduces the reliability of storage of spent fuel.
Известен способ упаковки содержащих ОЯТ кассет или связок твэлов путем размещения их с помощью дистанционирующих элементов в тонкостенном контейнере из коррозионностойкого металла, приварки к контейнеру верхней крышки с отверстиями для заливки расплавленного металла и вентиляции, разогрева контейнера с ОЯТ, заливки в контейнер через верхнее отверстие расплавленного свинца или легкоплавкого сплава на основе свинца, проведение отверждения расплава в контейнере, заварка отверстий в верхней крышке и проведение операции текущего и окончательного контроля герметичности контейнера с ОЯТ [3, 4]. Этот способ является наиболее близким к изобретению по достигаемому результату и по технической сущности. A known method of packaging SNF-containing cassettes or bundles of fuel rods by placing them using spacer elements in a thin-walled container made of corrosion-resistant metal, welding to the container a top cover with holes for pouring molten metal and ventilation, heating the container with SNF, pouring it into the container through the top hole of molten lead or a low-melting lead-based alloy, melt curing in a container, welding holes in the top cover and conducting current and window operations atelnogo control container sealing SNF [3, 4]. This method is the closest to the invention in terms of the result achieved and the technical nature.
Достоинством способа является повышение надежности длительного хранения ОЯТ за счет создания дополнительного высокоэффективного коррозионного барьера между ОЯТ и окружающей средой, обеспечения удержания радиоактивных продуктов внутри контейнера, ослабление излучения от ОЯТ, повышения эффективности охлаждения ОЯТ, а также возможности использования способа не только для долговременного хранения, но и для транспортировки ОЯТ. The advantage of the method is to increase the reliability of long-term storage of SNF by creating an additional highly effective corrosion barrier between SNF and the environment, ensuring the retention of radioactive products inside the container, attenuating radiation from SNF, increasing the cooling efficiency of SNF, as well as the possibility of using the method not only for long-term storage, but and for transportation of spent nuclear fuel.
Недостатками способа являются высокая вероятность разгерметизации оболочек твэлов при нагреве их в процессе заливки расплавом или в процессе подготовки к заливке и выхода значительного количества радиоактивных газов в систему газоочистки или в окружающую среду, а также многостадийность и сложность проведения процесса заливки контейнера. The disadvantages of the method are the high probability of depressurization of the cladding of the fuel rods when they are heated during the process of pouring with melt or in the process of preparing for pouring and the release of a significant amount of radioactive gases into the gas treatment system or into the environment, as well as the multi-stage and complexity of the process of filling the container.
Целью изобретения является снижение вероятности разгерметизации оболочек твэлов и снижение выхода радиоактивных веществ из ОЯТ при осуществлении его упаковки. The aim of the invention is to reduce the likelihood of depressurization of the cladding of fuel rods and reduce the release of radioactive substances from spent nuclear fuel during packaging.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе упаковки ОЯТ (включающем загрузку содержащих ОЯТ топливных кассет и/или связок твэлов с помощью дистанционирующих приспособлений в контейнере из коррозионностойкого металла, приварки к контейнеру верхней крышки, разогрева контейнера с ОЯТ, заливку ОЯТ расплавленным металлом, проведение отверждения расплава в контейнере и герметизацию контейнера с ОЯТ) при загрузке контейнера в него дополнительно помещают массивные элементы из легкоплавкого металла, а заливку ОЯТ расплавленным металлом осуществляют путем расплавления этих массивных элементов при их нагреве в контейнере. This goal is achieved by the fact that in the known method of packing SNF (including loading SNF-containing fuel cassettes and / or bundles of fuel rods using spacers in a container made of corrosion-resistant metal, welding the top cover to the container, heating the container with SNF, pouring the SNF with molten metal, solidification of the melt in the container and sealing the container with spent fuel) when loading the container, massive elements of low-melting metal are additionally placed in it, and the filling of spent fuel is molten m metal is performed by melting of massive elements when they are heated in the container.
По одному из частных вариантов способа поставленная цель достигается также тем, что расплавление массивных элементов в контейнере осуществляют после приварки крышки и полной герметизации контейнера. In one particular variant of the method, the goal is also achieved by the fact that the melting of the massive elements in the container is carried out after welding the lid and completely sealing the container.
По другому частному варианту способа в контейнере размещают дополнительный материал, выполненный из металла более легкоплавкого, чем металл массивных элементов, а заливку ОЯТ осуществляют при расплавлении этого дополнительного материала. В этом варианте выполнения способа дополнительный материал может быть размещен в нижней части контейнера, а расплавление дополнительного элемента и поступление расплава в газовые полости в зоне размещения ОЯТ в контейнере сопровождается перемещением массивных элементов и ОЯТ сверху вниз. В этом варианте выполнения способа объем дополнительного элемента выбирается равным или большим, чем суммарный объем газовых полостей в зоне размещения ОЯТ в контейнере. По этому же варианту способа после расплавления дополнительного элемента и заливки ОЯТ проводят расплавление массивных элементов и гомогенизацию расплава. According to another particular variant of the method, additional material is placed in the container, made of metal more fusible than the metal of massive elements, and SNF is filled when this additional material is melted. In this embodiment of the method, additional material can be placed in the lower part of the container, and the melting of the additional element and the melt entering the gas cavities in the SNF placement zone in the container is accompanied by the movement of massive elements and SNF from top to bottom. In this embodiment of the method, the volume of the additional element is chosen equal to or greater than the total volume of gas cavities in the spent fuel storage area in the container. According to the same variant of the method, after the additional element is melted and SNF is filled, the massive elements are melted and the melt is homogenized.
По другому частному варианту способа после отверждения расплава проводят разгерметизацию газовой полости в верхней части контейнера и заполнение ее расплавленным свинцом или сплавом на его основе. In another particular embodiment of the method, after the melt has solidified, the gas cavity is depressurized in the upper part of the container and filled with molten lead or an alloy based on it.
По другому частному варианту способа в верхней части контейнера размещают геттер для поглощения радиоактивных и/или химически активных газов. In another particular embodiment of the method, a getter is placed in the upper part of the container to absorb radioactive and / or chemically active gases.
Сущность изобретения состоит в том, что заливку ОЯТ расплавленным металлом осуществляют путем расплавления предварительно помещенных в контейнер массивных элементов из легкоплавкого металла, например из свинца или сплава на его основе. При этом возникает возможность провести заливку при минимальном выходе радиоактивных элементов из ОЯТ и при привареной крышке контейнера, т.е. без выброса радиоактивных веществ в окружающую среду. Для обеспечения полной заливки ОЯТ объем массивных элементов, загружаемых в контейнер, выбирают с учетом полной заливки ОЯТ и заполнения всех зазоров и полостей в зоне размещения ОЯТ внутри контейнера. При использовании дополнительного элемента, размещенного в нижней части контейнера и выполненного из более легкоплавкого, чем основные блоки материала, возникает возможность существенно снизить температуру заливки ОЯТ и за счет этого еще более уменьшить раскрытие поврежденных оболочек и выход радиоактивных веществ за пределы ОЯТ и в объем контейнера. The essence of the invention lies in the fact that the filling of spent nuclear fuel with molten metal is carried out by melting previously placed in the container massive elements of low-melting metal, for example, lead or an alloy based on it. In this case, it becomes possible to carry out the filling with a minimum release of radioactive elements from the spent nuclear fuel and with the welded lid of the container, i.e. without release of radioactive substances into the environment. To ensure full filling of the spent fuel, the volume of massive elements loaded into the container is selected taking into account the full filling of spent fuel and filling all the gaps and cavities in the spent fuel storage area inside the container. When using an additional element located in the lower part of the container and made of fusible than the main blocks of material, it becomes possible to significantly reduce the pouring temperature of SNF and thereby further reduce the opening of damaged shells and the release of radioactive substances outside the SNF and into the volume of the container.
На фиг. 1 приведен продольный разрез снаряженного контейнера с заваренной крышкой перед его нагревом для расплавления блоков из свинца или сплава на его основе; на фиг. 2 - продольный разрез контейнера после расплавления блоков и заливки ОЯТ; на фиг. 3 - продольный разрез снаряженного контейнера с заваренной крышкой перед его нагревом для расплавления дополнительного элемента, размещенного в нижней части контейнера; на фиг. 4 - продольный разрез контейнера после расплавления дополнительного элемента и заливки ОЯТ. In FIG. 1 shows a longitudinal section of an equipped container with a sealed lid before heating to melt blocks of lead or an alloy based on it; in FIG. 2 is a longitudinal section of the container after the blocks are melted and SNF is filled; in FIG. 3 is a longitudinal section through an equipped container with a sealed lid before heating to melt an additional element located in the lower part of the container; in FIG. 4 is a longitudinal section of the container after the additional element is melted and SNF is filled.
Пример 1. В контейнер, состоящий (см. фиг. 1) из цилиндрической обечайки 1 и приваренной к ней донной части 2, загружают ОЯТ 3 в виде связок твэлов и массивные элементы 4 и 5, выполненные, соответственно, в виде слитка цилиндрической формы 4 с полостями для размещения ОЯТ и крепежно- цинтрирующих элементов 7 и донной плиты 5. Контейнер 1 и 2 выполнен из коррозионностойкого сплава 06X18H10T, а массивные элементы 4 и 5 выполнены из свинца марки C2, который содержит не менее 99,9% Pb и имеет температуру плавления 327,4oC. Загрузку и размещение ОЯТ 3 и элементов 4 и 5 в контейнере 1 и 2 проводят с помощью конструктивных элементов, выполненных, соответственно, в виде опорной плиты 6 и центрирующе-крепежных элементов 7. После загрузки ОЯТ и массивных элементов в контейнер, его герметизируют путем приварки к нему крышки 8, выполненной из коррозионностойкого сплава. Контейнер помещают в нагревательную печь и проводят разогрев его поверхности до температуры 350oC. В процессе нагрева массивных элементов 4 и 5 происходит их плавление и заполнение расплавом металла газовых полостей и зазоров 9, а также заливка расплавом зазоров между элементами ОЯТ. Элементы ОЯТ удерживаются от всплытия с помощью фиксаторов (не показаны). После окончания плавления и заливки расплавом ОЯТ, контейнер охлаждают и проводят кристаллизацию расплава с формированием в верхней части контейнера газовой полости (см. фиг. 1). В газовой полости может быть размещен геттер для поглощения агрессивных и радиоактивных газов (не показан).Example 1. In a container consisting (see Fig. 1) of a
Пример 2. В контейнер, состоящий (см. фиг. 2) из цилиндрической обечайки 1 и приваренной к ней донной части 2, загружают ОЯТ 3 в виде связок твэлов и массивные элементы 4 и 5. Массивный элемент 4 выполнен в виде слитка цилиндрической формы 4 с полостями для размещения ОЯТ 3 и крепежно- центрирующих элементов 7. Элемент 5 выполнен в виде донной плитки 5, над которой размещается дополнительный элемент 6, выполненный из более легкоплавкого, чем массивные элементы металла. Объем дополнительного элемента выбирается таким, чтобы при его расплавлении можно было заполнить все газовые полости в зоне размещения ОЯТ в контейнере. Контейнер 1 и 2 выполнен из коррозионностойкого сплава 06X18H10T, массивные элементы 4 и 5 выполнены из свинца марки C2 (содержит не менее 99,9% Pb и имеет температуру плавления 327,4oC), а дополнительный элемент 6 выполнен из сплава легкоплавкой эвтектики 44,5%Pb - 55,5%Bi с температурой плавления 123,5oC. Загрузку и размещение ОЯТ 3, элементов 4, 5 и 6 в контейнер 1 и 2 проводят с помощью конструктивных элементов, выполненных, соответственно, в виде опорной плиты 7 и центрирующе-крепежных элементов 8. После загрузки ОЯТ и массивных элементов 4, 5 и дополнительного элемента в контейнер, его герметизируют путем приварки к нему крышки 9, выполненной из коррозионностойкого сплава. Контейнер помещают в нагревательную печь и проводят разогрев его поверхности до температуры приблизительно 130oC. В процессе нагрева дополнительного элемента 6 происходит его плавление и заполнение расплавом металла газовых полостей и зазоров 10 и 11, а также заливка расплавом зазоров между элементами ОЯТ. В процессе расплавления дополнительного элемента и перетекания образовавшегося расплава в газовые полости 10 и 11 происходит перемещение ОЯТ 3 и массивных элементов 4 сверху-вниз. Элементы ОЯТ удерживаются от всплытия специальными фиксаторами, которые не показаны на фиг. 2, 3, 4. После окончания плавления и заливки расплавом ОЯТ, контейнер охлаждают и проводят кристаллизацию расплава с формированием в верхней части контейнера газовой полости (см. фиг. 4). В газовой полости может быть размещен геттер для поглощения агрессивных и радиоактивных газов (не показан).Example 2. In a container consisting (see Fig. 2) of a
Пример 3. Проводят загрузку ОЯТ 3 и массивных элементов 4 и 5 в контейнер как в примере 1 (см. фиг. 1). Приваривают к контейнеру крышку, снабженную герметизированным патрубком. Проводят заливку расплавом ОЯТ как в примере 1 и кристаллизацию расплава. После окончания кристаллизации расплава патрубок подключают к системе газоочистки и проводят его разгерметизацию, а затем через этот патрубок проводят заливку расплавленным свинцом газовой полости 10 (см. фиг. 2). После полного или частичного заполнения полости 10 расплавом проводят его кристаллизацию и герметизацию патрубка. Example 3.
Использование предложенного способа позволяет повысить надежность длительного хранения ОЯТ за счет создания дополнительного высокоэффективного коррозионного барьера между ОЯТ и окружающей средой, обеспечить удержание радиоактивных продуктов внутри контейнера, ослабить излучение от ОЯТ, повысить эффективность охлаждение ОЯТ, а также позволяет использовать способ не только для долговременного хранения, но и для транспортировки ОЯТ. Кроме того, способ позволяет существенно снизить вероятность разгерметизации оболочек твэлов при нагреве их в процессе заливки расплавом или в процессе подготовки к заливке и выхода значительного количества радиоактивных газов в систему газоочистки или в окружающую среду. Способ позволяет также существенно упростить технологический процесс заливки ОЯТ расплавом. Using the proposed method allows to increase the reliability of long-term storage of spent nuclear fuel by creating an additional highly effective corrosion barrier between spent nuclear fuel and the environment, to ensure the retention of radioactive products inside the container, to reduce radiation from spent nuclear fuel, to increase the cooling efficiency of spent nuclear fuel, and also allows to use the method not only for long-term storage, but also for transportation of spent nuclear fuel. In addition, the method can significantly reduce the likelihood of depressurization of the cladding of the fuel rods when they are heated in the process of pouring with melt or in the process of preparation for pouring and the release of a significant amount of radioactive gases into the gas treatment system or into the environment. The method also allows to significantly simplify the technological process of filling SNF with a melt.
Источники информации
1. Тихонов Н. С. и др. О состоянии работ по хранению отработавшего топлива. Вторая межотраслевая конференция по проблеме хранения и транспортировки обработавшего ядерного топлива. Ленинград, октябрь 1990 г., с. 23-26.Sources of information
1. Tikhonov N. S. et al. On the status of spent fuel storage. The second intersectoral conference on the problem of storage and transportation of processed nuclear fuel. Leningrad, October 1990, p. 23-26.
2. Nuclear Europe Worldscan, N 3,4 - 1990, p.36. 2. Nuclear Europe Worldscan, N 3.4 - 1990, p. 36.
3. Second interim assessment of the Canad. conceptfor Nucl.fuel waste disposal, AECL-8373-2, 1984. 3. Second interim assessment of the Canad. conceptfor Nucl.fuel waste disposal, AECL-8373-2, 1984.
4. International Symposium on Sptnt Fuel Storage Safety Engineering and Environmental Aspects. Velyukhanov V.P., Ioltukhovsky A.G., Polykov A.C. and others. Concept of long-term safe storage of RBMK Leaky Spent Fuel in Metal Matrix. Vienna, 10-14 October, 1994. 4. International Symposium on Sptnt Fuel Storage Safety Engineering and Environmental Aspects. Velyukhanov V.P., Ioltukhovsky A.G., Polykov A.C. and others. Concept of long-term safe storage of RBMK Leaky Spent Fuel in Metal Matrix. Vienna, October 10-14, 1994.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96108565A RU2109355C1 (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Method for packing spent nuclear fuel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96108565A RU2109355C1 (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Method for packing spent nuclear fuel |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2109355C1 true RU2109355C1 (en) | 1998-04-20 |
RU96108565A RU96108565A (en) | 1998-07-27 |
Family
ID=20180022
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96108565A RU2109355C1 (en) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | Method for packing spent nuclear fuel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2109355C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459294C1 (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") | Method of damaged dead nuclear fuel |
US11430579B2 (en) * | 2017-02-27 | 2022-08-30 | Charles W. Pennington | Apparatus and methods for storing hazardous waste materials by encasing same in a fusible metal alloy |
-
1996
- 1996-04-26 RU RU96108565A patent/RU2109355C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Second interim assessment of the Canad. concept for Nucl. fucl waste disposal AE CL - 8373-2, 1984, p. 37. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459294C1 (en) * | 2011-01-19 | 2012-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") | Method of damaged dead nuclear fuel |
US11430579B2 (en) * | 2017-02-27 | 2022-08-30 | Charles W. Pennington | Apparatus and methods for storing hazardous waste materials by encasing same in a fusible metal alloy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4229316A (en) | Device for the storage or disposal of radioactive wastes | |
GB2091477A (en) | Container Arrangement for Radioactive Waste | |
US4404129A (en) | Sequestering of radioactive waste | |
JPH06201879A (en) | Melting reactor-core holding mechanism for light water reactor | |
RU2109355C1 (en) | Method for packing spent nuclear fuel | |
RU2113023C1 (en) | Method for packing spent nuclear fuel | |
US6485404B1 (en) | Advanced vitrification system improvements | |
CA1175163A (en) | Storage of irradiated fuel assemblies | |
RU2357307C1 (en) | Packing method of spent nuclear fuel | |
USH152H (en) | Radioactive waste disposal package | |
US7368091B2 (en) | Cesium and strontium capsule disposal package | |
US6660972B1 (en) | Container for storing hazardous material and a method of enclosing hazardous material in a concrete container body | |
JPH10153696A (en) | Disposal vessel of high level radioactive waste | |
JP2883672B2 (en) | Methods and equipment for solidification, storage and disposal of high-level radioactive waste | |
RU2459294C1 (en) | Method of damaged dead nuclear fuel | |
RU96108565A (en) | METHOD FOR PACKING WASTE NUCLEAR FUEL | |
RU2550092C2 (en) | Method for prolonged storage of spent nuclear fuel | |
Ojovan et al. | Long-term safe storage and disposal of spent sealed radioactive sources in borehole type repositories | |
JPS6025760B2 (en) | Method of forming radioactive waste waste | |
SU986217A1 (en) | Composition for hardening highly radioactive waste and method of obtaining same | |
RU2273069C2 (en) | Method and device for conditioning spent ionizing radiation sources | |
RU2031461C1 (en) | Process of preparation of piece radioactive waste for storage | |
EP1103983B1 (en) | Method for transporting, stacking and storing radioactive material, shielding shells for radioactive material and process for the production of this shell | |
Brüning et al. | The MONOLITH Container: A New Development for Transportation and Storage of Reactor Vessel Equipment and Reactor Vessel Parts | |
JPH0829597A (en) | Containing method of radioactive contaminant and container therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070427 |